1
PENULIS
Oleh : Yudi Purnawan
i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan Bahan Ajar ini tepat pada waktunya, walaupun ada beberapa hambatan. Bahan Ajar ini ditulis untuk digunakan oleh siswa SMK sesuai dengan jurusannya agar dapat memahami dan lebih mendalami permasalahan-permasalahan materi yang dibahas pada buku ini yang pada akhirnya akan dapat meningkatkan kompetensi siswa. Ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada semua pihak baik secara kelembagaan maupun perseorangan yang telah membantu dalam penyelesaian penulisan Bahan Ajar ini, semoga semua bantuannya mendapat ganjaran yang berlipat ganda. Harus diakui, dan kami menyadarinya bahwa Bahan Ajar ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kami harapkan saran, kritik atau apapun untuk perbaikan penulisan Bahan Ajar ini, terima kasih.
Penulis
ii
KATA PENGANTAR Kurikulum 2013 adalah kurikulum berbasis kompetensi. Di dalamnya dirumuskan secara terpadu kompetensi sikap, pengetahuan dan keterampilan yang harus dikuasai peserta didik serta rumusan proses pembelajaran dan penilaian yang diperlukan oleh peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diinginkan. Faktor pendukung terhadap keberhasilan Implementasi Kurikulum 2013 adalah ketersediaan Buku Siswa dan Buku Guru, sebagai bahan ajar dan sumber belajar yang ditulis dengan mengacu pada Kurikulum 2013. Buku Siswa ini dirancang dengan menggunakan proses pembelajaran yang sesuai untuk mencapai kompetensi yang telah dirumuskan dan diukur dengan proses penilaian yang sesuai. Sejalan dengan itu, kompetensi keterampilan yang diharapkan dari seorang lulusan SMK adalah kemampuan pikir dan tindak yang efektif dan kreatif dalam ranah abstrak dan konkret. Kompetensi itu dirancang untuk dicapai melalui proses pembelajaran berbasis penemuan (discovery learning) melalui kegiatan-kegiatan berbentuk tugas (project based learning), dan penyelesaian masalah (problem solving based learning) yang mencakup proses mengamati, menanya, mengumpulkan informasi, mengasosiasi, dan mengomunikasikan. Khusus untuk SMK ditambah dengan kemampuan mencipta . Sebagaimana lazimnya buku teks pembelajaran yang mengacu pada kurikulum berbasis kompetensi, buku ini memuat rencana pembelajaran berbasis aktivitas. Buku ini memuat urutan pembelajaran yang dinyatakan dalam kegiatan-kegiatan yang harus dilakukan peserta didik. Buku ini mengarahkan hal-hal yang harus dilakukan peserta didik bersama guru dan teman sekelasnya untuk mencapai kompetensi tertentu; bukan buku yang materinya hanya dibaca, diisi, atau dihafal. Buku ini merupakan penjabaran hal-hal yang harus dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan kurikulum 2013, peserta didik diajak berani untuk mencari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Buku ini merupakan edisi ke-1. Oleh sebab itu buku ini perlu terus menerus dilakukan perbaikan dan penyempurnaan. Kritik, saran, dan masukan untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi berikutnya sangat kami harapkan; sekaligus, akan terus memperkaya kualitas penyajian buku ajar ini. Atas kontribusi itu, kami ucapkan terima kasih. Tak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada kontributor naskah, editor isi, dan editor bahasa atas kerjasamanya. Mudahmudahan, kita dapat memberikan yang terbaik bagi kemajuan dunia pendidikan menengah kejuruan dalam rangka mempersiapkan generasi seratus tahun Indonesia Merdeka (2045). Jakarta, Januari 2014 Direktur Pembinaan SMK Drs. M. Mustaghfirin Amin, MBA
iii
DAFTAR ISI PENULIS ..................................................................................................................... i KATA PENGANTAR....................................................................................................ii KATA PENGANTAR................................................................................................... iii DAFTAR ISI ...............................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... v DAFTAR TABEL ...................................................................................................... viii BAB I .......................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1 A. Deskripsi ............................................................................................................ 1 B. Prasyarat ............................................................................................................ 1 C. Tujuan Akhir ....................................................................................................... 2 BAB II ......................................................................................................................... 3 PEMBELAJARAN....................................................................................................... 3 A. Deskripsi ............................................................................................................ 3 B. Kegiatan Belajar ................................................................................................. 3 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 158
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1Solar Home System .......................................................................................... 4 Gambar 2. 2 Sistem pembangkit listrik terpusat .................................................................... 5 Gambar 2. 3 Sistem pembangkit listrik tenaga hibrida........................................................... 5 Gambar 2. 4 Kurva SFC dan konsumsi bahan bakar ............................................................ 6 Gambar 2. 5 Profil beban dengan konsumsi bahan bakar diesel genset ............................... 7 Gambar 2. 6 Kurva beban harian dan konsumsi bahan bakar ............................................... 7 Gambar 2. 7 Sistem pompa air tenaga surya ........................................................................ 8 Gambar 2. 8 SESF on-grid pada aplikasi atap rumah ........................................................... 8 Gambar 2. 9 Contoh arsitektur bangunan pemadam kebakaran dengan modul fotovoltaik ... 9 Gambar 2. 10 Flowchart perancangan sistem energi surya fotovoltaik ................................ 10 Gambar 2. 11 Wiring diagram SHS ..................................................................................... 11 Gambar 2. 12 Gelombang output inverter ........................................................................... 11 Gambar 2. 13 Tahapan perancangan menggunakan RETScreen ....................................... 15 Gambar 2. 14 Analisa finansial pada perancangan sistem fotovoltaik menggunakan RETScreen ......................................................................................................................... 15 Gambar 2. 15 Tampilan utama HOMER.............................................................................. 16 Gambar 2. 16 Contoh layout komponen .............................................................................. 16 Gambar 2. 17 Konfigurasi sistem sebagai hasil optimasi HOMER ...................................... 16 Gambar 2. 18 Layout opsi disain PVSyst ............................................................................ 17 Gambar 2. 19 Tahapan simulasi dengan PVSyst ................................................................ 17 Gambar 2. 20 Contoh simulasi rugi-rugi akibat bayangan dengan peletakan sumber bayangan ............................................................................................................................ 18 Gambar 2. 21 Contoh model INSEL untuk SESF on-grid .................................................... 18 Gambar 2. 22 mengukur tegangan...................................................................................... 19 Gambar 2. 23 Power Conditioner JH40EK .......................................................................... 19 Gambar 2. 24 Pemasangan BCU ........................................................................................ 20 Gambar 2. 25. Contoh Sistem Rumah (Sumber Sharp co.Ltd, Jepang) .............................. 21 Gambar 2. 26 Kontroler elektrik yang bersih menjamin keamanan...................................... 22 Gambar 2. 27 Kontroler Listrik yang menjadi sarang tikus .................................................. 22 Gambar 2. 28 Pelanggan mengganti sekring dengan kabel ................................................ 23 Gambar 2. 29 Meteran Listrik yang dilengkapi dengan catatan pemakaian beban .............. 23 Gambar 2. 30 Jaringan Listrik di atas atap rumah ............................................................... 24 Gambar 2. 31 Jaringan Kabel Listrik pada tiang jaringan .................................................... 24 Gambar 2. 32 Semua komponen di atas harus diperiksa .................................................... 25 Gambar 2. 33 Contoh Lembaran Isian Harian ..................................................................... 25 Gambar 2. 34 Kedudukan Normal Jarum Penunjuk Meter .................................................. 32 Gambar 2. 35 Multimeter untuk Mengukur Arus DC ............................................................ 33 Gambar 2. 36 Operator harus selalu berpedoman pada buku ............................................. 34 Gambar 2. 37 Meteran Listrik yang dilengkapi dengan catatan pemakaian beban .............. 38 Gambar 2. 38 Contoh Kartu Langganan PLTS .................................................................... 39 Gambar 2. 39 Contoh Pengelolaan Keuangan .................................................................... 39 Gambar 2. 40 Pembangit PLTS Terbesar di Dunia ............................................................. 40 Gambar 2. 41 Kansai Electric Power Co., Inc. (Kansai Electric) dan Sharp Corporation membangun Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan kapasitas .......................... 40 Gambar 2. 42 Sistem Battery charging dengan inverter untuk mensuplai beban AC ........... 43 Gambar 2. 43 Jenis generator yang biasa digunakan untuk aplikasi mikrohidro.................. 45 Gambar 2. 44 Kontruksi Mesin Sinkron ............................................................................... 46 Gambar 2. 45 Wiring diagram brushless exciter .................................................................. 47 Gambar 2. 46 Mekanisme kerja AVR dan exciter pada generator ....................................... 47
v
Gambar 2. 47 Wiring diagram brush type exciter ................................................................ 48 Gambar 2. 48 Karakteristik tegangan terminal generator sinkron. ....................................... 49 Gambar 2. 49 Rangkaian indikator sinkronisasi dengan lampu ........................................... 50 Gambar 2. 50 Rangkaian indikator sinkronisasi .................................................................. 51 Gambar 2. 51 Konstruksi motor / generator induksi ............................................................ 52 Gambar 2. 52 Daerah operasi mesin Induksi ...................................................................... 52 Gambar 2. 53 Skematik diagram generator induksi tersambung dengan jaringan ............... 53 Gambar 2. 54 Motor Sebagai generator dengan turbin crossflow ........................................ 54 Gambar 2. 55 Motor sebagai generator yang digerakan Pompa sebagai Turbin (PAT) ....... 54 Gambar 2. 56 Bagian-bagian mesin induksi ........................................................................ 55 Gambar 2. 57 C2C connection ............................................................................................ 55 Gambar 2. 58 Faktor-faktor yang mempengaruhi ukuran daya generator ........................... 59 Gambar 2. 59 motor performance data yang biasa diberikan oleh pabrikan ........................ 61 Gambar 2. 60.Typical sistem flow control pada system MHP (cross flow turbine) ............... 62 Gambar 2. 61 Flow control pada turbin crossflow................................................................ 63 Gambar 2. 62 Actuator unit ................................................................................................. 64 Gambar 2. 63 Blok diagram flow control (entec DTC-14) .................................................... 65 Gambar 2. 64 Prinsip distribusi daya pada load controller ................................................... 66 Gambar 2. 65 Distribusi daya pada ELC dengan thyristor sebagai electronic switch ........... 66 Gambar 2. 66 Distorsi gelombang tegangan pada ELC ...................................................... 67 Gambar 2. 67 Sebuah panel ELC dan ballast load udara.................................................... 67 Gambar 2. 68 Single line diagram PLTMH dengan ELC ..................................................... 67 Gambar 2. 69 Penyambungan kapasitor pada generator asinkron; a). star b). delta ......... 68 Gambar 2. 70 Sebuah generator induksi dan IGC dengan rangkaian kapasitor (bagian atas) ........................................................................................................................................... 69 Gambar 2. 71 Typical sistem transmisi dan distribusi listrik pada sebuah PLTMH .............. 70 Gambar 2. 72 Hindari penempatan tiang listrik dekat dengan bukit atau bidang miring ....... 71 Gambar 2. 73 Aliran arus pada penampang konduktor ....................................................... 72 Gambar 2. 74 Spesifikasi kabel Twisted untuk transmisi tegangan rendah ......................... 73 Gambar 2. 75 Ukuran kabel (dalam AWG) dan kapasitas arusnya...................................... 74 Gambar 2. 76 Spesfikasi dan karakteristik konduktor ACSR (sumber:www.sural.com) ....... 74 Gambar 2. 77 Kelendutan (Sag) dan komponen yang berhubungan ................................... 75 Gambar 2. 78 Material tiang listrik /poles (a. kayu, b. besi, c. beton ) ................................ 124 Gambar 2. 79 Faktor yang menentukan tinggi tiang .................................................... 125 Gambar 2. 80 Instalasi guy wire pada tiang listrik ............................................................. 125 Gambar 2. 81 Transformator Ideal .................................................................................... 127 Gambar 2. 82 Penempatan dan jenis transformator (a). step-up transfomer – dekat power house (b). step-down transformer – dekat pusat beban .................................................... 129 Gambar 2. 83 konfigurasi belitan transformator; a. Y to Δ dan b. Δ to Y ............................ 130 Gambar 2. 84 Contoh spesifikasi transformator - 450 kVA (sumber : PT. Asata Utama – Starlite) ............................................................................................................................. 130 Gambar 2. 85 layout cervice connection ke konsumen ..................................................... 131 Gambar 2. 86 Service connection ke rumah konsumen dan sambungan percabangan ke rumah lain dengan kuku elang .......................................................................................... 131 Gambar 2. 87 Detail penyambungan service connection ke konsumen ............................ 132 Gambar 2. 88 Tabel rentang sambungan rumah ............................................................... 133 Gambar 2. 89 Tipikal instalasi rumah konsumen PLTMH 55/110 VA ................................ 135 Gambar 2. 90 Proses perakitan (assembling) turbin crossflow .......................................... 139 Gambar 2. 91 Contoh spesfikasi dan penawaran untuk turbin cross flow .......................... 139 Gambar 2. 92 contoh gantt chart untuk progress schedule ............................................... 142 Gambar 2. 93 kesesuaian antara desain dan kenyataannya ............................................. 142 Gambar 2. 94 partisipasi masyarakat dalam pembangunan PLTMH ................................. 144 Gambar 2. 95 sosialisasi dan musyawarah dengan masyarakat ....................................... 144 Gambar 2. 96 perhatikan tegangan dan frekuensi pada panel ketika mengatur bukaan turbin ......................................................................................................................................... 146
vi
Gambar 2. 97 komponen pada forebay yang harus diperhatikan sebelum mengoperasikan PLTMH ............................................................................................................................. 147 Gambar 2. 98 pengurasan saluran pengendap pasir (sandtrap) ....................................... 150 Gambar 2. 99 Form Inspeksi mingguan bangunan sipil ..................................................... 151
vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1Spesifikasi konduktor tembaga berdasarkan luas penampangnya ....................... 13 Tabel 2. 2 contoh log book .................................................................................................. 30 Tabel 2. 3 perbandingan keuntungan dan kekurangan penggunaan sistem AC dan DC; .... 43 Tabel 2. 4Perbandingan Generator Sinkron dan Asinkron .................................................. 56 Tabel 2. 5Acuan pemilihan .................................................................................................. 58 Tabel 2. 6 kecepatan standard untuk generator sinkron ...................................................... 61 Tabel 2. 7dampak dari closing time cepat dan lambat ......................................................... 64 Tabel 2. 8 Perbandingan antara dua jenis bahan konduktor ............................................... 72 Tabel 2. 9 tabel jarak bebas vertical konduktor dengan permukaan tanah .......................... 75 Tabel 2. 10jarak-jarak persilangan penghantar dengan jaringan lain................................... 76 Tabel 2. 11 Jarak – jarak horizontal penghantar.................................................................. 76 Tabel 2. 12Jarak antara konduktor (spacing) .................................................................... 103 Tabel 2. 13 Spesifikasi tiang listrik kayu ............................................................................ 103
viii
BAB I PENDAHULUAN A. Deskripsi Modul ini bertujuan untuk memberikan bekal pengetahuan, keterampilan dan sikap kepada peserta didik tentang pembangkitan tenaga listrik. Modul ini berisikan materi pengetahuan, keterampilan dan sikap tentang pembangkit listrik tenaga surya dan tenaga air yang terdiri dari Aplikasi SESF Off-Grid, Aplikasi SESF On-Grid, Perangkat Lunak Perancangan, Pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Surya, K3 Dalam Pengoperasian PLTS, Mengamati besaran Listrik, Membuat Laporan Pengoperasian PLTS, DC atau AC, Generator AC, Sistem Kontrol, Sistem Transmisi Dan Distribusi, Transformator, Instalasi Konsumen, Tender Dan Kontrak, Penyusunan Spesifikasi Peralatan Electro- Mechanical, Manajemen Konstruksi Dilapangan, Operasi dan Perawatan. B. Prasyarat Untuk dapat mengikuti modul ini peserta didik harus sudah mempunyai pengetahuan dalam bidang : Keselamatan dan kesehatan kerja Rangkaian listrik Peralatan ukur listrik Gambar teknik listrik Kerja bangku listrik Petunjuk Penggunaan Modul Pembelajaran ini menggunakan Sistem Pendekatan scientifik dengan menekankan pada Problem Based Learning/ PBL (Pembelajaran Berdasarkan Masalah). Pendekatan scientifik adalah pendekatan yang memperhatikan kemampuan, keterampilan dan sikap yang diperlukan agar. Penekanan utamanya adalah pada apa yang dapat dilakukan seseorang setelah mengikuti pembelajaran. Salah satu karakteristik yang paling penting dari pembelajaran dengan sistem Pendekatan scientifik adalah penguasaan individu terhadap bidang pengetahuan, sikap dan keterampilan tertentu secara nyata. Setelah mempelajari modul ini, kemudian dilakukan evaluasi, ternyata belum mencapai tingkat kompetensi tertentu pada kesempatan pertama, maka guru akan mengatur rencana bersama anda untuk mempelajari dan memberikan kesempatan kembali kepada Anda untuk meningkatkan level kompetensi sesuai dengan level tertentu yang diperlukan. Penyajian modul ini dibagi dalam Kegiatan Belajar. Setiap kegiatan belajar dilengkapi dengan evaluasi berupa pertanyaan-pertanyaan yang harus dijawab setelah Anda selesai membaca masukan atau referensi yang relevan.
1
C. Tujuan Akhir Tujuan akhir setelah mempelajari modul ini, diharapkan mampu : Menentukan kondisi operasi pembangkit listrik tenaga surya dan air Mengoperasikan pembangkit listrik tenaga surya dan air Memelihara sistem pembangkit listrik tenaga surya dan air
2
BAB II PEMBELAJARAN A. Deskripsi Pembangkit listrik tenaga surya dan tenaga air pada modul ini merupakan materi yang terdiri dari teori dan praktikum yang membahas mengenai masalah Aplikasi SESF Off-Grid, Aplikasi SESF On-Grid, Perangkat Lunak Perancangan, Pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Surya, K3 Dalam Pengoperasian PLTS, Mengamati besaran Listrik, Membuat Laporan Pengoperasian PLTS, DC atau AC, Generator AC, Sistem Kontrol, Sistem Transmisi Dan Distribusi, Transformator, Instalasi Konsumen, Tender Dan Kontrak, Penyusunan Spesifikasi Peralatan Electro- Mechanical, Manajemen Konstruksi Dilapangan, Operasi dan Perawatan.
B. Kegiatan Belajar Aplikasi Teknologi Tenaga Surya Tujuan Kegiatan Pembelajaran Pada akhir pembelajaran Peserta didik diharapkan dapat : Menentukan kondisi operasi pembangkit listrik tenaga surya Mengoperasikan pembangkit listrik tenaga surya Memelihara sistem pembangkit listrik tenaga surya b. Uraian Materi Pada bagian pertama dari modul pelatihan fotovoltaik telah diuraikan dasar-dasar dan pengenalan komponen dari sistem energi surya fotovoltaik (SESF). Sehingga pada bagian kedua modul pelatihan fotovoltaik ini, akan dibatasi pada uraian aplikasi SESF khususnya yang terkait pada penerapan dipedesaan secara operasional sendiri (stand-alone). Sistem aplikasi ini sering dikenal sebagai aplikasi off-grid. Ruang lingkup aplikasi off-grid pada dasarnya sangat luas, namun pada umumnya dapat dibagi menjadi tiga penerapan umum, yaitu: Penyediaan listrik perdesaan Pompa air Penyediaan air bersih perdesaan Aplikasi produktif, seperti: telekomunikasi dan telpon perdesaan. Didalam beberapa penerapan aplikasi off-grid fotovoltaik seringkali dikombinasikan dengan sumber pembangkit terbarukan lainnya (misal: hidro, angin, dan biomassa) atau, seperti pada umumnya, dikombinasikan dengan pembangkit konvensional seperti genset-disel atau bensin. Sistem energi surya fotovoltaik ini dikenal sebagai sistem pembangkit listrik hibrida. Aplikasi SESF yang diinterkoneksikan dengan jaringan (on-grid) di Indonesia baru pada tahap penelitian dan uji coba. Karena, secara umum pemanfaatan listrik fotovoltaik di Indonesia dewasa ini lebih sesuai untuk kebutuhan energi yang kecil pada daerah terpencil dan terisolasi.
3
Meskipun pembangkit fotovoltaik skala sangat besar pernah dibangun di luar negeri yang memberikan energinya langsung kepada jaringan listrik. Namun secara finansial kelihatannya belum layak untuk dibangun di Indonesia. Penerapan on-grid akan menjadi ekonomis bila disatu sisi harga listrik konvensional menjadi mahal dan disi lain biaya investasi SESF menurun secara signifikan. Aplikasi SESF Off-Grid Aplikasi SESF tidak hanya digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan penerangan saja. Secara umum, aplikasi SESF dapat dikategorikan untuk kebutuhan rumah tangga, industri, komersil dan pemerintahan. Secara koneksinya, SESF dapat dikoneksikan secara off-grid ataupun on-grid. Sistem off-grid adalah sistem pembangkit yang tidak terhubung dengan jaringan listrik AC dari PLN. Sistem ini biasanya terpasang karena belum adanya listrik jaringan, dengan pertimbangan penyambungan jaringan PLN akan memakan biaya yang sangat mahal karena faktor lokasi yang terlalu pedalaman. Bisa juga untuk alasan pribadi seperti membangun sistem pembangkit mandiri untuk tujuan komersil. Beberapa satu keuntungan dengan sistem ini adalah independensi dalam memanfaatkan energi alternatif sebagai sumber pembangkit, dan mengurangi ketergantungan terhadap pasokan PLN, serta biaya infrastrukturnya menjadi lebih murah dibanding menarik jaringan PLN. Pada bab ini akan dijelaskan mengenai beberapa macam sistem energi surya fotofoltaik off-grid. Sistem Pembangkit Listri Individual (Solar Home System) SESF untuk penerangan yang paling sederhana adalah sistem pembangkit individual yang umum disebut Solar Home System (SHS). Sistem ini umumnya mempunyai tegangan kerja 12 volt DC, dengan kapasitas modul surya berkisar antara 50Wp sampai dengan 300Wp. Yang paling banyak terdapat dipasar adalah sistem dengan kapasitas modul surya 50Wp. SHS selain terdiri dari modul surya juga terdiri dari komponen-komponen lain seperti baterai dengan kapasitas 70Ah, sistem pengontrol kondisi baterai (BCR), lampu DC 12 volt, dan stop kontak, seperti pada gambar 15.1 berikut ini:
Gambar 2. 1Solar Home System
4
SHS ini umumnya dipasang pada rumah-rumah didaerah terpencil dengan pola penyebaran rumah yang terpencar. Sistem Pembangkit Listrik Terpusat Sistem energi surya fotovoltaik terpusat dipasang di daerah terpencil dengan pola penyebaran rumah yang terkumpul atau jumlah rumah untuk setiap km 2 nya cukup banyak. Sistem terpusat ini umumnya mempunyai keluaran sistem tegangan 220 V AC, karena itu diperlukan inverter untuk merubah arus searah menjadi arus bolakbalik.
Gambar 2. 2 Sistem pembangkit listrik terpusat
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida Sistim pembangkit listrik tenaga hibrid (PLTH) adalah suatu sistim pembangkit listrik dengan menggunakan beberapa sumber energi, seperti misalnya sumber energi matahari dengan diesel, sumber energi matahari-angin-mikrohidro. Blok diagram Sistem PLTH dapat dilihat pada gambar 15.3 dibawah ini:
Gambar 2. 3 Sistem pembangkit listrik tenaga hibrida
Pada sistem hibrida sumber energi matahari dengan pembangkit diesel dirancang untuk pengoptimasian sistem diesel guna memenuhi kebutuhan beban yang bervariasi sebagai fungsi waktu. Kelebihan dan Kekurangan Sistem Hibrida PV-Genset 5
Kelebihan-kelebihan sistem hibrid PV-genset adalah sebagai berikut: a. Daya listrik tersedia sesuai dengan kebutuhan. b. Secara teknis handal. c. Layanan purna jual relatif mudah diperoleh. d. Biaya Investasi (Rp/kW) relatif murah. Kekurangannya antara lain: a. Biaya operasi dan pemeliharaan relatif agak mahal. b. Masih diperlukan transportasi penyediaan bahan bakar. c. Pada jam-jam tertentu akan menimbulkan kebisingan dan polusi udara. d. Memerlukan pemeliharaan yang rutin. e. Perlu pengoperasian yang ekstra aktif agar sistem selalu bekerja efisien pada kondisi beban yang bervariasi (harus dihindarkan pengoperasian genset disel pada beban rendah). Karakteristik Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi bahan bakar pada sistem Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) sangat bervariasi sesuai perubahan beban. Pada kondisi tanpa beban (beban nol), diesel tetap memerlukan sejumlah bahan bakar yang selanjutnya konsumsi tersebut akan meningkat sesuai dengan meningkatnya jumlah beban. Jika konsumsi bahan bakar dikonversikan menjadi spesific fuel consumption (SFC) dalam satuan kWh/liter, akan diperoleh kurva seperti ditunjukan pada gambar 15.4.
Gambar 2. 4 Kurva SFC dan konsumsi bahan bakar
Sebagai ilustrasi dapat dicontohkan sebuah PLTD kapasitas 4,55kW yang dioperasikan 24 jam/hari untuk memenuhi kebutuhan daya beban konstan 3kW, dengan kurva beban seperti pada gambar.5.
6
Gambar 2. 5 Profil beban dengan konsumsi bahan bakar diesel genset
Sesuai kurva pada gambar 53 diperoleh bahwa operasi sistem PLTD dengan beban 3 kW, memerlukan bahan bakar 1,12 Ltr/jam atau dengan SFC 2,69 kWh/ltr. Hal ini menunjukan bahwa operasi diesel relatif efisien. Jika dibandingkan dengan kondisi beban berbeda seperti profil beban yang ditunjukan pada gambar 55, maka operasi sistem PLTD memerlukan bahan bakar 0,8 Ltr/jam atau dengan SFC 1,87kWh/ltr, sedikit lebih rendah dari SFC pada kondisi beban sebelumnya.
Gambar 2. 6 Kurva beban harian dan konsumsi bahan bakar
Oleh karena sistem PLTD sangat tidak efisien jika dioperasikan pada beban rendah, maka diperlukan upaya penyediaan dan pemilihan sistem pembangkit yang lebih efisien. Salah satu alternatif yang banyak digunakan adalah sistem pembangkit listrik hibrida. Sistem Pompa Air Tenaga Surya SESF dapat juga untuk mencatu daya sistem pompa air, terutama bagi daerahdaerah yang sulit untuk mendapatkan air, serta tidak terdapat jaringan listrik. Sistem Pompa air tenaga surya terdiri dari komponen-komponen modul surya, motor, pompa, dan inverter apabila motor mempunyai sistem tegangan AC, sedangkan untuk motor dengan Sistem Tegangan DC dipakai “solarverter’, yang berfungsi untuk menselaraskan keluaran listrik dari modul surya yang berubah-ubah menjadi relatif constant sebelum mencatu daya motor sebagai penggerak pompa air. Besarnya kapasitas sistem pompa air tenaga surya sangat tergantung dari tingginya total head pemompaan serta debit air yang akan dipompakan.
7
Gambar 2. 7 Sistem pompa air tenaga surya
Aplikasi SESF On-Grid Sistem energi surya fotovoltaik on-grid, menghubungkan sistem energi alternatif tersebut dengan jaringan PLN. Sebagai ilustrasi, pada saat produksi listrik sistem energi alternatif rendah atau tidak mencukupi, jaringan PLN menggantikan fungsi baterai berfungsi sebagai back-up daya. Sebaliknya pada saat produksi listrik sistem energi alternatif berlebih, dapat disalurkan dan dijual ke jaringan PLN dengan sistem metering. Pemanfaatan Atap Rumah
Gambar 2. 8 SESF on-grid pada aplikasi atap rumah
Atap rumah dapat dimanfaatkan sebagai area pemasangan modul surya dengan sudut kemiringan tertentu. Aplikasi ini umumnya dihubungkan secara on-grid. Salah satu tujuan utamanya adalah menambah pendapatan melalui penjualan listrik ke pihak PLN. Pemasangan modul surya dengan memanfaatkan area atap rumah berbeda dengan pemasangan dengan penyangga modul, dengan mempertimbangkan beberapa faktor seperti suhu lingkungan, konstruksi bangunan dan sudut penyinaran matahari. Dengan demikian, biaya komponen-komponen pendukung dalam hal ini penyangga modul dapat ditekan. Fotovoltaik Sebagai Arsitektur Bangunan 8
Integrasi modul surya ke dalam arsitektur bangunan atau Building-integrated PV (BIPV) merupakan aplikasi dengan mengganti komponen umum dalam struktur bangunan seperti atap, tembok dan kanopi, dengan modul fotovoltaik yang pemasangannya pada saat proses konstruksi. Selain suplai listrik dari energi yang bebas polusi dan unsur keindahan, salah satu keunggulan disain BIPV yang efisien adalah mengurangi emisi yang berasal dari gedung.
Gambar 2. 9 Contoh arsitektur bangunan pemadam kebakaran dengan modul fotovoltaik
Desain Sistem PV Berikut adalah langkah-langkah dalam mendisain sistem fotovoltaik: menentukan jenis beban dan menghitung kebutuhan energi maksimum per hari (Wh/day), dengan membuat tabel beban yang menjelaskan kebutuhan daya dan lama pemakaian tiap beban per jam per hari. survei lokasi untuk menentukan radiasi, sudut-matahari, dan bayangan (yang mungkin bisa menghalagi jatuhnya sinar matahari ke permukaan modul surya) untuk instalasi modul PV. Menghitung kapasitas panel surya sesuai kebutuhan energi dan rata-rata radiasi matahari. Menghitung kapasitas baterai untuk menyimpan energi sebesar kebutuhan energi selama hari otonomi (autonomy day) dimana matahari diasumsikan tidak bersinar pada hari tersebut. Autonomy day biasanya ditentukan selama 3 hari, yaitu asumsi bahwa selama 3 hari matahari tidak bersinar karena cuaca yang buruk. Memilih komponen yang lulus kualifikasi dan sesuai dengan kebutuhan sistem, seperti BCR dan inverter (jika terdapat beban AC). Membuat perencanaan instalasi dengan daftar (list) yang lengkap untuk peralatan (tool) dan aksesoris yang diperlukan. Dalam merencanakan sistem Fotovoltaik banyak hal-hal yang perlu dibahas, pada diagram alir (flowchart) dibawah ini diberikan langkah-langkah dalam merencanakan sistem fotovoltaik tersebut:
9
Gambar 2. 10 Flowchart perancangan sistem energi surya fotovoltaik
Pemilihan Baterai Dalam pemilihan tipe baterai, disarankan untuk menggunkan battery Deep-discharge. Kapasitas baterai sangat tergantung pada tipe, umur, temperatur, dan kecepatan discharge baterai (rate of discharge). Dianjurkan menggunakan tipe baterai untuk SHS dengan kapasitas yang mampu memberikan DOD (Depth of Discharge) regular 40% dan dapat men-suplai energi selama 3-4 hari (autonomy day) pada saat tidak ada matahari dengan DOD maksimum 80%. Umur baterai sangat tergantung pada pemakaian, DOD, laju charge dan discharge, perawatan, dan instalasi hubungan series/parallel. Baterai untuk keperluan SHS harus dirancang mampu mencapai umur 2 s/d 5 tahun. Pemilihan BCR Khusus untuk pemakaian Solar Home System (SHS), BCR yang digunakan harus lulus tes kualifikasi dan memenuhi persyaratan teknis dalam pemakaian SHS, yang meliputi: Kapasitas maksimum input dan output. Mempunyai tegangan batas bawah dan batas atas terhadap pemutusan baterai Konsumsi diri yang sangat kecil. Mempunyai proteksi hubung singkat dan beban lebih. Tegangan jatuh yang kecil (<0,5V) pada sisi PV-baterai dan pada sisi baterai–beban. Mempunyai blocking diode dan sesuai dengan kapasitas maksimum. Suatu contoh BCR jenis seri dan hubungannya dengan PV, baterai dan beban:
10
Gambar 2. 11 Wiring diagram SHS
Pemilihan Inverter Fungsi dan Jenis Inverter Fungsi inverter adalah mengubah tegangan output dc dari PV atau baterai menjadi tegangan ac, umumnya 120V atau 220V, dengan frekwensi 50 Hz dan 60 Hz. Bentuk gelombang, efisiensi, dan dan surge capability memegang peranan penting, serta berkaitan dengan biaya. Jenis inverter pada umumnya ditentukan oleh bentuk gelombang output yang dihasilkan oleh suatu inverter, yaitu: Gelombang kotak (square wave) Modifikasi gelombang kotak (modified square wave) atau juga disebut modified sine wave. Gelombang sinus (sine wave) Ciri-ciri dari gelombang diatas adalah sebagaimana ditunjukkan pada gambar 13. Dari sisi kualitas inverter dengan gelombang sinus adalah yang terbaik karena sama dengan gelombang listrik PLN, bahkan pada umumnya lebih baik kualitasnya. Sehingga inverter dengan gelombang sinus dapat digunakan untuk segala keperluan seperti layaknya listrik PLN. Kelemahan inverter sinus adalah harganya yang lebih mahal.
Gambar 2. 12 Gelombang output inverter
Gelombang kotak atau modifikasinya pada umumnya juga sudah dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Beberapa aplikasi gelombang kotak seperti penggunaan pada printer, sebaiknya dihindarkan. Penggunaan gelombang kotak pada motormotor listrik bisa menyebabkan suhu motor lebih tinggi bila motor yang sama dioperasikan dengan gelombang sinus. Keunggulan inverter dengan gelombang kotak adalah harganya yang lebih murah dan mudah didapat.
11
Fungsi lain dari inverter adalah sebagai Ballast untuk lampu TL-Flourocent pada SHS. Umumnya tegangan output ac bervariasi antara 45 s/d 70Vac (rms), dan frekuensi>20kHz. Terminal output inverter umumnya ada yang 2, 3 atau 4 kabel. Harus diperhatikan adanya interferensi pada gelombang radio AM Broadcast. Inverter untuk keperluan SHS harus lulus tes kualifikasi dan memenuhi syarat teknis sesuai pemakaiannya. Instalasi Dalam instalasi SESF, ada beberapa hal lain yang penting diperhatikan: Komponen-komponen pendukung seperti saklar dc, circuit breaker, dan sikring (fuse) dipilih dari komponen yang handal dan tahan terhadap perubahan parameter fisis, a.l.: arus, tegangan, dan temperature, yang mendadak. Pengkabelan dan koneksi disesuaikan dengan kondisi lingkungan lokasi, yaitu terhadap pengaruh kelembaban, temperature dan kemungkinan penyinaran matahari langsung. Rancang dan pasang sistem pentanahan (grounding) secara baik dan pasang penangkal petir bila instalasi SESF merupakan bangunan tertinggi. Seyogyanya gunakan komponen yang mempunyai umur panjang (bila dimungkinkan bisa bertahan selama 20 tahun sesuai dengan umur teknis modul fotovoltaik). Mengamankan area sistem dengan pagar, tanda, ataupun alarm, sebagai tanda area berbahaya. Sistem Pengkabelan (Wiring System) Beberapa hal penting dalam sistem pengkabelan antara lain: a. Meminimumkan rugi daya and tegangan hilang (voltage drop) dengan cara: menyesuaikan kapasitas kabel untuk kompensasi temperature membuat pengkabelan yang pendek-pendek menyesuaikan diameter kabel terhadap arus yang mengalir menyesuaikan panjang kabel untuk meminimumkan tegangan jatuh b. Menggunakan pelindung kabel yang sesuai, conduit, atau ditanam langsung. c. Minimumkan jumlah koneksi agar reliabilitas tinggi, biaya tenaga kerja rendah, dan sistem yang lebih aman. Komponen Kabel Penghantar Komponen-komponen kabel penghantar adalah sebagai berikut: Gunakan konduktor dengan logam yang mempunyai sifat sebagai penghantar arus listrik yang baik, contoh: tembaga. Gunakan konduktor untuk aplikasi luar (outdoor cable) Lindungi konduktor, sebagai pengaman, dari panas, sinar matahari, serangga, dan lain sebagainya.. Pelindung kabel (conduit) dari logam atau plastik yang berfungsi sebagai pengaman tambahan kabel penghantar. Tabel berikut menjelaskan luas penampang konduktor (metric) dengan kapasitas arus dan faktor kehilangan tegangannya.
12
Tabel 2.1Spesifikasi konduktor tembaga berdasarkan luas penampangnya
Penampang konduktor (mm2) 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150
Kapasitas arus (A) 32 42 54 73 98 129 158 198 245 292 344 391
Faktor kehilangan tegangan (V/A.m) 0.002823 0.001775 0.001117 0.0007023 0.0004416 0.0002778 0.0001747 0.0001385 0.0001099 0.0000871 0.0000691 0.0000548
Rugi-rugi tegangan atau tegangan hilang dapat dihitung dengan persamaan: Rumus 1: Rugi-rugi Tegangan ΔV = Arus (A) x Panjang kabel (m) x Faktor kehilangan tegangan (V/A/m). Problem Umum Kabel Penghantar Problem yang menimpa kabel penghantar pada umumnya adalah: Gangguan hubung singkat pada titik sambungan listrik dalam kotak pengaman akibat air, serangga, dan lain sebagainya. Kegagalan isolasi kabel panas yang berlebihan. Kerusakan akibat korosi (karat). Pemilihan Kabel Penghantar Pemilihan kabel penghantar berdasarkan atas pertimbangan sebagai berikut: Tegangan hilang, yaitu perbedaan antara tegangan pada sisi pengirim (sumber) dengan tegangan pada sisi penerima (beban). Umumnya dinyatakan dalam %. Tipe Isolasi kabel: outdoor atau indoor Kemampuan hantar arus yang berdasarkan: Ukuran penampang konduktor Jenis dan bahan konduktor Tegangan Jatuh (Voltage Drop) Faktor yang mempengaruhi besarnya drop tegangan : Panjang kabel (meter) Jenis material konduktor kabel Ukuran penampang konduktor (mm2) Standar tegangan hilang maksimum pada sistem SHS: 3% ~ 5%. Contoh sifat resistif (tahanan) konduktor: kabel tembaga ukuran 1 mm2 mempunyai resistansi 0,0365 ohm/meter (pada temperatur 25°C). 13
Perhitungan tegangan jatuh kabel tembaga tersebut dapat dicari dengan rumus umum: Rumus 2: Tegangan hilang pada kabel LI V A dimana: ΔV : Tegangan hilang (volt) Ρ :Tahanan jenis konduktor (Cu, Al) L :Panjang kabel positif dan negatif (meter) I :Arus nominal (Ampere) A :Ukuran penampang konduktor (mm2) Perangkat Lunak Perancangan Dalam perancangan sistem, ada beberapa perangkat lunak atau software untuk membantu merancang dan menganalisa Sistem Energi Surya Fotovoltaik (SESF). Perangkat lunak tersebut pada aplikasinya dikategorikan menjadi dua. Misalkan, praktisi lapangan biasanya menggunakan perangkat lunak yang lebih praktis untuk mendisain sistem. Sedangkan peneliti atau ilmuwan membutuhkan perangkat lunak yang lebih kompleks atau simulation tool untuk optimisasi. Kategori Perangkat Lunak Dalam perancangan SESF, perangkat lunak pendukung perancangan dapat dikategorikan menjadi: Pre-feasibility tools, contohnya RETScreen Sizing tools, contohnya HOMER dan PVSyst Simulation tools, contohnya INSEL Pre-feasibility tools adalah perangkat lunak yang relatif sederhana untuk membantu memperkirakan apakah SESF dapat memenuhi spesifikasi dalam hal kebutuhan energi dan biaya energi selama masa pakai sistem. Biasanya digunakan sebagai rancangan kasar sebagai perhitungan awal. Sizing tools atau perangkat lunak perancangan membantu mengoptimalkan tiap komponen yang terlibat dalam sistem. Salah satu input utamanya adalah data kebutuhan energi. Software-software kategori ini bisa memberikan informasi lebih detil mengenai energi yang dihasilkan tiap komponen dan masa-masa kritis dalam kurun waktu setahun. Terdapat dua perspeksi pada perancangan menggunakan sizing tools: mengoptimalkan sistem secara ekonomis selama kurun masa pakainya, atau mengoptimalkan fungsi sistem dengan mengabaikan aspek ekonomi. Simulation tools atau perangkat lunak simulasi merupakan kebalikan dari sizing tools, karena perancang terlebih dahulu menentukan karakteristik dan ukuran komponen yang dibutuhkan. Perangkat lunak kemudian akan memberikan informasi detil mengenai karakteristik sistem yang diusulkan. Perangkat lunak kategori ini dapat juga digunakan sebagai sizing tool. Hal ini dapat dilakukan dengan mengidentifikasi variabel-variabel utama dan kemudian mengeksekusi simulasi secara berulangulang. Variabel-variabel utama tersebut di-input dan disesuaikan secara manual sampai didapat rancangan yang diharapkan dan optimal. Dalam optimasi, perancangan dengan simulation tools mengabaikan aspek ekonomi. RET Screen 14
Perangkat lunak ini dikembangkan oleh CANMET Energy Diversification Research Laboratory (CEDRL). Perangkat lunak ini menganalisa data berstandar Microsoft Excel, digunakan untuk membantu memperkirakan produksi energy, life-cycle cost atau biaya masa pakai sistem, dan pengurangan emisi gas rumah hijau (greenhouse gas emission) untuk berbagai sistem energi terbarukan.
Gambar 2. 13 Tahapan perancangan menggunakan RETScreen
Gambar 2. 14 Analisa finansial pada perancangan sistem fotovoltaik menggunakan RETScreen
Program RET-Screen dapat diperoleh dengan cara download gratis. HOMER Dikembangkan oleh National Renewable Energy Laboratory (NREL). Hybrid Optimization Model for Electric Renewables (HOMER) lebih banyak digunakan untuk perancangan sistem hibrida atau sistem yang mengkombinasikan dua atau lebih sumber energi, misalnya: fotovoltaik-generator diesel, fotovoltaik-angin-generator diesel, fotovoltaik-mikrohidro-angin-generator diesel, dan seterusnya. Keunggulan HOMER adalah optimasi dan sizing dengan mengeksekusi berulangulang secara otomatis kombinasi komponen yang dimasukkan sebagai input. Parameter utama adalah: profil beban dan data meteorologi dari lokasi implementasi. Setelah itu baru memasukkan input komponen-komponen yang akan digunakan, 15
misalnya panel surya, diesel generator, turbin angin, baterai, inverter, dan sebagainya. Dengan memberikan input ekonomi dari masing-masing komponen, HOMER akan menunjukkan konfigurasi sistem sebagai hasil optimasi, yang diurut berdasarkan fisibilitas dan cost-effectiveness.
Gambar 2. 15 Tampilan utama HOMER
Gambar 2. 16 Contoh layout komponen
Gambar 2. 17 Konfigurasi sistem sebagai hasil optimasi HOMER
16
Program HOMER pada mulanya dapat diperoleh dengan cara download gratis, tetapi perkembangan terakhir memerlukan lisensi. PV System Dikembangkan oleh Universitas Genewa di Swiss. Perangkat lunak ini mengintegrasikan pre-feasibility, sizing dan simulation tools terutama untuk sistem hibrida. Langkah awal adalah menentukan lokasi dan beban. Kemudian perancang memasukkan input komponen dari product database yang dimiliki PVSyst, dan software ini akan secara otomatis mengkalkulasi ukuran tiap komponen (misalkan fotovoltaik, turbin angin, dan sebagainya). Untuk modul pre-feasibility, PVSyst akan memberikan analisa finansial SESF yang sederhana berdasarkan input lokasi dan beban, namun modul ini tidak dapat melayani kebutuhan perancangan sistem hibrida.
Gambar 2. 18 Layout opsi disain PVSyst
Gambar 2. 19 Tahapan simulasi dengan PVSyst
17
Gambar 2. 20 Contoh simulasi rugi-rugi akibat bayangan dengan peletakan sumber bayangan
Program PVSyst harus diperoleh dengan cara download dan memerlukan lisensi INSEL Program simulasi INSEL pertama kali dikembangkan oleh Universitas Oldenburg, Jerman. Berdasarkan karakternya, sistem simulasi INSEL masuk kedalam simulasi fisis (physical simulation), dimana model dan hubungan setiap komponen sistem ditampilkan. Insel merupakan perangkat lunak untuk membantu merancang, memonitor, sekaligus visualisasi sistem energi. Fungsi-fungsi yang dapat di-interkoneksi dalam satu perancangan sistem dengan perangkat ini antara lain data meterorologi, komponen listrik, dan komponen energi termal. Keistimewaan perangkat ini adalah simulasi yang lebih kompleks dan detil, dengan memasukkan parameter-parameter dan fungsi-fungsi yang berhubungan dengan kondisi meteorologi dan karakteristik tiap komponen sistem. Gambar.21 mengilustrasikan model simulasi sistem energi surya fotovoltaik on-grid menggunakan Insel.
Gambar 2. 21 Contoh model INSEL untuk SESF on-grid
18
Program INSEL harus diperoleh dengan cara download dan memerlukan lisensi. Pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Surya Solar Module Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya kira-kira 10 ∞ 15 cm. Komponen ini mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Solar Cell merupakan komponen vital yang terbuat dari bahan semi konduktor. Tenaga listrik dihasilkan oleh satu solar cell yang sangat kecil, maka beberapa solar cel harus digabung sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dihasilkan oleh Industri Solar Cell ini sudah dalam bentuk modul ini. Pada aplikasinya karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh module ini masih kecil (rata-rata sekitar 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa modul digabungkan sehingga terbentuklah apa yang disebut Array. Dalam pengoperasian PLTS haruslah dipastikan bahwa solar module ini harus bekerja dengan baik dengan cara mengukur tegangan yang dihasilkan oleh setiap modul. Perhatikan Gambar dibawah ini.
Gambar 2. 22 mengukur tegangan AC Module Agar energi listrik yang dihasilkan oleh solar module dapat dimanfaatkan maka harus dirubah menjadi listrik AC oleh alat yang disebut Power Conditioner. Karena menggabungkan listrik dari beberapa modul menyebabkan sistem pengkabelannya menjadi rumit dan kapasitas power conditionerpun menjadi besar, maka dikembangkanlah apa yang disebut AC Module . Yaitu modul yang langsung menghasilkan listrik AC Sebagai contoh di bawah ini diberikan gambar Power Conditioner buatan Sharp Jepang dengan type JK40EK.
Gambar 2. 23 Power Conditioner JH40EK
19
Controller Kontroler sering disebut dengan berbagai nama seperti Gharge Regulator, BCU dan sebagainya. Berfungsi mengatur lalu lintas listrik dari modul Surya ke Batteray, apabila batteray/accu sudah penuh maka listrik tidak akan diteruskan ke batteray/accu dan sebaliknya. Kemudian dari Batteray kebeban (apabila listrik dalam accu tinggal 20 – 30 %, maka listrik kebeban otomatis dimatikan.
Gambar 2. 24 Pemasangan BCU
Versi Standar seperti tampak dalam gambar ini dilengkapi dengan fungsi-fungsi untuk melindungi batteray/accu dengan proteksi-proteksi berikut : LVD (Low Voltage Disconnect) Apabila tegangan dalam batteray rendah ~11,2 VDC, maka untuk sementara beban tidak dapat dinyalakan. Apabila trgangan batteray sudah normal melewati 12 VDC (setelah di cahrge oleh modul surya) secara otomatis beban akan dapat dinyalakan lagi (reconnect) HVD (High Voltage Disconnect) Bertugas memutuskan aliran listrik dari modul surya jika batteray/accu sudah penuh, listrik dari panel surya akan dihubungkan kembali ke batteray hanya apabila tegangan batteray kembali rendah. Short Circuit Protection Menggunakan electronic fuse sehingga tidak memerluka sekring cadangan sebagai pengganti. Berfungsi untuk melindungi sistem PLTS apabila terjadi arus hubungansingkat baik di modul surya maupun di beban. Apabila terjadi short circuit maka jalur ke beban secara otomatis.otomatis akan dihentikan sementara, dalam beberapa detik berikutnya akan kembali terhubung Reverse Polarity Melindungi dari kesalahan pemasangan kutup (+) atau (-). Reverse Current Melindungi agar listrik dari batteray/accu tidak mengalir ke modul surya pada malam hari.
20
PV Voltage Spike Melindungi tegangan tinggi dari modul surya pada saat batteray tidak disambungkan. Lightning Protection Melindungi terhadap sambaran petir (s/d 20,000volt)
Gambar 2. 25. Contoh Sistem Rumah (Sumber Sharp co.Ltd, Jepang) Keterangan : 1. adalah Solar Panel 2. adalah Power Conditioner 3. adalah Alat Pendistribuasian listrik 4 Meteran mengukur pemakaian listrik.
Latihan Sebagai seorang operator PLTS anda diminta untuk melakukan tugas/ pekerjaan sebagai berikut : Melakukan pemeriksaan terhadap semua komponen pembangkit PLTS agar perangkat keras dan jaringan PLTS selalu dalam kondisi baik dan dapat beroperasi. Mengoperasikan PLTS (menghidupkan dan mematikan Listrik sesuai jadwal. Melakukan perawatan rutin dan preventive maintenance. Melakukan perbaikan kecil/minor yang dapat ditangani langsung. Membersihkan kaca pelindung Solar Modul secara rutin. Memelihara dan menjaga alat bantu kerja dan mencatat jumlah dan keadaannya. Mencatat semua kejadian yang ada dan berkaitan dengan PLTS dalam buku catatan /log book. Memberikan pelayanan tambahan, jika diperlukan. Pemeriksaan Instalasi Listrik Hendaklah di lakukan pemeriksaan terhadap segala sesuatu (Komponen PLTS, Jaringan, Panel Tenaga) dan lain sebagainya dengan merujuk pada panduan pengoperasian, gambar instalasi, Peraturan Umum Instalasi Listrik. Bagian-bagian yang perlu di periksa diantaranya adalah : a. Saklar Power yang ada di panel distribusi b. Kabel power diperiksa dengan menggunakan merger, atau AVO meter untuk mengetahui apakah ada kebocoran pada kabel jaringan. c. Perhatikan pula laporan konsumen apakah ada titik- titik lampu yang tidak menyala pada hari sebelumnya. 21
. Gambar 2. 26 Kontroler elektrik yang bersih menjamin keamanan dan keselamatan
Gambar 2. 27 Kontroler Listrik yang menjadi sarang tikus ( Berbahaya, hindari)
22
Gambar 2. 28 Pelanggan mengganti sekring dengan kabel (sangat berbahaya, hindari perbuatan ini)
Gambar 2. 29 Meteran Listrik yang dilengkapi dengan catatan pemakaian beban
23
Gambar 2. 30 Jaringan Listrik di atas atap rumah
Gambar 2. 31 Jaringan Kabel Listrik pada tiang jaringan
24
Gambar 2. 32 Semua komponen di atas harus diperiksa
Gambar 2. 33 Contoh Lembaran Isian Harian
Keselamatan Dan KesehatanKesehatan kerja Dalam Pengoperasian PLTS Dalam pelaksanaan proyek pembangunan listrik tenaga surya, diupayakan sebisa mungkin untuk dapat memaksimalkan peran serta masyarakat setempat dalam pembangunan dan tahap pelaksanaannya, sehingga ketika proyek nanti selesai dan diserahkan kepada masyarakat lokal mereka telah terbiasa dan terbangun rasa memiliki untuk mengelola dan merawatnya dikemudian hari. Peran serta lokal dapat berupa teknologi lokal, peralatan lokal, material lokal, dan tenaga kerja lokal. 25
Pemakaian alat dari luar negeri harus dipertimbangkan dengan baik terutama berkenaan dengan kemampuan masyarakat desa untuk mengoperasikan dan keberlanjutan pengoperasian peralatan. Ketersediaan suku cadang dalam negeri dan teknisi yang menguasai pengoperasian, perawatan dan perbaikan jika terjadi kerusakan pada alat merupakan suatu hal yang sangat penting jika peralatan dan komponen didatangkan dari luar negeri. Merupakan hal yang penting untuk operasional yang berkelanjutan, bahwa masyarakat pengguna merasa akrab dan mengenal sistem merupakan milik mereka. Penghargaan mereka terhadap keberadaan listrik dan kesadaran akan kewajiban yang harus dilakukan dapat dibangun dengan memberikan kesadaran memiliki dalam masyarakat. Hal ini dapat dilakukan dengan melibatkan peran serta masyarakat lokal, seperti pada tahap implementasi proyek. Setiap komponen asing dapat diterima, jika dapat dioperasikan, diperbaiki dan diganti secara lokal. Jika hal tersebut tidak memungkinkan, maka diperlukan peninjauan ulang dari desain yang diusulkan. Sebelum tahap pemasangan dilaksanakan ada beberapa hal yang harus diselesaikan, sehingga tidak menghambat pekerjaan dari proyek dikemudian hari. Adapun hal-hal tersebut seperti; desain dan gambar final serta anggaran biayanya perjanjian jual beli listrik dengan PLN jika itu interkoneksi atau on grid dan kesepakatan harga tarif dengan pengguna untuk sistem off grid kajian dampak sosial, ekonomi dan lingkungan kontrak perjanjian kerja dengan kontraktor ijin-ijin lainnya Sebelum tahap pemasangan dimulai, pastikan segala sesuatu telah siap dan tersedia. Segala hal yang belum diselesaikan dapat menghambat pekerjaan dan pada akhirnya dapat menghambat penyelesain proyek (proyek jadi terlambat). Penyusunan Spesifikasi Peralatan Pemilihan dan spesifikasi teknis peralatan dan komponen pembangkit tenaga surya biasanya dilakukan pada proses feasibility study dan perencanaan detail. Dalam proses ini spesifikasi dari peralatan harus sudah ditentukan. Pemilihan dan desain teknis disesuaikan dengan kondisi lokasi dan karakterisitik operasional system yang dikehendaki, misalnya sistem SESF Off-Grid, SHS, terpusat, hybrid atau SESF OnGrid. Jika semua aspek teknis dan desain telah siap, hubungi pihak manufaktur atau pabrikan untuk mendapatkan penawaran harga dan kesepakatan lainnya. Baiknya untuk menghubungi lebih dari satu pabrikan untuk membandingkan harga dan kelebihan lain yang ditawarkan masing-masing pabrikan. Selain harga yang kompetitif, perlu diperhatikan juga kualitas pekerjaan dan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan. Hal ini sangat penting untuk pengaturan jadwal pekerjaan dengan bagian yang lain. Suatu hal yang perlu dipertimbangkan adalah pemilihan pabrikan lokal untuk mensuplai peralatan yang kita butuhkan. Hal ini mengingat alasan pemberdayaan masyarakat lokal dan juga alasan biaya. Quality Control Quality control digunakan untuk menjaga standard kualitas pekerjaan telah sesuai antara desain dengan spesifikasi aktualnya. Untuk melaksankan quality control, standardisasi harus telah dibuat untuk semua pekerjaan yang akan dilalui dari mulai 26
pembelian material sampai pelaksanaan dan pekerjaan harus dikontrol sesuai dengan standard itu. Standard untuk material : standard kualitas untuk material yang akan digunakan harus ditentukan sesuai dengan jenis pekerjaan Quality standard : kontrol karakteristik untuk kualitas yang dikehendaki harus didefinisikan dan secara kuantitif ditentukan. Standard bekerja : standard fasilitas penanganan, standard operasi, standar inspeksi, dan standard untuk perawatan sebaiknya didefinisikan. Metode test dan inspeksi Dalam kondisi tertentu, standard dapat mengacu pada standard yang telah ditentukan oleh pemerintah atau instansi terkait seperti PLN dll. Untuk aplikasi tenaga surya pemerintah telah menetapkan prosedur dan standarnya, baik dari material maupun instalasi. Partisipasi Masyarakat Proyek PLTS pada umumnya terletak didaerah terpencil, dimana akses transportasi dan fasilitas komunikasi sangat terbatas. Selain itu orang luar maupun pemerintah tidak mempunyai kepentingan secara langsung terhadap keberadaan PLTS tersebut. Oleh karena itu kemandirian dan partisipasi masyarkat dalam menjaga keberlangsungan sebuah proyek PLTS sangat berperan penting. Partisipasi masyarakat setempat dimulai dari tahap perencanaan dimana mereka dilibatkan melalui sosialisasi dengar pendapat dan tanya jawab mengenai segala sesuatu menyangkut keberadaan PLTS di daerah mereka. Masukan dan saran dari masyarakat pada tahap perencanaan harus dimasukan sebagai pertimbangan yang sangat berharga dalam pembangunan dan operasional PLTS serta keberlanjutannya dikemudian hari. Partisipasi masyarakat dalam tahap perencanaan, pembangunan serta operasional PLTS merupakan suatu kunci pokok dalam keberhasilan proyek secara umum. Salah satu tujuan dari metode ini adalah untuk menumbuhkan rasa memiliki dalam diri masyarakat. Semakin banyak mereka terlibat dengan aktif, secara psikologi masyarakat akan merasa dekat dan akrab dengan PLTS sehingga diharapkan mampu menunjang keberlanjutan PLTS tersebut. Hal ini berdasarkan bahwa masyarakat setempat adalah pengguna akhir dari PLTS merekalah yang sehariharinya akan berurusan dan berhubungan langsung dengan operasionalnya PLTS. Parisipasi masyarakat dalam pembangunan dapat berupa tenaga, material atau bahkan dana tambahan jika ada kekurangan dari budget yang dianggarkan. Pengoperasian Seperti halnya fasilitas utility dan pembangkit energi lain, PLTS juga memiliki standard operasi. Hal ini bertujuan untuk menjaga keandalan dan kesinambungan operasional pembangkit sesuai dengan prosedur dan standard yang telah ditetapkan. Dalam operasi, pihak manajemen maupun operator harus mengerti hal-hal berikut; Operator harus melaksanakan operasi dengan efisien sesuai dengan manual, peraturan dan standard yang diberlakukan. Baik itu oleh pihak pabrikan maupun pengelola. Operator harus terbiasa dan mengenali semua komponen pembangkit beserta fungsi – fungsinya.
27
Operator harus selalu memeriksa kondisi fasilitas dan alat-alat pembangkit. Ketika dia menemukan suatu kerusakan atau keganjilan dia harus melaporkan kepada orang yang bertanggungjawab dan mengatasinya jika dianggap mampu. Operator harus mencoba untuk mencegah segala macam kerusakan dan kecelakaan. Dilakukan dengan tindakan pencegahan berupa perawatan dan penyediaan fasilitas pencegah kecelakaan. Manual petunjuk operasi untuk setiap pembangkit tenaga surya harus disiapkan sebelum pembangkit mulai beroperasi. Selain itu training untuk operator juga perlu dilaksanakan sehingga mereka benar-benar siap untuk diserahi segala kewajiban dan tanggungjawab dalam mengoperasikan dan merawat pembangkit. Operasi Pembangkit Operasional sebuah pembangkit tenaga surya tidak hanya membangkitkan energi listrik yang memanfaatkan sinar matahari. Tetapi juga untuk mengontrol fasilitas dan peralatan pembangkitan lainnya dan mensuplai energi listrik ke konsumen pada kondisi yang stabil dan memastikan semua komponen dalam kondisi yang baik. Karena peralatan dan fasilitas pembangkit yang dipasang tergantung pada kondisi lokasi dan dana yang tersedia, ada beberapa cara yang beragam untuk operasional sebuah pembangkit tenaga surya. Pada kasus dalam suatu pembangkit, maka operator tidak harus selalu mengontrol setiap saat peralatan tetapi dilakukan lebih periodik dan pada saat tertentu saja, misalnya star Up, stopping dan emergency. Sedangkkan untuk pembangkit yang lebih canggih dimana stoping dilakukan dengan otomatis keberadaan operator tidak terlalu diperlukan secara tetap dan terus menerus. Dalam kebanyakan kasus tenaga surya untuk listrik pedesaan, dimana dana yang tersedia terbatas, kadang sistem proteksi dan control otomatis ditiadakan. Oleh karena itu pada umumnya keberadaan operator sangat diperlukan untuk mengantisipasi masalah yang mungkin terjadi. Prosedur operasi pembangkit tenaga surya pada umumnya dikategorikan sebagai berikut. Pemeriksaan Sebelum Operasi Sebelum pembangkit dijalankan operator harus memeriksa dan menjamin komponen dan fasilitas pembangkit berada pada kondisi aman dan siap beroperasi. Pengecekan dilakukan setelah pembangkit berhenti lama atau perbaikan. Bagianbagian yang harus diperiksa pada umumnya adalah sebagai berikut; sistem pembangkit Merupakan bagian utama pembangkit listrik yang terdiri dari satu atau lebih rangkaian modul fotovoltaik. Sistem penyimpan/baterei Merupakan bagian SESF yang berfungsi sebagai penyimpan listrik (baterei/accu). Sistem penyimpan listrik pada dasarnya diperlukan untuk SESF yang dirancang untuk operasi malam hari atau SESF yang harus memiliki kehandalan tertentu. Sistem Pengaturan dan Pengkondisi Daya Berfungsi untuk memberikan pengaturan, pengkondisian daya misalnya merubah arus searah menjadi arus bolak balik, dan atau pengamanan sedemikian rupa sehingga SESF dapat bekerja secara efisien, handal dan aman Sistem Beban Bagian akhir dari penggunaan SESF yang mengubah listrik menjadi energi akhir seperti lampu penerangan, televisi, radio tape, VCD, lemari es dan pompa air. 28
Kabel transmisi Merupakan bagian untuk menghubungkan ke cabang jaringan konsumen Peran Operator Selama operasi Normal Operator harus menjaga operasional dari komponen pembangkit dalam kondisi yang baik dan aman. Operator berperan dalam menjaga kualitas listrik yang dihasilkan pembangkit masih dalam batasan yang ditetapkan. Tindakan yang harus dilakukan operator selama operasional pembangkit diantaranya sebagai berikut: Periksa modul surya dalam kondisi baik. Bersihkan sampah pada modul surya yang menghalangi sinar matahari Periksa BCR dalam keadaan baik. Periksa baterei dalam keadaan baik. Matching charger dengan kebutuhan baterei, hindarkan underdischarge dan overdischarge, jaga agar elektrolit berada pada level yang tepat, jaga kebersihan baterei, hindari kondisi overheating dan lakukan ekualisasi secara periodik terhadap sel baterei yang lemah. Periksa setiap kondisi yang tidak normal, lakukan tindakan penanggulangan dan perbaikan, hentikan pembangkit jika dirasa perlu Untuk mencegah kondisi yang berbahaya bagi peralatan pembangkit dan konsumen, diperlukan prosedur penghentian pembangkit yang benar Operasional Darurat Selama keadaan tertentu, operasional pembangkit harus dilakukan dengan teliti dan hati-hati atau bahkan harus dihentikan untuk sementara waktu. Adapun keadaan darurat dapat berupa kecelakaan Jika terjadi kecelakaan selama operasional pembangkit, misalnya ada bagian yang lepas atau konsleting listrik dll. Operator sebaiknya segera menghentikan pembangkit. Langkah-langkah yang dapat dilakukan diantaranya adalah: hentikan pembangkit dengan segera berikan bantuan atau pertolongan jika kecelakaan menimpa orang laporkan kejadian kepada orang yang berwenang (ketua, RT, lurah,dll) selidiki penyebab kecelakaan dengan teliti kembali operasikan pembangkit jika operator dapat menangani dan memperbaiki penyebab kecelakaan dan kerusakan hubungi pembuat peralatan jika operator tidak dapat menemukan dan memperbaiki kerusakan, minta petunjuk dan jika tidak yakin minta mereka untuk memperbaikinya. Jaringan Distribusi Konsumen Jaringan transmisi dan distribusi digunakan untuk menghantarkan energi listrik ke konsumen yang biasanya pada tegangan rendah. Jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari tiga kabel, 1 netral dan 1 line dan 1 grounding. Hal-hal yang dapat dilakukan untuk memelihara jaringan distribusi adalah : Pemeriksaan sepanjang jaringan dari gangguan yang diakibatkan oleh tumbuhan. Seperti pohon roboh dan ranting yang menghalangi jaringan distribusi. Periksa kerusakan yang mungkin terjadi pada tiang penyangga kabel akan adanya kemungkinan roboh, keropos dll. Periksa kabel-kabel penghantar terhadap kemungkinan kendor atau putus. Ganti jika dianggap perlu dengan jenis yang sama Kontrol secara berkala sambungan keperumahan/konsumen. Pastikan masih bagus.
29
Buku Catatan (Log Book) Logbook merupakan bagian penting dari kegiatan operasi dan perawatan. Logbook adalah catatan sejarah kondisi pembangkit. Dengan logbook kita dapat memonitor operasi sehari-hari, proses perawatan, gangguan yang kadang-kadang muncul dan pengalaman dalam mengatasi gangguan yang timbul. Log book harus diisi oleh operator pada kegiatan operasional sehari-hari, pada saat melakukan perawatan, mengatasi gangguan, maupun mengganti parts yang rusak. Adapun contoh log book seperti dibawah ini. Tabel 2. 2 contoh log book Bulan : Agustus 2008
Tgl
Kondisi
Waktu
Volt [V]
Curr [A]
P [Kw]
kWh
OPR
TTD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 30
26 27 28 29 30 31 KOMULATIF BULAN
AKHIR
31
Setiap akhir bulan operator harus mencatat jam total opersional yang dihasilkan oleh pembangkit. Pada saat mengganti parts yang rusak hour meter harus dicatat juga sebagai informasi dari life time parts. Part yang terdeteksi bekerja secara tidak baik atau tidak semestinya, harus segera diganti. Jangan menunggu sampai rusak atau hancur total. Part yang bekerja tidak normal dapat menyebabkan kerusakan yang lebih parah terhadap part-part lainnya. Apabila persediaan parts sudah habis harap segera dipesan parts yang baru. Jangan menunggu sampai pembangkit harus diberhentikan total.
Mengamati besaran Listrik Seringkali tidak berhubungan dengan besaran yang diukur, perbedaan ini dinamakan eror (kesalahan). Definisi eror adalah perbedaan dari besaran yang diukur dengan besaran sebenarnya. Kesalahan yang terjadi pada pengukuran mempunyai banyak alasan, secara tradisional eror digolongkan pada random eror (kesalahan sembarangan), sistematik eror dan gross eror (kesalahan kasar) atau blunders (perbuatan keliru). Random eror disebabkan oleh pengaruh keadaan luar kontrol dan operator. Sistematik eror adalah kesalahan yang terjadi pada sebagian besar, mempunyai karakteristik tersendiri dan setiap eror ini seolah olah
pengukuran memberikan nilai tertentu. Sebagai tambahan dapat dibuat cara lain dan salah satu cara adalah meneliti atau memperhatikan tempat terjadinya eror. Menggunakan Multimeter Pertama-tama jarum penunjuk meter diperiksa apakah sudah tepat pada angka 0 pada skala DCmA , DCV atau ACV posisi jarum nol di bagian kiri ( lihat gambar 2 a ), dan untuk skala ohmmeter posisi jarum nol di bagian kanan (lihat gambar 2 b). Jika belum tepat harus diatur dengan memutar sekrup pengatur kedudukan jarum penunjuk meter ke kiri atau ke kanan dengan menggunakan obeng pipih (-) kecil.
Gambar 2. 34 Kedudukan Normal Jarum Penunjuk Meter
32
Multimeter Digunakan Untuk Mengukur Hambatan Untuk mengukur resistansi suatu rangkaian, posisi saklar pemilih multimeter diatur pada kedudukan Ω dengan batas ukur x 1. Test lead merah dan test lead hitam saling dihubungkan dengan tangan kiri, kemudian tangan kanan mengatur tombol pengatur kedudukan jarum pada posisi nol pada skala Ω. Jika jarum penunjuk meter tidak dapat diatur pada posisi nol, berarti baterainya sudah lemah dan harus diganti dengan baterai yang baru. Langkah selanjutnya kedua ujung test lead dihubungkan pada ujung-ujung resistor yang akan diukur resistansinya. Cara membaca penunjukan jarum meter sedemikian rupa sehingga mata kita tegak lurus dengan jarum meter dan tidak terlihat garis bayangan jarum meter. Supaya ketelitian tinggi kedudukan jarum penunjuk meter berada pada bagian tengah daerah tahanan. Jika jarum penunjuk meter berada pada bagian kiri (mendekati maksimum), maka batas ukurnya diubah dengan memutar saklar pemilih pada posisi x 10. Selanjutnya dilakukan lagi pengaturan jarum penunjuk meter pada kedudukan nol, kemudian dilakukan lagi pengukuran terhadap resistor tersebut dan hasil pengukurannya adalah penunjukan jarum meter dikalikan 10 Ω. Multimeter Digunakan Untuk Mengukur Tegangan DC Untuk mengukur tegangan DC (misal dari baterai atau power supply DC), saklar pemilih multimeter diatur pada kedudukan DCV dengan batas ukur yang lebih besar dari tegangan yang akan diukur. Test lead merah pada kutub (+) multimeter dihubungkan ke kutub positip sumber tegangan DC yang akan diukur, dan test lead hitam pada kutub (-) multimeter dihubungkan ke kutub negatip (-) dari sumber tegangan yang akan diukur. Hubungan semacam ini disebut hubungan paralel. Untuk mendapatkan ketelitian yang paling tinggi, usahakan jarum penunjuk meter berada pada kedudukan paling maksimum, caranya dengan memperkecil batas ukurnya secara bertahap dari 250 V, 100 V, 50 V, 25 V dan seterusnya. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah bila jarum sudah didapatkan kedudukan maksimal jangan sampai batas ukurnya diperkecil lagi, karena dapat merusakkan multimeter. a. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan AC Untuk mengukur tegangan AC dari suatu sumber listrik AC, saklar pemilih multimeter diputar pada kedudukan ACV dengan batas ukur yang paling besar misal 250 V. Kedua test lead multimeter dihubungkan ke kedua kutub sumber listrik AC tanpa memandang kutub positif atau negatif. Selanjutnya caranya sama dengan cara mengukur tegangan DC di atas. b. Multimeter digunakan untuk mengukur arus DC Untuk mengukur arus DC dari suatu sumber arus DC, saklar pemilih pada multimeter diputar ke posisi DCA dengan batas ukur 5 A. Kedua test lead multimeter dihubungkan secara seri pada rangkaian sumber DC (perhatikan gambar di bawah ini)
Gambar 2. 35 Multimeter untuk Mengukur Arus DC 33
Ketelitian paling tinggi akan didapatkan bila jarum penunjuk multimeter pada kedudukan maksimum. Untuk mendapatkan kedudukan maksimum, saklar pilih diputar setahap demi setahap untuk mengubah batas ukurnya dari 5 A; 2,5 A; dan 1 A. Yang perlu diperhatikan adalah bila jarum sudah didapatkan kedudukan maksimal jangan sampai batas ukurnya diperkecil lagi, karena dapat merusakkan multimeter.
Gambar 2. 36 Operator harus selalu berpedoman pada buku Manual/Petunjuk Teknis Operasi seperti di atas
Kesehatan Dan Keselamatan Kerja Tindakan keselamatan kerja bertujuan untuk menjamin keutuhan dan kesempurnaan, baik jasmani maupun rohani manusia, serta hasil kerja dan budaya tertuju pada kesejahteraan masyarakat pada umumnya. Keselamatan kerja manusia secara terperinci antara meliputi : pencegahan terjadinya kecelakaan, mencegah dan atau mengurangi terjadinya penyakit akibat pekerjaan, mencegah dan atau mengurangi cacat tetap, mencegah dan atau mengurangi kematian, dan mengamankan material, konstruksi, pemeliharaan, yang kesemuanya itu menuju pada peningkatan taraf hidup dan kesejahteraan umat manusia. Dasar-dasar keselamatan kerja yang ada di Indonesia antara lain telah diatur dalam Undang-Undang RO No. 1 Th 1970. Pada pasal satu ayat lima misalnya, dikemukakan bahwa ahli keselamatan kerja adalah tenaga teknis berkeahlian khusus dari luar Departemen Tenaga Kerja yang ditunjuk oleh Menteri Tenaga Kerja untuk mengawasi ditaatinya UU No. 1 Th 1970. Organisasi keselamatan kerja dalam administrasi pemerintah di tingkat pusat diwadahi dalam bentuk Direktorat Pembinaan Norma Keselamatan dan Kesehatan Kerja dan Direktoral Perlindungan Perawatan Tenaga Kerja. Fungsi Direktorat ini antara lain: melaksanakan pembinaan, pengawasan, serta penyempurnaan dalam penetapan norma keselamatan kerja di bidang mekanik, bidang listrik, uap dan kebakaran.
34
Selain Undang-Undang yang mengatur keselamatan kerja, terdapat pula suatu organisasi lain yang dibentuk oleh perusahaan-perusahaan sebagai bagian dari struktur organisasi yang ada di perusahaan, yang disebut bidang keselamatan kerja. Selain organisasi-organisasi di atas ada satu organisasi yang konsen terhadap keselamatan kerja, misalnya organisasi Ikatan Higine Perusahaan, Kesehatan dan Keselamatan Kerja, yang didirikan pada tahun 1971. Adapun tujuan organisasi tersebut antara lain (a) Menunjang terlaksananya tugastugas pemerintah, khususnya di bidang peningkatan taraf hidup dan kesejahteraan tenaga kerja di perusahaan, industri, perkebunan, pertanian yang meliputi di antaranya tentang penanganan keselamatan kerja. (b) Menuju tercapainya keragaman tindak di dalam menanggulangi masalah antara lain keselamatan kerja. Standar Keselamatan Kerja Dalam penggolongan pengamanan sebagai tindakan keselamatan kerja ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain: Pelindung badan, meliputi pelindung mata, tangan, hidung, kaki, kepala, dan telinga. Pelindung mesin, sebagai tindakan untuk melindungi mesin dari bahaya yang mungkin timbul dari luar atau dari dalam atau dari pekerja itu sendiri Alat pengaman listrik, yang setiap saat dapat membahayakan. Pengaman ruang, meliputi pemadam kebakaran, sistim alarm, air hidrant, penerangan yang cukup, ventilasi udara yang baik, dan sebagainya. Di samping penggolongan pengamanan tersebut di atas, standar keselamatan kerja terutama di bengkel mekanik elektro, ada urutan penanggung jawab keselamatan kerja. Seorang instruktur mempunyai tugas dan kewajiban antara lain: memberikan instruksi dengan benar kepada anak buahnya secara tepat dan aman untuk tiap-tiap bagian yang akan dikerjakan. Jika terjadi kecelakaan, seorang instruktur berkewajiban menyelidiki sebab-sebab terjadinya kecelakaan dan kerusakan yang terjadi. Instruktur wajib melaporkan kepada atasannya atas kejadian kecelakaan tersebut, melaporkan tentang kerusakan mesin maupun alat-alat yang digunakan serta mencatat peristiwa tersebut secara akurat dan tertib. Seorang Storeman (teknisi), bertugas dan bertanggung jawab penuh terhadap alatalat dan mesin yang ada di ruang bengkel untuk : memelihara alat-alat kerja, memberikan layanan peminjaman alat bagi pekerja atau siswa praktikan, mencatat barang yang masuk dan keluar, mencatat jumlah barang yang ada di bengkel, dan mencatat kerusakan alat-alat kerja, baik alat tangan maupun peralatan mesin. Seorang pekerja atau praktikan, mempunyai tugas dan kewajiban antara lain: mentaati segala peraturan dan instruksi yang ada . Ia berkewajiban melakukan pekerjaan dengan hati-hati dan aman, menjaga keutuhan alat dan kebersihan ruangan kerja, bertindak secara tepat jika terjadi kecelakaan dan melaporkan kepada instruktur. Sistem Keselamatan Kerja Seorang pekerja baik siswa, teknisi maupun instruktur yang akan bekerja dalam lingkungan bengkel atau laboratorium khususnya dalam teknik kejuruan haruslah mengetahui tentang pengetahuan keselamatan kerja. Mereka juga harus mengetahui tata-cara bekerja secara benar, cara bekerja yang aman dan selamat baik bagi dirinya sebagai orang yang terlibat dalam pekerjaan itu maupun benda kerja yang dikerjakan serta lingkungan kerja di sekitarnya. Terjadinya kecelakaan menyebabkan kerugian pada tiap-tiap orang yang terlibat baik secara langsung 35
maupun tidak langsung dalam pekerjaan tersebut. Jika terjadi kecelakaan maka orang yang bersangkutan akan menderita sakit atau gangguan phyisik lainnya. Kerugian lainnya adalah kerugian benda, usaha kerja, kesehatan dan aktivitas sosial lainnya. Sebab-Sebab Terjadinya Kecelakaan Suatu kecelakaan sering terjadi yang diakibatkan oleh lebih dari satu sebab. Kecelakaan dapat dicegah dengan menghilangkan hal-hal yang menyebabkan kecelakan tersebut. Ada dua sebab utama terjadinya suatu kecelakaan. Pertama, tindakan yang tidak aman. Kedua, kondisi kerja yang tidak aman. Orang yang mendapat kecelakaan luka-luka sering kali disebabkan oleh orang lain atau karena tindakannya sendiri yang tidak menunjang keamanan. Berikut beberapa contoh tindakan yang tidak aman, antara lain: Memakai peralatan tanpa menerima pelatihan yang tepat Memakai alat atau peralatan dengan cara yang salah Tanpa memakai perlengkapan alat pelindung, seperti kacamata pengaman, sarung tangan atau pelindung kepala jika pekerjaan tersebut memerlukannya Bersendaugurau, tidak konsentrasi, bermain-main dengan teman sekerja atau alat perlengkapan lainnya. Sikap tergesa-gesa dalam melakukan pekerjaan dan membawa barang berbahaya di tenpat kerja Membuat gangguan atau mencegah orang lain dari pekerjaannya atau mengizinkan orang lain mengambil alih pekerjaannya, padahal orang tersebut belum mengetahui pekerjaan tersebut. Di sisi lain, kecelakaan sering terjadi akibat kondisi kerja yang tidak aman. Berikut ini beberapa contoh yang menggambarkan kondisi kerja tidak aman antara lain: Tidak ada instruksi tentang metode yang aman. Tidak ada atau kurangnya pelatihan si pekerja. Memakai pakaian yang tidak cocok untuk mengerjakan tugas pekerjaan tersebut. Menderita cacat jasmani, penglihatan kabur, pendengarannya kurang. Mempunyai rambut panjang yang mengganggu di dalam melakukan pekerjaan. Sistem penerangan ruang yang tidak mendukung. Persentase penyebab kecelakaan di bengkel kerja mesin berdasarkan penelitian yang dilakukan para ahli dapat digambarkan terluka akibat mengangkut (30%) jatuh (20%) obyek yang jatuh(10%) peralatan tangan (10%) mesin (9%)
barang menabrak benda (6%) alat angkut (5%) terbakar (2%) arus listrik (2%) zat berbahaya (1%) lain-lain (5%)
Tindakan Menghindari cara Kerja Yang Tidak Aman Menghindarkan cara kerja yang tidak nyaman merupakan tanggung jawab semua pekerja yang bekerja di ruang kerja. Sebaliknya sikap yang tidak bertanggung jawab merupakan suatu tindakan kebodohan.Sikap yang bodoh menyebabkan bahaya bagi dirinya sendiri maupun orang lain. Oleh karena itu ikutilah instruksi supervisor
36
(pengawas/pimpinan). Pakailah cara-cara kerja yang benar, tenang dan tidak ceroboh dalam segala hal jika akan memulai bekrja. Kerja sama dari semua orang yang terlibat dalam bekerja sangat diperlukan dalam mencegah kondisi yang tidak aman. Kondisi kerja yang aman tidak hanya memiliki alat-alat yang bagus dan mesin yang baru. Kerjasama dari setiap individu tempat kerja merupakan hal yang sangat penting. Menjadikan tempat kerja yang bersih, sehat, tertib, teratur dan rapi merupakan syarat yang sangat menentukan keberhasilan kerja secara maksimal. Mencegah Terjadinya Kecelakaan Tindakan pencegahan terhadap kemungkinan terjadinya kecelakaan adalah hal yang lebih penting dibandingkan dengan mengatasi terjadinya kecelakaan. Kecelakaan dapat dicegah dengan menghindarkan sebab-sebab yang bisa mengakibatkan terjadinya kecelakaan. Tindakan pencegahan bisa dilakukan dengan cara penuh kehati-hatian dalam melakukan pekerjaan dan ditandai dengan rasa tanggung jawab. Mencegah kondisi kerja yang tidak aman, mengetahui apa yang harus dikerjakan dalam keadaan darurat, maka segera melaporkan segala kejadian, kejanggalan dan kerusakan peralatan sekecil apapun kepada atasannya. Kerusakan yang kecil atau ringan jika dibiarkan maka semakin lama akan semakin berkembang dan menjadi kesalahan yang serius jika hal tersebut tidak segera diperbaiki. Tindakan pencegahan terjadinya kecelakaan harus dilakukan dengan rasa bertanggung jawab sepenuhnya terhadap tindakan keselamatan kerja. Bertanggung jawab merupakan sikap yang perlu dijujung tinggi baik selama bekerja maupun saat beristirahat Hal ini akan sangat bermanfaat bagi keselamatan dalam bekerja. Peralatan perlindungan anggota badan dalam setiap bekerja harus selalu digunakan dengan menyesuaikan sifat pekerjaan yang dilakukan. Beberapa alat pelindung keamanan anggota badan., terdiri dari pelindung mata, kepala, telinga, tangan, kaki dan hidung. Penggunaan alat pelindung ini disesuaikan dengan jenis pekerjaan yang dikerjakan. Sebagai contoh pelindung mata, pakailah kaca mata atau gogles untuk melindungi dari sinar yang kuat, loncatan bunga api, loncatan logam panas dan sebagainya Kesehatan Dan Keselamatan Kerja Tersedia kotak PPPK sebagai suatu keharusan yang harus disediakan, dengan isinya antara lain : obat pusing, bethadin, pencuci mata (poor woter), kapas, dan plester atau perban.. Diperlukan adanya kesadaran akan tindakan keselamatan kerja dari semua unsur Adanya kerja sama yang sinergis antar pengguna dan yang terkait dengan ruang kerja tersebut serta selalu menjunjung tinggi peran dan tanggung jawabnya masingmasing. Upaya tindakan keselamatan kerja yang perlu dilakukan antara lain adalah sebagai berikut : Tindakan pencegahan terjadinya kecelakaan harus dilakukan dengan rasa bertanggung jawab sepenuhnya terhadap tindakan keselamatan kerja. Sikap hati-hati dan kesungguhan di lingkungan tempat kerja. Hindarkanlah bertengkar atau bergumul dengan orang lain di tempat kerja. Jangan bersendau-gurau, bermain atau melawak tanpa kontrol Jangan bermain api, listrik, udara kompresor atau semprotan air di tempat/ruang kerja bengkel 37
Jangan melemparkan sesuatu ke tempat kerja dan berkonsentrasilah pada pekerjaan yang sedang dikerjakan dan sadarlah apa yang terjadi di sekeliling tempat kerja. Evaluasi Tuliskan hal – hal yang sebaiknya diselesaikan sebelum dimulainya sebuah proyek pembangunan PLTS Tuliskan tahap tahap pengoperasian PLTS Apa peran operator selama PLTS beroperasi ? Jelaskan apa yang dimaksud dengan tindakan keselamatan kerja Tuliskan dasar-dasar keselamatan kerja yang anda ketahui Apakah yang dimaksud dengan sasaran tindakan keselamatan kerja ? Bagaimanakah cara melakukan pencegahan terjadinya kecelakaan di bengkel mekanik elektro ? Siapakah yang bertanggung jawab terhadap keselamatan kerja ? Membuat Laporan Pengoperasian PLTS Membuat laporan pengelolaan PLTS harus dimulai dengan melakukan pencatatanpencatatan seperti : Mencatat meter listrik pelanggan, tujuannya adalah menentukan jumlah pembayaran yang harus dibayar pelanggan sesuai dengan komsumsinya. Untuk rumah/lokasi yang tidak menggunakan meteran maka penarikan pembayaran berdasarkan aturan yang telah disepakati bersama antara lain besar pembayaran dan waktu penarikkannya. Kartu Langganan PLTS hendaklah selalu digantung di sebelah meteran listrik seperti contoh di bawah.
Gambar 2. 37 Meteran Listrik yang dilengkapi dengan catatan pemakaian beban
38
Gambar 2. 38 Contoh Kartu Langganan PLTS Penarikan Pembayaran Listrik, mengumpulkan uangan iyuran yang wajib diserahkan pelanggan kepada pengelola PLTS sesuai dengan hak atas beban yang telah digunakan pelanggan.Penarikkan pembayaran dapat dilakukan ke rumah atau ketempat usaha pelanggan sesuai kesepakatan, tentang jumlah dan waktu penarikkan. Disiapkan bukti-bukti pembayaran kalau perlu rangkap dua. Penyimpanan bukti-bukti semua pemasukkan dan pengeluaran uang, Menyimpan bukti pembayaran secara teratur dapat memudahkan dalam membuat laporan keuangan PLTS. Yang dimaksud bukti pembayaran adalah semua bukti pemasukan dan pengeluaran dalam pengelolaan PLTS. Bukti transaksi dikelompokkan sesuai dengan perencanaan pendapatan dan pengeluaran keuangan pengelola PLTS, diurut sesuai dengan tanggal transaksi.
Gambar 2. 39 Contoh Pengelolaan Keuangan
Pembukuan dan Catatan Keuangan, keharusan menyimpan bukti pembayaran secara teratur sehingga dapat menjadi bukti dalam laporan keuangan. Sebaiknya buka rekening khusus di Bank terdekat.
39
Gambar 2. 40 Pembangit PLTS Terbesar di Dunia Di Kota Pelabuhan Sakai Distrik Osaka, Japan
Gambar 2. 41 Kansai Electric Power Co., Inc. (Kansai Electric) dan Sharp Corporation membangun Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan kapasitas 10 MW dan 18 MW.
Rangkuman Aplikasi SESF tidak hanya digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan penerangan saja. Secara umum, aplikasi SESF dapat dikategorikan untuk kebutuhan rumah tangga, industri, komersil dan pemerintahan. Secara koneksinya, SESF dapat dikoneksikan secara off-grid ataupun on-grid. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya kira-kira 10 ∞ 15 cm. Komponen ini mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Solar Cell merupakan komponen vital yang terbuat dari bahan semi konduktor. Tenaga listrik dihasilkan oleh satu solar cell yang sangat kecil, maka 40
beberapa solar cel harus digabung sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Tugas Sebagai seorang operator PLTS anda diminta untuk melakukan tugas/ pekerjaan sebagai berikut : Melakukan pemeriksaan terhadap semua komponen pembangkit PLTS agar perangkat keras dan jaringan PLTS selalu dalam kondisi baik dan dapat beroperasi. Mengoperasikan PLTS (menghidupkan dan mematikan Listrik sesuai jadwal. Melakukan perawatan rutin dan preventive maintenance. Melakukan perbaikan kecil/minor yang dapat ditangani langsung. Membersihkan kaca pelindung Solar Modul secara rutin. Memelihara dan menjaga alat bantu kerja dan mencatat jumlah dan keadaannya. Mencatat semua kejadian yang ada dan berkaitan dengan PLTS dalam buku catatan /log book. Memberikan pelayanan tambahan, jika diperlukan Selanjutnya Anda diminta untu menjawab pertanyaan di bawah ini : Apa kegunaan operator melakukan pencatatan harian dalam log book? Sebutkan kegunaan kita melakukan pemeliharaan terhadap komponen pembangkit PLTS? Sebutkan pula pentingnya kita melakukan pemeliharaan terhadap alat-alat penunjang PLTS Pencatanan pembayaran baik pengeluaran maupun pemasukkan penting untuk memudahkan membuat laporan, jelaskan seberapa penting fungsi catatan tersebut ? Inti dari laporan akan menunjukkan bahwa PLTS tersebut dikelolah dengan baik, sebab laporan meliputi: Laporan teknis dan laporan administrasi/keuangan, jelaskan pentingnya kedua laporan tersebut. Desain Sistem Kelistrikan Tujuan Kegiatan Pembelajaran Pada akhir pembelajaran Peserta didik diharapkan dapat : Menentukan kondisi operasi Pembangkit listrik tenaga air (mikro hidro) Mengoperasikan Pembangkit listrik tenaga air (mikro hidro) Memelihara sistem pembangkit listrik tenaga air (mikro hidro) Uraian Materi Hampir semua PLTMH yang dibangun diperuntukan untuk menghasilkan energi listrik, walaupun ada sebagian kasus dimana turbin PLTMH digunakan langsung untuk menggerakan mesin, seperti mesin penggilingan, maupun pompa air (water supply system). Oleh karena itu perencanaan untuk aspek kelistrikan berperan sangat penting dalam sebuah proyek PLTMH. Selain itu survey lapangan ke penduduk (konsumen) perlu dilakukan dengan akurat terutama mengenai peruntukan penggunaan listrik. Untuk keperluan produktif dimana akan digunakan motor listrik (beban induktif) misalnya, dibutuhkan generator dengan kemampuan menahan starting current yang besar. Topografi dan penyebaran penduduk berperan penting dalam menentukan panjangnya jaringan transmisi. Hal hal seperti itu diperlukan pengetahuan yang memadai sehingga perencanaan dan pelaksanaan dapat dilakukan dengan sesuai.
41
Penguasaan dasar-dasar kelistrikan, instalasi dan peraturan keselamatan merupakan hal pokok yang harus dimiliki oleh seorang perencana dan teknisi yang terlibat dalam implementasi kelistrikan sebuah proyek mikro hidro. Secara garis besar komponen kelistrikan dalam sebuah PLTMH terdiri dari : Generating and Control Unit Generator (Sinkron atau Asinkron) Sistem kontrol dan aksesorisnya Flow control Hydraulic unit : cylinder, actuator (counter weight), servo motor, sensor, dll Cubicle : module controller, system proteksi, meter dll Metering unit (CTs, VTs, kWh, fuses, dll) Load control (ELC atau IGC) Cubicle (meter, control, proteksi) Ballast load Kabel daya dan aksesori Kabel daya : Generator – Panel – Ballast Grounding system : elektroda, konduktor Penangkal petir dan aksesori Transmisi dan Distribusi Transformator (jika dipakai) dan aksesorinya Gardu induk / switchboard (jika ada) Transmisi dan distribusi Kabel transmisi Tiang listrik dan aksesorinya Sistem pentanahan (grounding) Penangkal petir Instalasi Pelanggan (service connection) kabel penyalur dan aksesorinya (strain clamp, konektor,dll) kWh Meter, MCB, dan sekering Instalasi rumah (kabel instalasi, stop kontak, saklar, dll) DC atau AC PLTMH dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik dalam bentuk arus bolak balik (AC) maupun arus searah (DC) hal ini tergantung pada jenis generator yang digunakan. Masing masing sistem AC/DC memiliki keuntungan dan kelemahan masing masing yang memelukan pertimbangan dalam tahap perencanaan, apakah akan menggunakan sistem AC atau DC. Beberapa pertimbangan dapat dijadikan pemikiran dalam perencanaan disampaikan seperti berikut ini. PLTMH dengan generator DC sebagian besar digunakan untuk sistem battery charging, energy disimpan dalam battery dan diisi (charge) secara berkala dimana setiap rumah memiliki baterai penyimpan. Beberapa pertimbangan pengunaan PLTMH dengan sistem DC diantaranya adalah: Potensi air yang tersedia kecil <2 kW sehingga sistem DC dianggap lebih ekonomis. Generator dapat menggunakan dinamo mobil/motor biasa serta tidak dibutuhkan peralatan kontrol listrik seperti untuk generator AC. Untuk potensi yang >2 kW generator DC harus dipesan khusus dan bisa lebih mahal dari generator/motor AC.
42
Lokasi rumah penduduk berdekatan sehingga transportasi baterai untuk diisi ulang bisa lebih efektif. Listrik yang akan digunakan hanya untuk keperluan terbatas seperti penerangan, radio atau TV dengan daya kecil. Sedangkan untuk motor listrik atau peralatan listrik berdaya besar harus menggunakan inverter dan baterai yang besar dimana harganya cukup mahal.
Gambar 2. 42 Sistem Battery charging dengan inverter untuk mensuplai beban AC
Hampir semua pembangkit listrik PLN menggunakan generator AC dan listrik didistribusikan ke pemakai dalam bentuk AC, oleh karena itu sebagian besar peralatan listrik dan elektronik industri maupun rumah tangga yang tersedia dipasaran menggunakan sistem AC. Inilah salah satu alasan pokok dimana sistem AC lebih banyak dipilih dan digunakan dalam pembangkit mikro hidro. Selain itu, mengkonversikan arus searah (DC) menjadi arus bolak balik (AC) membutuhkan peralatan tambahan inverter yang cukup mahal dimana ada kerugian (losses) yang pada akhirnya efisiensi sistem menjadi lebih kecil.
Beberapa perbandingan keuntungan dan kekurangan penggunaan sistem AC dan DC; Tabel 2. 3 perbandingan keuntungan dan kekurangan penggunaan sistem AC dan DC; Sistem AC Kelebihan sebagian besar peralatan listrik dan elektronik menggunakan sistem AC dan tersedia melimpah dipasaran dengan harga yang murah. generator AC (sinkron dan asinkron) diproduksi secara masal dan mudah ditemukan
Sistem DC Kelebihan energy listrik dapat disimpan dalam battery sehingga kapasitas pembangkit (load factor) dapat dioptimalkan energi dapat dipindahkan/dibawa langsung ke pemakai melalui battery tanpa harus menggunakan 43
dengan harga murah dengan kapasitas daya beberapa ratus watt sampai mega watt transportasi dan transformasi listrik mudah untuk dilakukan dengan konduktor dan transformator tidak diperlukan peralatan penyimpan energi (battery/accumulator) listrik bisa langsung digunakan tanpa menggunakan peralatan tambahan (inverter) pengaturan dan pengukuran listrik AC mudah dilakukan dengan ketersediaan berbagai peralatan dipasaran seperti MCB dan kWh meter
penghantar generator DC lebih simple dan dilengkapi dengan Automatic Voltage Regulator (AVR) sehingga tidak diperlukan kontroler, yang pada akhirnya dapat lebih murah. generator dapat menggunakan generator mobil atau truk untuk kapasitas kecil yang harganya murah dan mudah didapat kebanyakan peralatan sistem (turbin dan generator) dalam ukuran kecil sehingga lebih mudah dipindahkan jika diperlukan. umumnya digunakan untuk kapasitas kecil <5 kW, sehingga daerah yang tidak memiliki potensi air yang cukup besar Kekurangan dapat diperlukan alat mengaplikasikannya. pengontrol untuk menjaga tegangan Kekurangan dan frequensi tetap hanya untuk beban konstan yang pada tertentu saja, tidak akhirnya menambah dapat digunakan komponen biaya untuk kegiatan energi listrik tidak produktif (productive dapat disimpan and use) seperti pada sistem batere cukup mahal DC dan memiliki usia pakai yang pendek jika tidak dirawat dengan baik kurang praktis, dimana batere harus diisi ulang tiap kali habis. 44
peralatan listrik DC khususnya peralatan rumah tangga masih jarang diproduksi Catatan! Penjelasan lebih lanjut akan lebih membahas pada sistem AC dengan alasan sistem ini digunakan lebih luas dengan aplikasi yang lebih banyak. 2. Generator AC Umum Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah daya poros turbin (putaran) menjadi daya listrik. Untuk aplikasi mikro hidro dengan sistem AC ada dua tipe generator yang biasa digunakan yaitu generator sinkron dan asinkron (induksi) 1 fase maupun 3 fase. Generators
Induction
Single Phase
Three Phase
Synchronou s
Brush type
Brushless type
Single Phase
Single Phase
Three Phase
Three Phase
Gambar 2. 43 Jenis generator yang biasa digunakan untuk aplikasi mikrohidro Generator Sinkron Sebagaimana pada mesin arus searah (DC) dan mesin asinkron (tak serempak) maka mesin sinkron (serempak) dibagi menjadi dua jenis yaitu: Generator sinkron (generator serempak/generator arus bolak-balik/alternator yang banyak digunakan pada pembangkit tenaga listrik). Motor Sinkron (motor serempak) dapat digunakan untuk menggerakan mesin-mesin produksi di Industri yang menghendaki putaran tetap. Kontruksi dari mesin sinkron baik sebagai generator maupun sebagai motor adalah sama, perbedaannya hanya pada prinsip kerjanya. Pada umumnya generator sinkron ukurannya lebih besar dari pada generator arus searah demikian pula kapasitasnya. Sebagaimana pada generator arus searah, belitan (kumparan) jangkar ditempatkan pada rotor sedangkan belitan medan ditempatkan pada stator, demikian pula untuk generator sinkron untuk kapasitas kecil. Akan tetapi pada generator sinkron yang dipergunakan untuk pembangkitan dengan kapasitas besar, belitan atau kumparan jangkar ditempatkan pada stator sedangkan belitan medan ditempatkan pada rotor dengan alasan : Belitan jangkar lebih kompleks dari belitan medan sehingga lebih terjamin jika ditempatkan pada struktur yang diam. Lebih mudah mengisolasi dan melindungi belitan jangkar terhadap tegangan tinggi.
45
Pendinginan belitan jangkar mudah karena inti stator yang terbuat cukup besar sehingga dapat didinginkan dengan udara paksa. Belitan medan mempunyai tegangan rendah sehingga efisien bila digunakan pada kecepatan tinggi. Konstruksi Mesin Sinkron Generator sinkron banyak digunakan pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik besar. Secara teknis, designnya telah mengalami penyempurnaan yang bertujuan untuk meningkatkan performansi, efisiensi dan memudahkan perawatannya. Kontruksi mesin sinkron baik untuk generator maupun untuk motor terdiri dari : Stator adalah bagian yang diam dan berbentuk silinder. Rotor adalah bagian yang berputar juga berbentuk silinder. Celah udara adalah ruangan antara stator dan rotor.
Gambar 2. 44 Kontruksi Mesin Sinkron
Kontruksi Stator. Kotruksi stator seperti yang diperlihatkan pada gambar 1-1, terdiri dari : Kerangka terbuat dari besi tuang untuk menyangga inti jangkar. Inti jangkar terbuat dari besi lunak (baja silikon). Alur (slot) untuk meletakan belitan (kumparan). Belitan jangkar terbuat dari tembaga yang diletakan pada alur (slot). Kontruksi Rotor. Konstruksi rotor terdiri dari dua jenis : Jenis kutub menonjol (salient pole) untuk generator kecepatan rendah dan menengah. Kutub menonjol terdiri dati inti kutub dan sepatu kutub. Belitan medan dililitkan pada badan kutub, pada sepatu kutub juga dipasang belitan peredam (damper winding). Belitan kutub terbuat dari tembaga, sedangkan badan kutub dan sepatu kutub terbuat dari besi lunak. Jenis kutub silinder untuk generator dengan kecepatan tinggi terdiri dari alur-alur sebagai tempat kumparan medan. Alur-alur tersebut terbagi atas pasanganpasangan kutub. Belitan Jangkar. Beliatan jangkar yang di tempatkan pada stator disebut sebagai belitan stator untuk sistem tiga phasa hubungannya terdiri dari : Belitan satu lapis (single layer winding) bentuknya dua macam : Mata rantai (consentris/chain winding). Gelombang (wave). Belitan dua lapis (double layer winding) bentuknya dua macam : Gelombang (Wave). Gelung (Lap).
46
Prinsip Kerja Generator Sinkron Generator tanpa sikat arang (brushless) Prinsip kerja generator sinkron adalah berdasarkan induksi elektromegnetik. jika rotor diputar oleh penggerak mula (primemover) sehingga kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub disuplai oleh tegangan searah (DC) maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnit (garis-garis gaya magnit) yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan putaran kutub. Arus Searah (DC) yang mengalir pada kumparan rotor (bagian yang berputar) akan menciptakan medan magnet homogen, apabila rotor yang dihubungkan dengan as generator itu diputar dengan kecepatan konstan, maka pada kumparan stator (bagian yang tidak berputar) akan dibangkitkan tegangan AC. Pada generator dengan eksitasi sendiri, arus DC untuk mensuplai rotor dibangkitkan melalui AVR (Automatic Voltage Regulator) dan exciter. Exciter sendiri pada dasarnya merupakan generator kecil yang menyatu dengan generator utama. Pada saat start, dimana stator generator utama belum bertegangan, arus DC dihasilkan oleh tegangan residu/sisa di AVR. Apabila rotor generator utama diputar, pada rotor generator exciter yang terletak satu poros dengan rotor generator utama akan berputar juga dan membangkitkan tegangan AC 3 Fasa. Tegangan AC 3 fasa ini disearahkan oleh jembatan diode sehingga menghasilkan arus searah untuk mensuplai rotor generator utama. Tegangan yang dibangkitkan pada stator generator sebanding dengan arus pada rotor generator utama. Pada stator generator utama yang dihubungkan ke beban, tegangan akan berubah sesuai dengan besarnya beban. Untuk menjaga agar tegangan selalu konstan, AVR akan mengatur besar kecilnya arus yang harus di suplai ke rotor generator utama sesuai dengan perubahan beban yang terjadi.
Gambar 2. 45 Wiring diagram brushless exciter
Gambar 2. 46 Mekanisme kerja AVR dan exciter pada generator 47
Generator dengan sikat arang (brushes type) Pada generator dengan sikat arang (brushes type) sistem eksitasi dengan menggunakan thyristor, dimana arus DC disuplai melalui slip ring dari thyristor dengan trafo exsitasi. Karena pengunaan, konstruksi dan perawatannya yang rumit generator tipe ini jarang digunakan pada aplikasi mikrohidro.
. Gambar 2. 47 Wiring diagram brush type exciter
Regulasi Tegangan Generator Sinkron Perubahan beban pada generator sinkron akan menyebabkan perubahan tegangan pada terminalnya, besar perubahan tersebut tidak hanya tergantung dari perubahan beban tetapi tergantung juga pada faktor daya. Hal tersebut menimbulkan adanya istilah regulasi tegangan yang diartikan sebagai kenaikan tegangan pada waktu beban penuh dilepas dimana eksitasi atau penguatan serta kecepatan tetap, dibagi dengan tegangan terminal, dapat dituliskan persamaan sebagai berikut : 100% Dimana : E0 – V bukan merupakan pengurangan vektor. E0 = tegangan tanpa beban Untuk beban dengan faktor daya mendahului atau beban kapasitif, regulasi negatif karena tegangan terminal V ada kalanya lebih besar dari E 0. Persamaan regulasi tegangan tersebut untuk generator sinkron yang mempunyai kapasitas kecil, akan tetapi untuk generator sinkron dengan kapasitas besar belum dibahas dalam modul ini. Karakteristik generator sinkron yang berhubungan dengan regulasi tegangan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :
48
Gambar 2. 48 Karakteristik tegangan terminal generator sinkron.
Ada tiga cara untuk menentukan regulasi tegangan pada generator yaitu : Impedansi sinkron atau metoda gaya gerak listrik. Metoda ampere lilitan atau metoda gaya gerak magnet. Metoda faktor daya nol atau metoda Potier. Seluruh metoda diatas digunakan untuk mendapatkan nilai E 0 atau tegangan tanpa beban. Untuk maksud tersebut perlu diketahui terlebih dahulu nilai tahanan jangkar Ra , karakteristik beban nol dan karakteristik hubung singkat. Tahanan stator Ra perfasa dapat diukur langsung dengan menggunakan voltmeter dan amperemeter atau dengan menggunakan jembatan wheatstone. Namun nilai tahanan ini dalam keadaan bekerja akan berbeda dengan hasil pengukuran. Nilai R a kira-kira 1.6 kali nilai Ra pengukuran. Karakteristik beban nol diperoleh dari data hasil pengujian keadaan tanpa beban. Karakteristik hubung singkat diperoleh dari data hasil pengujian hubung singkat. Efisiensi Generator Sinkron Efisiensi atau daya guna atau rendemen dari generator sinkron dapat dihitung seperti pada generator arus searah yang dapat dirumuskan sebagai berikut :
atau [
]
atau [
]
Pada waktu generator sinkron berbeban, rugi-rugi yang terjadi terdiri dari : Rugi-rugi rotasi yang terdiri dari : Rugi angin dan gesekan Rugi gesekan sikat pada cicin seret Rugi ventilasi pada waktu pendinginan mesin Rugi histerisis dan arus pusar di stator Rugi-rugi listrik yang terdiri dari : Rugi pada kumparan medan Rugi pada kumparan jangkar Rugi pada kontak sikat Rugi eksitasi yang dipakai untuk penguatan Rugi beban sasar (stray load loss) Kerja Paralel Generator Maksud dan tujuan kerja paralel generator adalah; Memperbesar kapasitas daya yang dibangkitkan untuk melayani beban yang besar atau konsumen, karena perkembangan beban yang terus meningkat. Menjaga kontinuitas pelayanan kepada konsumen apabila ada generator yang harus dihentikan untuk pemeliharaan dan perbaikan.
49
Syarat Kerja Paralel : Nilai sesaat Ggl (tegangan) kedua generator sinkron harus sama besarnya dan arah vektornya bertentangan atau searah. Sama halnya apabila satu generator sinkron diparalel dengan jala-jala (grid connection). Frekuensi kedua generator atau generator dengan jala-jala harus sama. Phasa kedua generator sinkron sama dan vektornya berlawanan atau bertentangan, demikian juga untuk generator sinkron yang diparalel dengan jala-jala. Urutan phasa kedua generator sinkron atau antara generator sinkron dengan jalajala harus sama. Misalkan suatu generator G akan diparalel dengan jala-jala (grid connection). Pertama generator G diputar oleh pengerak mula mendekati putaran sinkron, lalu penguatan If diatur sampai tegangan terminal generator sama dengan tegangan jalajala. Untuk mendekati frekuensi dan urutan fasa kedua tegangan generator dan jala-jala digunakan alat pendeteksi seperti yang diperlihatkan pada gambar 8, merupakan lampu sinkronoskop hubungan terang. Benar tidaknya hubungan paralel tersebut dapat dilihat dari lampu tersebut. Jika hubungan paralel itu benar atau urutan fasanya sama, maka lampu L1, L2 dan L3 akan nyala padam, sehingga apabila ketiga lampu tidak berkedip berarti frekuensi tegangan generator dan jala-jala sudah sama.
Gambar 2. 49 Rangkaian indikator sinkronisasi dengan lampu
Untuk mengetahui bahwa fasa kedua tegangan generator dan jala-jala sama, dapat dilihat dari lampu L1, L2 dan L3 yang diperlihatkan pada gambar 9, L1 akan padam dan L2, L3 menyala sama terang. Frekuensi tegangan generator diatur oleh penggerak mula sedangkan nilai tegangannya diatur oleh penguat medan. Jika rangkaian untuk kerja paralel tersebut salah atau urutan fasa tidak sama, lampu L 1, L2 dan L3 akan nyala-padam bergantian dengan frekuensi.
50
Gambar 2. 50 Rangkaian indikator sinkronisasi
Dalam hal ini dua fasa yang berseberangan pada terminal generator harus kita tukar, untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 9. R, S, dan T urutan fasa tegangan jala-jala sedangkan U, V dan W urutan fasa tegangan generator. Jika urutan fasa kedua sistem tegangan sama, lampu L1, L2 dan L3 akan nyala padam bergantian dengan frekuensi f L – fG siklus. Saat memparalelkan yang tepat adalah pada keadaan L1 padam sedangkan L2 dan L3 menyala sama terang dan keadaan ini berlangsung agak lama yang berarti f L dan fG benar-benar sama. Pembagian Beban pada Generator Paralel. Jumlah beban yang diterima oleh generator yang bekerja secara paralel tergantung pada pengaturan daya yang masuk pada mesin penggerak mula. Perubahan penguatan hanya akan merubah kVA yang keluar dan dapat mengubah faktor daya beban yang dibangkitkan dengan tidak mengubah kW mesin tersebut. Kenaikan daya yang masuk pada mesin penggerak mula dapat menyebabkan pengambilan beban yang lebih besar pada faktor daya yang berbeda. Ada beberapa hal yang perlu diingat : Beban yang diambil oleh masing-masing generator tergantung pada pengaturan kopel. Penguatan hanya mengubah faktor daya Jika daya yang masuk ke mesin penggerak dijaga konstan tetapi penguatannya diubah, komponen kVA yang keluar dari generator tersebut dapat berubah sedangkan komponen kW-nya tetap Generator Asinkron (Induksi) Mesin induksi merupakan mesin arus bolak-balik (AC) yang paling luas digunakan. Penamaannya berdasarkan pada kenyataan bahwa arus motor rotor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, melainkan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. Generator asinkron (induksi) merupakan mesin induksi (motor) yang digunakan sebagai generator dengan bantuan eksitasi dari luar, baik dengan menggunakan kapasitor (isolated system) maupun terhubung dengan jala-jala PLN. Dari karakteristik kopel kecepatan, mesin induksi dapat dijadikan sebagai generator jika berada pada daerah rem sinkron lebih dan daerah rem arus lawan (nr>ns) dimana slip bernilai negative.
51
Gambar 2. 51 Konstruksi motor / generator induksi
Gambar 2. 52 Daerah operasi mesin Induksi Prinsip kerja Untuk memahami prinsip kerja generator asinkron, dapat dimulai dengan mengerti prinsip operasi mesin induksi sebagai motor. Operasi sebagai Motor Belitan stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa, akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns= 120f / p). Medan magnet putar pada stator ini akan memotong batang konduktor pada rotor yang akan menginduksikan tegangan dan arus yang pada akhirnya akan menghasilkan torsi. Sesuai dengan hukum Lentz, rotor akan berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan kecepatan putaran rotor dengan kecepatan medan putar stator ini disebut slip. n nr slip s ns Dimana ns = kecepatan sinkron (kecepatan medan putar stator) nr = kecepatan rotor mesin induksi (motor) tanpa beban slip-nya akan sangat kecil, lebih kecil dari 0.01 (1%). Untuk sebuah mesin dengan daya 1 kW. Slip beban penuh akan berkisar antara 0.05 (5%). Jadi bila beban bertambah, arus induksi pada rotor akan semakin besar, putaran rotor akan cenderung menurun sehingga slip akan semakin besar. Pada umumnya semakin besar mesin maka slipnya semakin kecil. Rotor harus selalu berputar di bawah atau diatas kecepatan sinkronnya, jika tidak maka tak ada torsi yang dihasilkan. Kecepatan rotor dibawah kecepatan sinkronnya maka mesin beroperasi sebagai motor dan jika putaran rotor lebih besar dari kecepatan sinkronnya (nr>ns) slip akan bernilai negative dan mesin beroperasi sebagai generator. Generator Induksi Tersambung dengan Jaringan (PLN) Jika kumparan stator tersambung dengan jaringan tiga fasa, tetapi rotor diputar oleh penggerak dari luar (misal turbin air) diatas kecepatan sinkronnya (n r>ns) maka slip akan bernilai negative. Torsi akan disuplai ke rotor bukannya dari rotor (operasi sebagai motor) dan mesin akan beraksi sebagai generator dan mensuplai daya ke jaringan. Bagaimanapun, mesin masih mengambil arus magnetisasi dari jaringan 52
untuk menghasilkan medan putar (daya reaktif). daya keluaran penuh yang dibangkitkan (full load power) dicapai pada slip yang sama dengan slip beban penuh sebagai motor tetapi dengan nilai negative.
Gambar 2. 53 Skematik diagram generator induksi tersambung dengan jaringan
Generator Induksi Beroperasi Sendiri (stand alone) Prinsip kerjanya sama dengan generator tersambung dengan jaringan, tetapi dalam hal ini untuk keadaan dimana generator induksi beroperasi sendiri, maka arus magnetisasi diambil dari kapasitor. Oleh karena itu untuk mendapatkan tegangan operasi yang dikehendaki pada frekuensi yang diinginkan, jumlah kapasitor yang dipasang harus dipilih dengan hati-hati. Untuk membangkitkan tegangan pada generator, harus ada remanensi magnet pada rotor. Remanensi magnet adalah magnetisasi awal yang ada pada besi rotor yang pada umumnya cukup untuk menghasilkan tegangan kecil, <5 volt pada kecepatan sinkron tanpa tersambung pada kapasitor. Mungkin remanensi magnet tidak cukup, yang dapat disebabkan karena mesin digunakan untuk mensuplai daya resistif yang besar (mesin kolaps). Remanensi magnet tegantung pada jenis material (baja) yang digunakan pada rotor. Baja dengan bahan campuran cenderung memiliki tingkatan remanensi magnet yang rendah. Jika tidak ada remanensi magnet yang cukup untuk mengeksitasi generator, tambah kecepatan generator, karena pada frekuensi yang lebih besar magnetisasi yang diperlukan untuk mengeksitasi akan lebih kecil. Pada kebanyakan kasus cara ini akan cukup untuk mengeksitasi generator. Bagaimanpun jika hal ini gagal, remanensi magnet dapat ditingkatkan dengan menyambungkan sebuah supla daya DC selama beberapa detik melalui dua terminal generator, sebelum menjalankan mesin sampai kecepatan yang dikehendaki. Suplai daya DC dapat berupa bateri mobil (aki) atau baterai kering biasa yang dihubung seri.
53
Gambar 2. 54 Motor Sebagai generator dengan turbin crossflow
Gambar 2. 55 Motor sebagai generator yang digerakan Pompa sebagai Turbin (PAT)
54
Gambar 2. 56 Bagian-bagian mesin induksi Output satu fasa dari generator tiga fasa (C2C Connection) Motor induksi satu fasa juga dapat digunakan sebagai generator, tetapi berdasarkan pengalaman didapatkan masalah dalam mencapai eksitasi dan dalam menentukan ukuran kapasitor dan penyambungannya. Selain itu, motor induksi satu fasa lebih mahal dari pada yang tiga fasa dan hanya tersedia dalam ukuran daya kecil. Untungya ada cara dimana mesin induksi tiga fasa dapat digunakan sebagai generator satu fasa yaitu dengan menggunakan sambungan C2C. adapun caranya adalah sebagai berikut; Gunakan mesin induksi 3 fasa biasa (220/380 V) dan sambungkan dalam hubungan Delta Hitung kapsitansi per phasa (kapasitor yang dibutuhkan) Sebagai ganti menyambungkan “C” pada tiap pasa; tetapi sambungkan 2xC pada salah satu fasa, C pada fasa yang lain dan fasa ketiga tanpa kapasitor (C2C)
Gambar 2. 57 C2C connection . Penyusunan kapasitansi yang tidak seimbang ini membantu mengkompensasi ketidakseimbangan beban pada generator, dan hasilnya generator dapat digunakan sampai dengan 80% dari kapasitas motornya. Ini merupakan factor derating yang sama yang diberlakukan pada mesin tiga fasa untuk mengkompensasi ketidakseimbangan beban. Dalam sambungan C2C suatu hal yang perlu dipastikan adalah bahwa arah perputaran rotor mesin sudah benar, dalam hubungannya dengan fasa dimana nilai C dan 2C disambungkan. Jika kapasitor disusun dengan benar, fasa C akan menghasilkan tegangan puncaknya sebelum fasa 2C. Jika terjadi kebalikannya, generator akan berjalan tidak efisien dan panas. Syarat Mesin Induksi Sebagai Generator Ada beberapa hal yang perlu dipenuhi untuk dapat menggunakan mesin induksi sebagai generator, diantaranya adalah; Adanya daya input dari luar untuk memutar rotor. Daya input ini dapat berupa apa saja, baik turbin air maupun motor bakar.
55
Kecepatan putar rotor lebih besar dari kecepatan medan putar stator/kecepatan sinkronnya (nr>ns) Adanya sumber daya reaktif dari luar. Untuk menjaga keberadaan medan magnet stator dibutuhkan sumber daya reaktif dari luar. Dapat berupa kapasitor maupun diambil dari jaringan (PLN). adanya remanensi magnet. Contoh Sebuah motor induksi 7.5 kW, 50 Hz, 230/400 V, full load speed 1450 rpm, 4 kutub. Tentukan; full load slip pada kecepatan berapa mesin beroperasi sebagai generator Jawab; full load speed motor nr =1450 rpm 120 f kecepatan sinkron n s p 120 50 ns = 1500 rpm 4 n nr slip s ns 1500 1450 slip = 0.033 1500 karena slip full load pada saat beroperasi sebagi generator adalah sama dengan nilai slip motor tetapi negative, maka s = - 0.033 dengan meyusun persamaan diatas didapatkan : n nr s s maka nr n s (1 s ) ns nr = 1500 (1 – { -0.033}) nr = 1550 rpm jadi motor beroperasi sebagai generator pada kecepatan 1550 rpm. Perbandingan Generator Sinkron dan Asinkron Terlepas dari karakterisitik teknis dan non teknis, masing-masing generator memiliki kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya sebagai mesin konversi energi. Berikut perbandingan kelebihan dan kekurangan dari mesin –mesin tersebut Tabel 2. 4Perbandingan Generator Sinkron dan Asinkron Pembanding Ketersediaan
Konstruksi
Generator Sinkron Biasanya perlu dipesan khusus dan untuk daya kecil sulit ditemukan dipasaran Cukup rumit,
Generator Asinkron Mudah didapat pada hampir semua kategori daya
Kompak
dan 56
Harga
Perawatan
kadang dilengkapi dengan slip rings, diode dan rangkaian external Untuk daya kecil <50 kW harganya lebih mahal dibanding daya yang sama untuk generator asinkron Perawatan dilakukan pada field winding dan sikat arang/brush (jika ada)
simple.
Harga relative murah tetapi kapasitor harus diganti setelah waktu tertentu (±2 tahun)
Perawatan dilakukan pada stator, pendinginan, tetapi tidak diperlukan untuk rotor type squirrel cage Sinkronisasi Diperlukan Tidak synchronizer dibutuhkan alat untuk parallel sinkronisasi ke jaringan Operasi operasi Independensi independent independent Operasi memungkinkan tidak memungkinkan, karena dibutuhkan exsitasi dari luar (jaringan atau kapasitor) Operasi pada Power factor Penyesuaian power factor ditentukan oleh Power Factor yang output dikehendaki generator dan memungkinkan tidak dapat disesuaikan disesuaikan dengan respon load factor Arus exsitasi Menggunakan Diambil dari exsitasi DC jaringan atau menggunakan kapasitor Motor start Tahan Tidak tahan (inductive terhadap arus untuk arus 57
load)
start up motor
starting yang besar (bisa kolaps dan kehilangan remanensi magnet ) Overspeed Tidak tahan 100 % terhadap kecepatan overspeed nominalnya (belitan bisa masih tahan terbakar) jika terjadi lebih dari waktu tertentu Penyesuaian Memungkinkan Tidak tegangan memungkinkan. dan frekuensi Ditentukan oleh tegangan dan frekuensi suplai (kapasitor atau jaringan) Efisiensi Efisiensi pada Efisiensi part maupun rendah <70% full load bagus >85% Pemilihan jenis generator dan power output
ARUS (I)
Tabel berikut dapat dijadikan sebagai acuan pemilihan generator untuk lokasi yang dipilih sesuai dengan hasil survey dan perhitungan potensi daya :
Tabel 2. 5Acuan pemilihan Daya terpasang Tipe generator dan jumlah fasa
s.d 10 kW Sinkron atau asinkron, 1 atau 3 fasa
10 – 30 kW Sinkron atau asinkron 3 fasa
>30 kW Sinkron 3 fasa
Untuk aplikasi mikrohidro dengan generator sinkron disarankan untuk digunakan tipe brushless, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi perawatan dan kompleksitas dari generator dengan brush. Selain itu, ada beberapa faktor yang mempengaruhi ukuran daya generator, diantaranya adalah temperature, ketinggian, factor koreksi dari electronic kontroler, dan power factor beban. Koefisien untuk faktor-faktor tersebut diberikan pada tabel dibawah;
58
Max. ambie nt 2 temper 0 ature in oC 1 Tempe . A rature 1 Factor 0
Altitud e Altitud Be Factor
1 0 0 0 1 . 0 0
2 5
3 0
3 5
4 0
4 5
5 0
5 5
1 . 0 8
1 . 0 6
1 . 0 3
1 . 0 0
0 . 9 6
0 . 9 2
0 . 8 8
1 5 0 0 0 . 9 6
2 0 0 0 0 . 9 3
2 5 0 0 0 . 9 0
3 0 0 0 0 . 8 6
3 5 0 0 0 . 8 3
4 0 0 0 0 . 8 0
4 5 0 0 0 . 7 7
C ELC Correction Factor
0 . 8 3 *
D
Power Factor
1 When load is light . bulbs only 0 When load 0 includes tube light . and other 8 inductive loads
Gambar 2. 58 Faktor-faktor yang mempengaruhi ukuran daya generator
Perhitungan untuk menentukan ukuran generator dilakukan berdasarkan rumusan berikut : Power Output in kW Generator KVA = ----------------------------- (generator sinkron) Power Output in kW Generator KVA = -----------------------------(generator Asinkron)
AxBxCxD
AxB 59
Setelah didapatkan nilai kVA generator, disarankan untuk ditambah safety factor 20 30% yang bertujuan untuk; Memungkinkan jika output turbin lebih besar dari yang direncanakan Jika motor besar (>10% daya generator) disuplai dari pembangkit, maka generator harus mampu menahan arus start. Ketika menggunakan ELC generator selalu beroperasi full load. Kecepatan dan jumlah kutub generator Kecepatan generator ditentukan dengan rumusan berikut; Untuk generator sinkron
120 f p Dimana: ns = kecepatan generator (rpm) f = frekuensi (Hz) p = jumlah kutub ns
Untuk generator Asinkron
nr ns (1 s) Dimana : ns = kecepatan sinkron (kecepatan medan putar stator) 120 f ns p nr = kecepatan rotor (sebagai generator) s = slip n nr s s ns Catatan : nr yang digunakan dalam perhitungan slip adalah kecepatan rotor pada saat full load sebagai motor (diberikan supplier/pabrik). Lihat contoh perhitungan pada bagian Syarat Mesin Induksi Sebagai Generator diatas. Untuk generator sinkron, kecepatan ditentukan oleh jumlah kutub dan frekuensi. Semakin tinggi kecepatannya ukuran menjadi semakin kecil dan harganya juga lebih murah. Tabel berikut merupakan kecepatan standard untuk generator sinkron:
60
Tabel 2. 6 kecepatan standard untuk generator sinkron
Jumlah Kutub 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24
Putaran (rpm) 50 Hz 60 Hz 1,500 1,800 1,000 1,200 750 900 600 720 500 600 429 514 375 450 333 400 300 360 250 300
Tabel kecepatan standar generator sinkron
Gambar 2. 59 motor performance data yang biasa diberikan oleh pabrikan
61
Latihan 1 Sebutkan pertimbangan pemilihan generator DC untuk aplikasi mikrohidro? Apa saja sarat sarat penggunaan motor induksi sebagai generator, jelaskan secara singkat? sebutkan faktor faktor yang mempengaruhi pemilihan kapasitas generator? sebutkan syarat - syarat kerja paralel generator sinkron? jika anda mempunyai sebuah lokasi dengan potensi daya 2 kW, dengan konsumen 30 rumah yang tersebar dengan tidak merata / berjauhan. tentukan pilihan anda untuk : sistem AC atau DC? Jelaskan alasannya? Sebutkan spesifikasi teknis generator yang akan anda gunakan selengkap mungkin (daya, jumlah fasa, tegangan, dll) Apa jenis kontroler yang akan anda gunakan? Sebutkan spesifikasinya ! Sistem Kontrol Sistem kontrol berfungsi untuk menyeimbangkan energi input dan energi output dengan cara mengatur input (flow) atau mengatur output (listrik), sehingga sistem akan seimbang. Dengan berubahnya beban terhadap waktu, peran sistem kontrol sangat penting untuk menjaga stabilitas sistem, terutama kualitas listrik yang dihasilkan oleh pembangkit (tegangan dan frekuensi). Berdasarkan media yang dikontrol, sistem kontrol dalam PLTMH dibagi menjadi dua yaitu flow control dan load control. Flow control Flow control dapat diartikan sebagai pengaturan besarnya daya hidrolik (debit air) yang masuk ke turbin dengan mengatur besarnya bukaan katup turbin (guide vane).
Gambar 2. 60.Typical sistem flow control pada system MHP (cross flow turbine)
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan flow control untuk sistem mikrohidro; Pembangkit memiliki kapasitas >100 kW. Hal ini mengingat bahwa flow control cukup rumit dan mahal untuk aplikasi mikro hidro dengan daya kecil <100 kW. Tetapi bukan berarti flow control tidak dapat
62
dipakai untuk PLTMH dengan daya <100 kW, pada dasarnya bisa saja asalkan secara finansial dan alasan teknis cukup mendukung. Perubahan beban konsumen relative kecil (stabil). Reaksi flow control terhadap perubahan beban relatif lambat sehingga akan terjadi shock pada generator ketika beban yang besar tiba tiba disambungkan, akibatnya putaran generator menurun sehingga tegangan dan frekuensi juga turun selama beberapa saat (<1 menit) sampai flow control bereaksi dan guide vane membuka sesuai dengan besarnya beban yang disambung / dilepas. Penstock memiliki ketahanan terhadap water hammer. Jika sebagian besar beban lepas atau semua beban lepas sama sekali maka actuator akan menutup guide vane turbine sehingga aliran tertahan dan membalik, tekanan air pada penstock akan meningkat secara dramastis (water hammer) sehingga sangat beresiko terhadap ketahanan penstock. Dalam hal ini perlu perhitungan yang sangat teliti dalam menentukan setting closing time flow control dan kekuatan penstock. Perlu diingat bahwa untuk turbin pelton dimana penghentian putaran turbin dilakukan dengan jet deflector yang mengalihkan/membelokan aliran untuk tidak menumbuk bucket runner (tidak menghentikan) maka dalam hal ini tidak ada efek water hammer pada penstock. Generator memiliki ketahanan terhadap runaway speed. Jika beban lepas dan guide vane belum menutup penuh aliran air yang masuk, turbine pada keadaan full power dan putaran generator menjadi sangat cepat (runaway speed) keadaan ini sangat berbahaya bagi generator. Overspeed dengan kecepatan (n x rated speed) selama waktu tertentu dan melebihi ketentuan dari manufacturer generator akan mengakibatkan belitan generator terbakar. Generator jenis ini biasanya harus dipesan khusus atau menggunakan generator yang dikhususkan untuk aplikasi tenaga air. Generator untuk aplikasi sistem tenaga lain (diesel, uap dan gas) biasanya memiliki ketahanan rendah terhadap overspeed, karena mereka didesain untuk beroperasi pada kecepatan yang konstan.
Gambar 2. 61 Flow control pada turbin crossflow
63
.
Gambar 2. 62 Actuator unit
Merupakan suatu pertentangan untuk membuat closing time guide vane turbine (cross flow) antara cepat atau lambat, berikut diberikan gambaran mengenai dampak dari closing time cepat dan lambat;
Tabel 2. 7dampak dari closing time cepat dan lambat Closing Generator time Cepat dikehendaki untuk menghindari overspeed yang cukup lama
Penstock
Tidak dikehendaki sehubungan dengan efek watter hammer jika aliran dihentikan seketika Lambat Tidak Dikehendaki, dikehendaki, Mengurangi overspeed efek water pada hammer generator yang menjadi berlebihan berbahaya
64
Berdasarkan kenyataan tersebut maka sistem flow control murni memerlukan perhitungan dan perencanaan yang sangat teliti untuk mentoleransi kondisi tersebut diatas. Adapun beberapa hal yang dapat dilakukan untuk mengatasi dan mengurangi akibat tersebut diatas adalah dengan; menggunakan flywheel, sehingga pada saat beban bertambah dengan signifikan putaran akan relatif stabil. Disamping itu ketika beban tiba-tiba lepas putaran generator akan relative teredam dengan daya dari flywheel sehingga kondisi overspeed dapat diminimalisasi sistem kombinasi antara flow control dengan load control sistem ini utamanya bertujuan untuk menghindari keadaan overspeed generator pada saat terjadi pelepasan beban (load rejection) dan efek water hammer pada penstock akibat penutupan guide vane secara tiba-tiba. Pada saat terjadi pelepasan beban guide vane akan ditutup secara perlahan-lahan sehingga efek water hammer dapat diminimalisasi pada saat yang sama daya yang dihasilkan generator akan dipindahkan pada beban tiruan (ballast load) sehingga kecepatan generator akan stabil sampai turbin dan generator pada kondisi aman (berhenti) menggunakan generator yang tahan terhadap overspeed maksimum yang dapat terjadi.
AUX ===
CU (Control Unit)
===
AU
===
TU
===
GU
SSU
===
=== PU
Grid
Power Unit
Generator Unit
Turbine Unit
Actuator Unit
G
Gambar 2. 63 Blok diagram flow control (entec DTC-14) Load Control Ketika terjadi perubahan beban pada konsumen, misalnya pada malam hari (lebih dari jam 10 malam) dimana beban pembangkit berkurang secara signifikan maka keadaan seperti berikut ini akan terjadi (tanpa flow control); Putaran generator akan naik karena daya hidrolik yang masuk tetap sama (jika pembangkit tidak menggunakan flow control) Dengan naiknya putaran generator maka frekuensi dan tegangan juga akan naik (khususnya generator tanpa AVR). Keadaan ini dapat membahayakan peralatan listrik dan elektronik (lampu putus, peralatan elektronik terbakar) Untuk mengatasi hal Ini selain dengan digunakannya flow control maka dapat juga digunakan load control. Load control pada dasarnya adalah suatu alat yang menyeimbangkan antara beban listrik (output) dengan daya input hidrolik, dimana digunakan beban tiruan (ballast
65
load) sebagai kompensator sehingga frekuensi dan tegangan generator stabil tanpa merubah aliran yang masuk keturbin. Daya Input =Daya konsumen + Daya ballast load Perlu diingat bahwa load control (ballast) tidak dapat menambah output daya pembangkit!
Gambar 2. 64 Prinsip distribusi daya pada load controller . Load control ada dua macam, yang mana penggunaannya disesuaikan dengan jenis generator yang digunakan. Yaitu, Electronic load controller (ELC) untuk generator Sinkron Induction generator controller (IGC) untuk generator Asinkron / Induksi Electronic Load Controller (ELC) Pada generator sinkron biasanya telah dilengkapi dengan AVR (automatic Voltage Regulator) untuk menstabilkan tegangan generator pada saat beban berubah. ELC digunakan untuk mengontrol frekuensi generator sinkron pada range yang diharapkan (48 – 52 Hz), dengan cara membuat beban generator konstan, yaitu dengan membaginya antara beban kekonsumen dan beban di ballast load.
. Gambar 2. 65 Distribusi daya pada ELC dengan thyristor sebagai electronic switch
ELC mengatur arus yang mengalir ke ballast load dengan menyesuaikan sudut fasa (phase angle) pada saat konduksi dimulai pada tiap siklus. Pada saat beban dikonsumen berkurang thyristor memotong gelombang tegangan dan mendistribusikannya ke ballast load, akibatnya gelombang tegangan mengalami distorsi sesuai dengan beban yang didistribusikan ke ballast load. Untuk peralatan elektronik yang sensitive terhadap distorsi tegangan, hal ini merupakan kondisi yang 66
tidak diharapkan. Distorsi ini tidak dapat dihindari (belum ditemukan cara) tetapi dapat diminimalisasi dengan dua step ballast load dimana distorsi dapat di perkecil.
Gambar 2. 66 Distorsi gelombang tegangan pada ELC Tegangan line tanpa distrosi (sempurna), apabila menggunakan flow control Tegangan line dengan load control satu step ballast Tegangan line dengan load control dua step ballast (dua tahap)
Gambar 2. 67 Sebuah panel ELC dan ballast load udara
Gambar 2. 68 Single line diagram PLTMH dengan ELC
67
Induction Generator Controller (IGC) Pada dasarnya, IGC mempunyai prinsip kerja yang sama dengan ELC yaitu menyeimbangkan beban pada output generator antara beban konsumen dengan ballast load untuk menjaga output tetap konstan. Hanya saja IGC digunakan untuk Generator Asinkron / induksi (motor sebagai generator) dengan parameter yang dikontrol adalah Tegangan. Untuk eksitasi dan suplai daya reaktif digunakan rangkaian kapasitor (capasitor bank). pemilihan ukuran kapasitor harus dilakukan dengan teliti untuk menjaga frekuensi dan tegangan output pada batasan yang ditentukan. Besarnya kapasitor yang disambungkan pada generator asinkron sangat menentukan frekuensi dan tegangan output. Adapun parameter yang diperhitungkan dalam menentukan ukuran kapasitor ddapatkan dari data generator yang diberikan manufacturer, seperti berikut ini: Daya motor (Rated Output power) Arus beban penuh (Full-load Current) Tegangan nominal (Rated Voltage) Power factor
1 V ---- X c sehingga 2 f C I 1 C 2 f V Penyambungan kapasitor terhadap generator dapat dilakukan dengan beberapa kombinasi sebagai berikut; Dengan rumus : X c
(a)
(b) Gambar 2. 69 Penyambungan kapasitor pada generator asinkron; a). star delta
b).
68
Gambar 2. 70 Sebuah generator induksi dan IGC dengan rangkaian kapasitor (bagian atas) Latihan 2 Jelaskan jenis – jenis sistem kontrol yang digunakan dalam aplikasi mikro hidro? Sebutkan perbedaan –perbedaan antara ELC dan IGC (minimal 3)? apa yang dimaksud ballast load / beban kosong? apa yang akan terjadi pada pembangkit jika beban yang tersambung sebagian besarnya (60%) dilepas / dimatikan pada malam hari? Dengan asumsi pembangkit tanpa sistem control? sebutkan fungsi kapasitor dalam generator induksi? Sistem Transmisi dan Distribusi Pada umumnya lokasi power house sebuah PLTMH terletak cukup jauh dari pusat beban (konsumen). Oleh karena itu kebutuhan akan sistem transmisi dan distriubsi dalam hal ini akan diperlukan. Sistem transmisi perlu direncanakan dengan baik untuk memenuhi kriteria teknis, keamanan dan aspek ekonomi. Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan sistem distribusi adalah sebagai berikut; Maksimum variasi tegangan yang diijinkan dari tegangan tanpa beban dan dan beban penuh Maksimum kehilangan daya yang diijinkan Proteksi dari petir dan kerusakan lain Stabilitas struktur dalam keadaan angin kencang (atau dalam temperature yang ekstrim; panas, hujan) Keamanan untuk manusia dan pekerjaan dekat dengan jaringan
69
Salah satu tujuan perencanaan sistem transmisi adalah menemukan ukuran konduktor yang sesuai, sehingga kehilangan daya dapat diminimalisir dan perkiraan biaya yang dibutuhkan dapat diketahui.
Gambar 2. 71 Typical sistem transmisi dan distribusi listrik pada sebuah PLTMH
Underground atau overhead Jaringan overhead lebih banyak digunakan, karena dengan menggunakan udara sebagai isolasi kabel, kabel lebih murah serta biaya instalasi lebih sederhana dan mudah. Dibanyak negara berkembang kabel tanpa isolasi lebih banyak tersedia daripada kabel underground (bawah tanah). Kabel tanpa isolasi lebih beresiko terhadap petir dan pohon yang tumbang. Daerah sepanjang jalur kabel harus bebas dari tumbuhan dan harus diperiksa secara periodik. Tiang listrik mungkin memiliki usia yang terbatas dan harus diganti mungkin sekitar 15 tahun sekali. Selain itu jaringan overhead kurang efisien daripada underground untuk ukuran konduktor yang ditentukan, hal ini karena jarak yang lebar antara konduktor meningkatkan kerugian induktif. Kabel underground harus disolasi dengan baik dan terlindungi dari pergerakan tanah, penggalian tanah, bangunan baru, dll. Sekali dipasang, seharusnya jaringan harus bekerja tanpa perawatan sampai material isolasi rusak, biasanya lebih lama dari 50 tahun. Perhitungan untuk jaringan overhead dan underground pada dasarnya sama. Tetapi implikasi biaya dan perawatan harus benar-benar diperhatikan. Berdasarkan pengalaman dan beberapa aspek teknis serta ekonomis, untuk di Indonesia lebih baik dipakai jaringan overhead (udara). Tegangan tinggi atau tegangan rendah Untuk transmisi tegangan tinggi dimana digunakan trafo untuk menaikan tegangan (step-up) dan trafo untuk menurunkan tegangan (step-down). Dengan tegangan yang lebih besar arus yang mengalir dalam konduktor lebih kecil sehingga dapat digunakan konduktor yang lebih kecil dimana harga akan lebih murah. Harga yang lebih murah untuk konduktor berlawanan dengan harga dua trafo yang dibutuhkan, satu pada awal jalur transmisi dan satu pada akhir jalur transmisi. Biaya dengan sistem tegangan tinggi tidak hanya trafo tapi juga perawatan trafo (pengecekan isolasi dan penggantian oli). Selain itu isolasi yang lebih mahal dibutuhkan untuk penempatan kabel pada penyangga tiang (support poles). Sebaliknya transmisi tegangan rendah tanpa trafo lebih mudah dibuat dan dirawat oleh masyarakat lokal. Pada umumnya ditemukan bahwa jaringan transmisi tegangan rendah lebih ekonomis dari pada tegangan tinggi untuk jalur transmisi kurang dari 2 km. pada umumnya karena sistem yang jauh lebih sederhana, sistem tegangan rendah (LV) 70
lebih dipilih bahkan untuk jarak yang lebih besar dari 2 km. bahayanya dengan jarak yang panjang adalah tegangan yang rendah pada ujung konduktor (voltage drop) untuk menghindari hal ini biasanya digunakan kabel yang lebih besar. Pemilihan rute transmisi dan distribusi Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam sistem transmisi dan distribusi listrik adalah penempatan jalur jaringan. Hal ini sangat penting untuk memastikan kelancaran operasional secara teknis dan non teknisnya terutama faktor keamanan bagi lingkungan. Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penempatan jalur transmisi adalah sebagai berikut; Jalur transmisi terletak pada lokasi yang mudah untuk diakses sehingga memudahkan dalam pengawasan dan pemeliharaan. Biasanya jalur yang dipilih adalah sepanjang jalan raya dimana mobilitas bisa lebih mudah dilakukan. Ditempatkan pada lokasi tanah yang kokoh dan relative stabil. Kondisi tanah yang labil beresiko pada stabilitas tiang penyangga (pole). Legalitas dan pembebasan lahan yang digunakan jalur transmisi tidak mengalami masalah. Ada sebagian penduduk yang tanahnya tidak mau dilewati jaringan listrik dengan alasan keamanan dan ekonomi (pertanian, perkebunan, dll), oleh karena itu sebaiknya sosialisasi dan kompensasi harus dilakukan jika terjadi konflik mengenai lahan yang digunakan Tempatkan jalur transmisi dengan jarak yang aman dengan gedung dan pohon. Masalah yang cukup banyak terjadi adalah jaringan transmisi yang tertimpa pohon dan kecelakaan yang terjadi pada gedung yang dekat dengan kabel jaringan yang umunya telanjang. Oleh karena itu pengawasan dan antisipasi akan hal ini harus diperhatikan terutama karena menyangkut keselamatan nyawa manusia. Pilih jalur yang paling pendek. Hal ini menyangkut alasan ekonomi dan teknis dimana dengan jalur yang panjang akan dibutuhkan kabel yang lebih panjang dan tiang yang lebih banyak. Selain hal itu dengan semakin panjangnya jaringan kehilangan daya dan penurunan tegangan (voltage drop) akan lebih besar. Jangan tempatkan tiang listrik pada sisi bukit atau bidang yang miring. Hal ini dilakukan untuk mencegah bahaya longsor yang dapat merusak jaringan transmisi
Gambar 2. 72 Hindari penempatan tiang listrik dekat dengan bukit atau bidang miring
Minimalkan belokan pada jaringan transmisi. Pada kondisi dimana konduktor mengalami perubahan dari lurus menjadi berbelok, maka akan ada gaya menyamping (lateral force) pada tiang yang cenderung akan membuat miring. Oleh karena itu akan dibutuhkan struktur penguat tiang (guy & anchor), yang pada akhirnya menambah biaya dan pekerjaan.
71
Konduktor Merupakan suatu fakta bahwa arus akan lebih mudah mengalir pada penampang yang lebih besar, dimana resistansinya lebih kecil.
Gambar 2. 73 Aliran arus pada penampang konduktor
Untuk keperluan transmisi dan distribusi listrik ada dua material yang umumnya digunakan yaitu; aluminium dan tembaga. Berikut perbandingan antara dua jenis bahan konduktor tersebut. Tabel 2. 8 Perbandingan antara dua jenis bahan konduktor Item Kekuatan
Hantaran arus
Berat
Harga
Tembaga Lebih kuat
Aluminium Relative mudah putus, kekuatannya 75% dari konduktor tembaga Bagus, resistansi Kurang, untuk nilai lebih kecil resistansi yang sama, ukurannya lebih besar 1.6 kali konduktor tembaga Lebih berat Ringan, sama dengan 55% berat tembaga untuk ukuran yang sama Lebih mahal murah
Dalam aplikasi sistem transmisi tegangan menengah atau tinggi saat ini banyak digunakan konduktor campuran yaitu Alluminium Conductor Steel Reinforced (ACSR). Konduktor jenis ini dari segi biaya lebih murah, selain itu daya tariknya lebih kuat dari pada konduktor murni aluminium. Jenis lain konduktor dari bahan aluminium yang juga sering digunakan adalah AAAC (all aluminium alloy conductor) dan AAC (all aluminium conductor) yang mempunyai ketahanan tarikan dan karakterisitik bahan yang berbeda. Untuk aplikasi mikrohidro dimana kasus pada umumnya adalah digunakan sistem transmisi tegangan rendah (230/400 Volt). Kabel yang digunakan adalah dari bahan aluminium campuran dengan jenis twisted insulated cable (TIC) atau dalam notifikasi teknis disebut NF2X / NFA2X. Kabel jenis ini digunakan secara luas dalam transmisi tegangan rendah di Indonesia. Diameter kabel ditentukan oleh beberapa pertimbangan sesuai dengan penjelasan bagian berikutnya.
72
Gambar 2. 74 Spesifikasi kabel Twisted untuk transmisi tegangan rendah Menentukan ukuran konduktor Konduktor dapat merupakan salah satu komponen biaya yang tinggi dalam sistem transmisi energi listrik. Pemilihan ukuran konduktor dilakukan untuk meminimalisaisi biaya yang dibutuhkan dan kehilangan daya yang diakibatkannya. Biaya besar yang seharusnya tidak diperlukan dapat terjadi dengan pemilihan konduktor yang terlalu besar, apalagi dengan konduktor yang lebih besar akan lebih berat dan struktur penyangga juga harus lebih kuat yang pada akhirnya manambah pekerjaan dan biaya. Ada beberap pertimbangan dalam menentukan ukuran konduktor yang akan digunakan untuk transmisi dan distribusi tenaga listrik, diantaranya adalah : Besarnya arus yang mengalir dalam konduktor Arus yang mengalir sebanding dengan daya yang dihasilkan dan ditransmisikan dengan mengikuti persamaan. P = √3 x VL x IL x Cos φ (daya untuk 3 fasa) Semakin besar arus maka konduktor yang diperlukan akan semakin besar pula. Periksa tabel daya hantar kabel sesuai jenis dan ukurannya sebelum menentukan ukuran kabel. Jarak antara pembangkit dengan pusat beban Hal ini adalah berkaitan dengan tegangan jatuh (voltage drop). Semakin jauh beban dari pembangkit maka akan semakin besar tegangan jatuh, hal ini disebabkan resistansi dalam konduktor. Semakin kecil penghantar maka resistansi akan semakin besar. Sehingga semakin jauh jarak yang ditransmisikan maka konduktor yang dibutuhkan akan semakin besar untuk mengurangi tegangan jatuh tersebut. Perkiraan peningkatan beban Besarnya penghantar harus disesuaikan dengan kemungkinan peningkatan beban dimasa yang akan datang yang mana akan menyebabkan meningkatnya arus yang mengalir. Kehilangan daya Semakin besar arus yang mengalir dan semakin besar resistansi kabel akan mengakibatkan semakin besarnya kehilangan daya. Sesuai dengan persamaan : P = I2 x R Dimana P = kehilangan daya, I = arus yang mengalir dan R = resistansi penghantar
73
Gambar 2. 75 Ukuran kabel (dalam AWG) dan kapasitas arusnya
Gambar 2. 76 Spesfikasi (sumber:www.sural.com)
dan
karakteristik
konduktor
ACSR
Kelendutan konduktor (sag) Dalam pemasangan konduktor, harus diberikan regangan/kelendutan konduktor dengan memperhatikan kekuatan tarikan maksimum bahan konduktor yang diijinkan dan tarikan pada strukutur penyangga, beban angin pada konduktor, dll. Selain itu kelendutan juga bertujuan untuk menjaga jarak yang aman antara konduktor dengan permukaan tanah. Berdasarkan kriteria desain mekanikal maka dapat dihitung; Lendutan minimum, yaitu besar lendutan berdasar gaya tarik maksimum, yaitu sebesar 25% kekuatan putus dari konduktor (faktor keamanan sebesar 4) pada 20oC ditambah gaya angin maksimum Lendutan maksimum, yaitu besar lendutan pada kenaikan suhu 50 oC, diperhitungkan dari lendutan pada gaya tarik mula sebesar gaya tarik maksimum pada 20oC ditambah gaya angin maksimum 74
Lendutan desain, adalah lendutan yang dilaksanakan dalam pemasangan jaringan, yaitu sebesar lendutan pada suhu 35oC (suhu udara), diperhitungkan dari gaya tarik mula, sebesar gaya tarik maksimum pada 20oC ditambah gaya angin maksimum.
Gambar 2. 77 Kelendutan (Sag) dan komponen yang berhubungan
Nilai tarikan maksimum konduktor dapat diperoleh dari pabrikan pembuat kabel berdasarkan material dan diameter kabel yang digunakan, adapun kelendutan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan: 2 Wc Ls S 8.0 H Dimana: S = kelendutan (sag) (m) Wc = berat konduktor tiap unit panjang (kg/m atau N/m) Ls = span - jarak bentang antara tiang (m) H = gaya horizontal pada tiang (kg atau N harus sama dengan yang digunakan dalam berat konduktor – ini biasanya equal dengan tegangan pada konduktor) Ruang bebas penghantar Jarak antara penghantar minimum dengan tanah (public right of way) harus memenuhi kriteria yang disyaratkan untuk menjaga keselamatan manusia dan jaringan itu sendiri. Jarak vertikal antara penghantar dengan tanah pada kondisi kelendutan maksimum pada 35oC untuk jarak bentang (span) kurang dari 100 m adalah ditentukan sebagai berikut
Tabel 2. 9 tabel jarak bebas vertical konduktor dengan permukaan tanah Tegangan Lokasi dan Kawat tarik Jaringan sekunder 230/400 persilangan atau netral V dibumikan H. H. berisolasi telanjang Sawah Kebun 3m 4m 3m Halaman Jalan raya 5m 5m 5m Negara/prop. Jalan raya 4m 5m 4m lainnya
Jaringan primer 20/11,6 kV
5m 5m 5m 75
Lorong/gang 3m Jalan masuk Rumah tinggal Jalan kereta api 6m (bukan listrik) Diatas bangunan 0, 40 m Tidak bisa dilewati orang 1, 25 m bisa dilewati orang Perkawatan pada tiang atau 3 m trafo tiang Sumber ; SNI 04-1926-1990
4m
3m
5m
6m
6m
7m
1,25 m
0, 40 m
2, 50 m
2,50 m
1, 25 m
3,00m
4m
3m
5m
Tabel 2. 10jarak-jarak persilangan penghantar dengan jaringan lain Persilangan Kawat tarik dengan Kawat atau kabel 1,0 m komunikasi Kawat JTR/SR SUTM
JTR dan SR 230/400 V
SUTM 11,6/20 kV
1,0 m
2,0 m
1,0 m
1,0 m
1,25 m
Tidak diizinkan
Tidak diizinkan
1,25 m
tarik
Tabel 2. 11 Jarak – jarak horizontal penghantar Jarak-jarak horizontal antara Kawat tarik, JTR, SR dengan bangunan SUTM (11,6/20 kV) dengan bangunan Tiang dengan rel kereta api (sumbu) SUTR dengan jaringan telekomunikasi SKTR denga jaringan telekomunikasi
1, 50 m 3,00 m 3,75 m 1,00 m 1,00 m 76
SUTM denga jaringan telekomunikasi
3,00 m
Tabel 2. 12Jarak antara konduktor (spacing) Ruang bebas vertical antara konduktor 20 kV 0. 8 m telanjang dan konduktor LV berisolasi. Ruang bebas antara dua fasa konduktorz 20 kV telanjang 0. 8 m Ruang bebas vertical antara konduktor 20 kV telanjang 1.0 m Ruang bebas antara konduktor LV tegangan rendah
0.2 m
Tabel 2. 13 Spesifikasi tiang listrik kayu
103
Panjang Min. (m) Maximum span (m) Panjang dikubur (m) Min. top diameter (mm) Min. ground clearance (m) Panjang Min. (m) Maximum span (m) Panjang dikubur (m) Min. top diameter (mm) Min. ground clearance (m)
6.0 35 1.0 125 4.0 6.0 35 1.0 125 4.0
Spacing d
7.0 35 1.2 140 4.6 7.0 35 1.2 140 4.6
8.0 35 1.5 150 5.5 8.0 35 1.5 150 5.5
8.5 35 1.7 175 5.8 8.5 35 1.7 175 5.8
9.0 35 2.0 175 6.1 9.0 35 2.0 175 6.1
V 150
Untuk aluminium konduktor dengan penyusunan horizontal atau triangular, jarak antara konduktor (spacing) dapat di hitung dengan rumus; Dimana : Spacing : jarak antara konduktor (m) d : kelonggaran /sag (m) V : tegangan (V) Tiang Listrik (poles) Jenis material
122
Tiang listrik merupakan salah satu hal yang penting dalam sistem transmisi daya listrik, peranannya sangat penting dalam menyangga konduktor dan aksesorinya untuk tetap tegak diatas permukaan tanah. Pemilihan jenis dan ukuran tiang sangat ditentukan oleh jenis dan berat konduktor, ketegangan konduktor dan keadaan lokasi penempatannya (angin, tanah). Telah dijelaskan pada awal bagian ini, mengenai pemilihan lokasi jalur transmisi dan distribusi yang disarankan. Berikut jenis – jenis Tiang kayu Lebih ringan, mudah didapatkan dan lebih mudah dalam penanganannya dilapangan. Tidak mudah patah pada saat transportasi Harganya murah, mudah diganti dan bisa dibuat oleh penduduk lokal Digunakan biasanya untuk system transmisi tegangan rendah <1 kV Disarankan untuk menggunakan kayu dengan struktur yang kuat dari jenis pohon tertentu (mahoni, jati, meranti, dll) Dengan kayu dan perawatan yang bagus umurnya bisa sampai 8 tahun bahkan lebih Tiang Besi / Stell Digunakan pada lokasi dimana akses dengan kendaraan berat memungkinkan Lebih kuat dan tahan lama Biasanya digunakan untuk transmisi tegangan menengah ≤ 20 kV Pada kondisi tahan yang bergaram dan berair mudah terkena korosi Pada kondisi lingkungan yang stabil, ketahanannya bisa lebih dari 20 tahun Harganya cukup mahal Tiang Beton / concrete Strukturnya berat, sehingga hanya cocok digunakan pada lokasi dimana transportasi dan penanganannya dengan kendaraan mudah Mudah patah dan retak Jarang digunakan dalam aplikasi listrik pedesaan, biasanya digunakan untuk tegangan menengah ≥20 kV
(a)
123
(b)
(c) Gambar 2. 78 Material tiang listrik /poles (a. kayu, b. besi, c. beton ) Tinggi tiang listrik Tinggi tiang ditentukan oleh persyaratan dan pertimbangan berikut ruang bebas antara konduktor dengan permukaan tanah (ground clearance) kedalaman tiang ditanam dalam tanah untuk memastikan kestabilan struktur kelonggaran (sag) konduktor yang dikehendaki dalam batasan ketegangan yang ditentukan dan range temperature lingkungan. jarak minimum antara konduktor catatan: tiang ditanam dalam tanah dengan kedalaman diperhitungkan sebesar 0,6 m + 10% dari panjang tiang pada tanah yang berlumpur/tidak stabil ujung tiang yang ditanam harus diperkuat dengan batang tambahan menyilang panjang tiang standar yang biasa digunakan tersedia dari ukuran 7 m, 8m, 9 m, dan 10 m atau lebih. 124
Gambar 2. 79 tinggi tiang
Faktor
yang
menentukan
Jarak bentang tiang (span) Jarak bentang antara tiang dipengaruhi oleh batasan maksimum kekuatan tarik kabel (sag) dan batas minimum jarak konduktor dari tanah. Pada umumnya ketentuan berikut berlaku : Max. 80 m untuk area jauh dari pemukiman, lahan terbuka atau sawah Max. 50 m untuk daerah pemukiman Span bisa juga lebih kecil (≈30 m) pada kondisi topograpi perbukitan, tanah yang bergelombang dan tebing curam. Penyangga tiang (guy wire) Guy wire dibutuhkan untuk menstabilkan dan menyeimbangkan tiang dari bebanbeban yang menimpanya. Beban tersebut dapat berupa; beban vertikal beban berat tiang, berat konduktor, beban tegangan kabel, dll beban longitudinal tekanan angin pada tiang, ketidakseimbangan jarak antara tiang beban lateral tekanan angin pada kabel, beban pada lintasan yang menyamping/berbelok.
Gambar 2. 80 Instalasi guy wire pada tiang listrik
Latihan 3 125
sebutkan hal hal yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan ukuran konduktor? sebutkan keuntungan dan kerugian transmisi dengan tegangan rendah? jelaskan pengaruh jarak pembangkit dengan pusat beban terhadap tegangan jatuh (voltage drop)? jelaskan mengapa penghantar (kabel) transmisi tidak boleh di rentangkan terlalu kencang? dengan melihat tabel spesifikasi kabel dan perhitungan sederhana, pilihlah ukuran kabel yang akan digunakan untuk transmisi tegangan rendah (230/400 V) 3 fasa, dengan daya 50 kW untuk jarak transmisi 1 km? Transformator Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam sistem tenaga memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan, misalnya untuk kebutuhan tegangan tinggi dalam pengiriman tenaga listrik dengan jarak yang jauh. Biasanya transformator dapat menaikkan atau menurunkan tegangan maupun arus, sehingga memungkinkan dapat digunakan pada transmisi tegangan ekstra tinggi, pemakaian trafo pada sistem tenaga listrik diantaranya adalah sebagai berikut : Trafo penaik tegangan (step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkitan menjadi tegangan transmisi. Trafo penurun tegangan (step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. Trafo instrument untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo arus digunakan untuk menurunkan tegangan dan arus agar dapat digunakan pada instrument pengukuran. Trafo pada sistem tenaga listrik untuk kapasitas besar dapat dihubungkan pada sistem tiga phasa dan untuk kapasitas kecil dapat dihubungkan pada sistem satu phasa. Jika sistem transmisi tegangan menengah (5 kV atau 20 kV) diharuskan dengan alasan jarak beban yang jauh, kapasitas pembangkit, voltage drop, power losses, dll. Step-up dan step-down transformator harus dipasang. Step-up dipasang dekat dengan rumah pembangkit (di dalam atau di luar) dan step down dipasang pada pusat beban. Adapun beberapa kriteria penempatan transformer adalah; Mudah diakses, sehingga memudahkan dalam pemasangan, penggantian dan perawatan Jarak yang aman dengan pohon dan gedung Jika dipasang pada tiang, tempatnya memungkinkan dan mudah dalam instalasi Jika dipasang pada tanah tidak ada masalah dengan penggunan lahan Prinsip Kerja Transformator Prinsip kerja trafo berdasarkan induksi elektro magnetik, untuk memahami prinsip kerja tersebut perhatikan gambar 19.45. sebagai berikut,
126
Gambar 2. 81 Transformator Ideal
Transformator yang sederhana terdiri dari dua belitan kawat yang terisolasi satu sama lainnya dan dililitkan pada inti baja yang berlapis-lapis. Bila salah satu sisi belitan, baik sisi tegangan tinggi, maupun sisi tegangan rendah dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka pada sisi tersebut disebut sisi primer, sedangkan sisi lain yang dihubungkan dengan beban disebut sisi sekunder. Sisi belitan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik sebesar U1 = UP maka fluksi bolak-balik akan dibangkitkan pada inti tersebut sebesar Φm Fluksi sebesar Φm akan melingkar dan menghubungkan belitan primer dengan belitan sekunder serta menghasilkan tegangan induksi (EMF=GGL) baik pada belitan primer sebesar E1 = Ep maupun pada belitan sekunder sebesar E 2 = Es yang akan mengikuti persamaan sebagai berikut : E1 E p 4.44 fN pm108 (Volt ) (2-1) 8 E2 Es 4.44 fN pm10 (Volt ) (2-2) dimana : E1 = E p E2 = E s N1 = Np N2 = Ns Φm F V1 = V p V2 = V s
: GGL atau tegangan induksi yang dibangkitkan pada belitan primer. : GGL atau tegangan induksi yang dibangkitkan pada belitan sekunder. : Jumlah belitan pada sisi primer. : Jumlah belitan pada sisi sekunder. : Fluksi maksimum. : Frekuensi arus dan tegangan sistem. : Tegangan sumber yang dihubungkan ke sisi primer. : Tegangan sumber yang dihubungkan ke sisi sekunder.
Untuk trafo ideal diatas berlaku persamaan sebagai berikut : V1 E1 V p E p
V2 E 2 V s E s
(2-3)
Perbandingan Transformasi Tegangan sekunder transformator dapat dinaikkan atau diturunkan dengan mengubah jumlah lilitan yang dililitkan pada inti. Transformator yang mempunyai lilitan sekunder lebih sedikit dari lilitan primer akan mempunyai tegangan output yang lebih kecil dari tegangan sumber, sebaliknya
127
transformator yang mempunyai lilitan sekunder lebih banyak dari lilitan primer, tegangan outputnya akan lebih besar ( naik ). Dari persamaan (2-3), akan didapatkan perbandingan tegangan pada sisi primer dan sisi sekunder dengan perbandingan banyaknya belitan primer dan belitan sekunder, merupakan perbandingan (ratio) transformasi dari transformator dan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : E1 N1 a E2 N 2 (2-4) Berdasarkan persamaan 2-3 maka untuk trafo ideal berlaku perbandingan transformasi sebagai berikut : E1 V1 N1 a E 2 V2 N 2 (2-5) Jika rugi-rugi trafo tidak diperhitungankan dan efesiensi dianggap 100 % maka : E1 .I1 .Cos1 E2 .I 2 .Cos 2 (2-6) Secara praktis faktor daya primer (Cos φ1) sama dengan faktor daya sekunder (Cos φ2) sehingga : E1 .I1 E2 .I 2 (2-7) atau E1 I 2 a E2 I1 (2-8)
(a)
128
(b) Gambar 2. 82 Penempatan dan jenis transformator (a). step-up transfomer – dekat power house (b). step-down transformer – dekat pusat beban
Tipe Transformator Trafo yang digunakan harus sesuai dengan klasifikasi yang dikehendaki, adapun beberapa tipe yang biasa digunakan berdasarkan tipe isolasi pendingin adalah; Oil immersed transformer Sistem pendingin menggunakan oli, tipe ini umum digunakan dan harganya murah Dry transformer Winding diisolasi dengan epoxy (class H), jarang digunakan dan harganya lebih mahal. Ada beberapa kemungkinan hubungan winding transformer yaitu : Δ to Δ : penggunaan dalam bidang industri Δ to Y : paling banyak digunakan pada bidang komersial dan industri (trafo distribusi) Y to Δ : transmisi tegangan tinggi (step-up) Y to Y : jarang digunakan sehubungan dengan gangguan harmonik dan masalah kesimbangan
(a)
129
(b) Gambar 2. 83 konfigurasi belitan transformator; a. Y to Δ dan b. Δ to Y
Kapasitas dan Pemilihan Transformator Kapasitas transformator minimum adalah 125% dari kapasitas generator yang dipasang. Pembebanan sebesar 100% kapasitas masih memungkinkan tetapi jika berlangsung dalam jangka waktu panjang akan berakibat pada pemanasan pada belitan koil dan menurunkan usia pakai trafo. Pembebanan berlebih (overload) selama waktu yang lama merupakan kondisi berbahaya, temperature trafo akan sangat tinggi dan sistem pendingin tidak mampu mengatasinya, akibatnya kemungkinan trafo meledak menjadi cukup besar. Kapasitas trafo ukuran kecil yang tersedia dipasaran sesuai dengan standar adalah 5 kVA, 10 kVA, 16 kVA, 25 kVA, 50 kVA, 100 kVA dst. Pemasangan trafo juga harus memperkirakan pertumbuhan beban yang akan terjadi. Analisa dan ketelitian harus dilakukan sebelum memilih tipe trafo yang akan dibeli. Ada beberapa spesifikasi teknik yang memungkinkan kesalahan dan akhirnya tidak sesuai dengan karakterisitik yang diharapkan, seperti kesesuainnya dengan konfigurasi generator, kontrol sistem, sistem beban, dll) oleh karena itu sebelum memesan transfomator baiknya berkonsultasi dengan ahli yang berpengalaman.
Gambar 2. 84 Contoh spesifikasi transformator - 450 kVA (sumber : PT. Asata Utama – Starlite)
130
Instalasi Konsumen Service Connection Service connection terdiri dari dua komponen, yaitu; Service drop. Biasanya terdiri dari 2 buah konduktor (fasa dan netral) beserta aksesori penyambungan dan pengambilan kabel dari tiang. Jenis dan ukuran konduktor yang umumnya digunakan adalah kabel pilin berisolasi (twisted insulated cable) Aluminium 2x10 mm2 atau lebih besar. Service enterance. Terdiri dari beberapa komponen dan alat yang digunakan untuk mengambil listrik dari service drop sampai instalasi rumah. Meter listrik dan MCB merupakan salah satu komponen pokok service enterance.
Gambar 2. 85 layout cervice connection ke konsumen
Gambar 2. 86 Service connection ke rumah konsumen dan sambungan percabangan ke rumah lain dengan kuku elang
131
Gambar 2. 87 Detail penyambungan service connection ke konsumen . Instalasi rumah Sesuai dengan standard instalasi dan sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan (ISRLP) yang dikeluarkan pemerintah, ada beberapa ketentuan yang harus diperhatikan diantaranya; Cara pemasangan: ISRLP dilengkapi dengan gambar garis tunggal (single line diagram) mengenai instalasinya ISRLP dipasang oleh pelaksana/tukang instalasi listrik yang telah mahir dan disyahkan oleh instansi yang bertanggung jawab instalasi dipasang di dalam atau pada permukaan dinding atau bagian bangunan lainnya yang cukup kokoh dan tidak mudah terbakar instalasi dipasang dengan isolasi penuh dari bahaya sentuhan perlengkapan hubung bagi (PHB) yang digunakan harus jenis tertutup dengan kotak dari bahan yang tidak mudah terbakar instalasi harus menggunakan system perlindungan/pengaman terhadap tegangan sentuh sebagai penghantar digunakan kabel tembaga berisolasi ganda dengan penampang inti minimum 1,5 mm2 kabel dicabangkan dalam kotak percabangan dengan cara penyambungan yang baik (dipuntir/dipilin dan diisolasi) Titik beban Untuk setiap grup, jumlah titik lampu yang diperkenankan maksimum 5 buah dengan kotak kontak biasa (KKB) dua buah Pembumian Pembumian dilaksanakan dengan memasang elektroda pembumian yang dihubungkan secara langsung dengan penghantar netral dan penghantar pengaman pada perlengkapan hubung bagi (PHB) 132
kawat penghubung elektroda terbuat dari bahan tembaga dengan penampang minimum 6 mm2 elektroda pembumian terbuat sekurang-kurangnya dari bahan galvanis dengan diameter 25 mm serta panjang yang tertanam sekurang-kurangnya 1,5 meter vertikal Sambungan rumah Rentang sambungan rumah ditentukan berdasarkan ketentuan pada tabel berikut; Pen am pan g SR
SR dari tiang atap ke tiang atap
SR dari tiang JTR langsung ke rumah menyebr ang* jalan desa
mm
a S m daN m
SR dari tiang JTR ketiang atap menyeb rang jalan T a T S m daN m
a S m daN m
40 38 0,78
58 38 1,66
49 38 1,18
35 42 0,84
47 42 1,49
40 42 1,11
35 63 0,84
47 63 1,49
40 63 1,11
2
10 16 25
T
Gambar 2. 88 Tabel rentang sambungan rumah
Dimana : a : panjang rentang S : kelendutan/sag T : tarikan SR : sambungan rumah JTR : jaringan tegangan rendah Dengan asumsi Gaya angin = 40 daN/m2 Kekuatan tiang atap rumah = 75 daN faktor bentuk kabel terhadap angin = 0,6 suhu ruang = 38oC 133
* lebar jalan desa 6 m dengan trotoar kiri kanan 1 m jarak bebas diatas jalan 4 m Syarat-syarat sambungan rumah adalah; sambungan rumah dari kabel berinti dua yang berisolasi dan mempunyai kemampuan untuk direntang atau dipasang dengan kawat perentang bahan isolasi untuk SRLP harus tahan cuaca/sinar matahari daerah tropis cara pemasangan dan gaya tarik penghantar harus baik dan aman panjang rentang SRLP maksimum 45 meter dengan memperhitungkan kekuatan tarik SRLP-nya tinggi sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan minimum 3 meter dari permukaan tanah satu sambungan (SRLP) dapat dibebani secara berantai/seri sebagai berikut; sambungan rumah disadap dari JTR. Dalam hal ini tegangan jatuh maksimum 2% dari titik penyadapan sampai konsumen paling ujung sambungan rumah disadap langsung dari trafo distribusi. Tegangan jatuh maksimum adalah sebesar 12% dari titik penyadapan terminal tegangan rendah trafo sampai konsumen paling ujung. penampang, panjang dan jumlah sambungan yang dilayani SRLP ditentukan seperti table dibawah ini;
Tabel 2. 14 sambungan rumah yang disadap dari JTR dengan tegangan jatuh 2%
Beban tersambung rata-rata konsumen (VA)
Penampang Jumlah kabel sambungan pilin/twisted maksimum AAAC mm2
S < 450
10
7
450 < S < 16 800
7
134
Tabel 2. 15 sambungan rumah yang disadap dari trafo dengan tegangan jatuh 12%
Beban tersambung rata-rata konsumen (VA)
Penampang Jumlah kabel sambungan pilin/twisted maksimum AAAC mm2
S < 450
10
450 < S < 16 850 850 < S < 25 1300
15 15 15
Gambar 2. 89 Tipikal instalasi rumah konsumen PLTMH 55/110 VA
Latihan 4 Sebuah lokasi dengan data data sebagai berikut perhitungan daya terpasang berdasarkan survey adalah 25 kW jarak antara rumah pembangkit dengan rumah konsumen sejauh 3 km sistem transmisi adalah tegangan rendah (220/380V)
135
Menurut analisa dan pengetahuan yang anda ketahui, jawablah pertanyaan berikut ini : tentukan jenis dan spesifikasi generator yang akan digunakan seperti (daya, tegangan, fasa, frekuensi,dll) tentukan jenis kontroller yang akan anda gunakan (load control) berapa kapasitasnya? Berapa kapasitas ballast? berapa arus yang mengalir pada tiap penghantar? tentukan jenis dan diameter kabel transmisi yang akan anda gunakan? buatlah gambar sederhana dari sistem kelistrikan pembangkit (single line diagram) sesuai dengan kemampuan anda! jika anda harus menggunakan trafo, pilihlah spesifikasi trafo step up dan step down yang tepat untuk aplikasi anda? Operasi dan Pemeliharaan Dalam pelaksanaan proyek pembangunan mikro hidro, diupayakan sebisa mungkin untuk dapat memaksimalkan peran serta masyarakat setempat dalam pembangunan dan tahap pelaksanaannya, sehingga ketika proyek nanti selesai dan diserahkan kepada masyarakat lokal mereka telah terbiasa dan terbangun rasa memiliki untuk mengelola dan merawatnya dikemudian hari. Peran serta lokal dapat berupa teknologi lokal, peralatan lokal, material lokal, dan tenaga kerja lokal. Pemakaian alat dari luar negeri harus pertimbangan dengan baik terutama berkenaan dengan kemampuan masyarakat desa untuk mengoperasikan dan keberlanjutan pengoperasian peralatan. Ketersediaan suku cadang dalam negeri dan teknisi yang menguasai pengoperasian, perawatan dan perbaikan jika terjadi kerusakan pada alat merupakan suatu hal yang sangat penting jika peralatan dan komponen didatangkan dari luar negeri. Merupakan hal yang penting untuk operasional yang berkelanjutan, bahwa masyarakat pengguna merasa akrab dan mengenal sistem merupakan “milik” mereka. Penghargaan mereka terhadap keberadaan listrik dan kesadaran akan kewajiban yang harus dilakukan dapat dibangun dengan memberikan kesadaran memiliki dalam masyarakat. Hal ini dapat dilakukan dengan melibatkan peran serta masyarakat lokal, seperti pada tahap implementasi proyek. Setiap komponen asing dapat diterima, jika dapat dioperasikan, diperbaiki dan diganti secara lokal. Jika hal tersebut tidak memungkinkan, maka diperlukan peninjauan ulang dari desain yang diusulkan. Sebelum tahap konstruksi dilaksanakan ada beberapa hal yang harus diselesaikan, sehingga tidak menghambat pekerjaan dan proyek dikemudian hari. Adapun Hal-hal tersebut seperti; 1. desain dan gambar final serta anggaran biayanya 2. ijin penggunaan tanah dari pemilik yang bersangkutan 3. ijin penggunaan air perjanjian jual beli listrik dengan PLN jika itu interkoneksi dan kesepakatan harga tariff dengan pengguna untuk sistem off grid ijin mendirikan bangunan dari pemerintah setempat kajian dampak lingkungan dan sosial kontrak perjanjian kerja dengan kontraktor ijin-ijin lainnya
136
Sebelum tahap konstruksi dimulai, pastikan segala sesuatu telah siap dan tersedia. Segala hal yang belum diselesaikan dapat menghambat pekerjaan dan pada akhirnya dapat menghambat penyelesain proyek (proyek jadi terlambat). Tender dan Kontrak Hampir semua proyek konstruksi dalam skala besar maupun kecil, baik itu proyek yang didanai oleh pemerintah maupun swasta, biasanya sebelum tahap konstruksi dilaksanakan akan dilakukan proses tender. Tender bertujuan untuk memilih dan mendapatkan konsultan atau kontraktor pelaksana yang memenuhi kualifikasi teknis dan non teknis sesuai dengan jenis pekerjaan yang ditenderkan. Dalam proyek mikro/mini hidro, proses tender biasanya berdasarkan pada perhitungan dan design detail pada tahap studi kelayakan (feasibility study) atau setelah Bill of Qauntity (BOQ) diberikan oleh konsultan perencana dan desain detail telah selesai dibuat. Dalam pelaksanaan suatu proyek pembangkit listrik tenaga air skala kecil, selain sumber daya berupa dana, material dan peralatan, harus diperhatikan kesiapan sumber daya manusia pelaksana konstruksi dan pembangunan proyek tersebut. Komponen dasar dokumen tender Dalam pelaksanaan proses tender telah ditetapkan prosedur atau aturan yang berlaku secara Nasional ataupun secara Internasional, khususnya untuk proyek pemerintah. Salah satu prosedur yang sangat menentukan terpilihnya kontraktor yang di harapkan sebagai pelaksana konstruksi adalah tahap Evaluasi teknis dan Evaluasi harga penawaran. Evaluasi teknis adalah penilaian pada kontraktor penawar mengenai peralatan, tenaga kerja, metode pelaksanaan yang akan dipakai dalam pelaksanaan konstruksi tersebut. Data data yang harus ada dalam sebuah dokumen tender diantaranya: Laporan studi kelayakan lengkap Gambar desain teknis Spesifikasi peralatan dan pekerjaan Bill of Quantities (BoQ) Penilaian dan pertimbangan teknis Kualifikasi sumber daya manusia Referensi pekerjaan yang pernah dilakukan Dokumen perusahaan Data-data tambahan lainnya Evaluasi tender Dalam pelaksanaan proses tender telah ditetapkan prosedur atau aturan yang berlaku secara Nasional ataupun secara Internasional, khususnya untuk proyek pemerintah. Salah satu prosedur yang sangat menentukan terpilihnya kontraktor yang di harapkan sebagai pelaksana konstruksi adalah tahap Evaluasi teknis dan Evaluasi harga penawaran. Evaluasi teknis adalah penilaian pada kontraktor penawar mengenai peralatan, tenaga kerja, metode pelaksanaan yang akan dipakai dalam pelaksanaan konstruksi tersebut. Sedangkan evaluasi harga penawaran adalah penilaian pada harga penawaran terendah yang diajukan oleh penawar. Pelaksanaan proses tender dapat dikatakan baik apabila waktu pelaksanaan sesuai dengan rencana, menuruti prosedur yang ditetapkan dan juga terpilihnya kontraktor yang memenuhi persyaratan teknis dan harga penawaran terendah. Kontraktor yang terpilih untuk mengerjakan konstruksi tersebut, harus melaksanakan pekerjaannya 137
sesuai dengan standar dan spesifikasi yang telah direncanakan sebelumnya. Pelaksanaan konstruksi dapat dikatakan baik apabila waktu yang diperlukan untuk pelaksanaan sesuai dengan rencana, biaya yang sesuai rencana dan mutu/hasil proyek yang sesuai harapan. Peraturan mengenai tender di Indonesia seperti terlampir pada annex 1 Komponen utama kontrak Jika tender telah selesai dilaksanakan maka tahap berikutnya adalah penandatanganan kontrak antara pemilik pekerjaan dan kontraktor. Berikut diberikan contoh kontrak serta perjanjian dan kesepakatan yang harus ada didalamnya. Kontrak itu sendiri harus memuat perjanjian-perjanjian dan ketentuan pokok dalam pelaksanaan pekerjaan dan dari segi legalitas memiliki kekuatan secara hukum. Dimana jika salah satu pihak mengingkari atau tidak dapat memenuhi isi perjanjian tersebut dapat dituntut dipengadilan, jika penyelesaian lain tidak dipilih. Penyusunan Spesifikasi peralatan Electro- Mechanical Pemilihan dan spesifikasi teknis peralatan dan komponen pembangkit biasanya dilakukan pada proses feasibility study dan perencanaan detail. Dalam proses ini spesifikasi dari peralatan elektro-mekanik harus sudah ditentukan. Pemilihan dan desain teknis disesuaikan dengan kondisi lokasi dan karakterisitik operasional system yang dikehendaki, misalnya sistem otomatis atau manual, flow atau load control dll. Berdasarkan kondisi lapangan maka akan dapat ditentukan jenis turbin yang sesuai dengan debit dan head yang tersedia. Setelah jenis turbin diketahui, langkah berikutnya adalah menentukan spesifikasi teknis turbin tersebut, seperti kecepatan, torsi, dimensi dll. Perhitungan seperti ini harus dilakukan dengan teliti dan dapat menghubungi ahli atau pihak manufaktur yang berpengalaman dalam hal ini. Jika semua aspek teknis dan desain telah siap, hubungi pihak manufaktur turbin untuk mendapatkan penawaran harga dan kesepakatan lainnya. Baiknya untuk menghubungi lebih dari satu pabrikan untuk membandingkan harga dan kelebihan lain yang ditawarkan masing-masing pabrikan. Selain harga yang kompetitif, perlu diperhatikan juga kualitas pekerjaan dan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan. Hal ini sangat penting untuk pengaturan jadwal pekerjaan dengan bagian yang lain. Suatu hal yang perlu dipertimbangkan adalah pemilihan pabrikan lokal untuk mensuplai peralatan yang kita butuhkan. Hal ini mengingat alasan pemberdayaan masyarakat lokal dan juga alasan biaya, dimana akan diperlukan biaya tambahan untuk transport dari luar negeri dan biaya bea cukai jika peralatan didatangkan dari luar negeri. Berikut ini diberikan contoh penawaran turbin crossflow dan kuisioner untuk pemesanan generator untuk keperluan pembangkit listrik tenaga air. Kuisioner ini harus diisi sesuai dengan data-data dan spesifikasi teknik yang diharapkan. Pengisian harus dilakukan dengan hati-hati dan sebaiknya telah dikoordinasikan dengan divisi yang lain seperti mekanikal dan elektrikal, sehingga spesifikasinya sesuai dengan komponen lain.
138
Gambar 2. 90 Proses perakitan (assembling) turbin crossflow
Gambar 2. 91 Contoh spesfikasi dan penawaran untuk turbin cross flow .
139
Manajemen konstruksi dilapangan Manajemen konstruksi dilakukan oleh kontraktor pelaksana dan diawasi oleh pihak konsultan maupun pemilik langsung proyek. Manajemen disini bertujuan untuk memenuhi prosedure dan standard yang ditentukan dan untuk menyelesaikan tahap konstruksi secara ekonomis dan aman sesuai dengan desain teknis dan periode waktu yang telah ditentukan. Untuk meyakinkan kualitas kerja, fungsi dan pengontrolan kemajuan pekerjaan (progress), pihak kontraktor biasanya membuat rencana konstruksi (jadwal). Pengecekan dilakukan pada pertengahan tahap konstruksi apakah pelaksanaan sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan, buat 140
koreksi jika pekerjaan terlambat, dan diuji apakah kualitas pekerjaan sesuai dengan standard yang ditetapkan. Catat semuanya dalam jadwal konstruksi yang dibuat. Dari sini akan terlihat sejauh mana kemajuan proyek berlangsung, juga akan diperlukan dalam pelaporan kepada pihak yang berkepentingan. Progress control Progress control adalah manajemen proses konstruksi yang bertujuan untuk meyakinkan bahwa pelaksanaan pekerjaan dilakukan dengan efisien dan ekonomis dalam periode yang ditentukan dengan memanfaatkan mesin, tenaga dan material secara efisien dengan kualitas dan akurasi yang terjaga. Di Indonesia dimana musim hujan dan musim kemarau dapat diprediksi dengan mudah. Pekerjaan konstruksi yang dilaksanakan terkonsentrasi pada musim kemarau, hal ini akan membatasi waktu pelaksanaan pekerjaan, oleh karena itu progress control harus dibuat dengan hati-hati. Hal ini biasanya penting, dimana tak dapat dihindari ketergantungan pekerjaan sipil pada tenaga manusia. Selain itu, konstruksi pembangkit listrik tanaga air memerlukan juga pekerjaan konstruksi untuk instalasi turbin, generator dan komponen listrik sebagai tambahan dari pekerjaan sipil itu sendiri, oleh karena itu koordinasi dalam hal ini sangat diperlukan. Progress control dibuat untuk setiap perencanaan, implementasi, peninjauan ulang dan penanganannya. Progress harus dikontrol untuk melaksanakan pekerjaan sedekat mungkin dengan jadwal dengan melaksanakan pekerjaan sesuai dengan jadwal konstruksi. Kemajuan dicatat secara periodic baik itu harian, mingguan, bulanan dan terus melakukan pengecekan kemajuan pekerjaan dan membandingkannya dengan jadwal yang direncanakan. Jika ada penyimpangan yang besar antara rencana dan realitas, pasti ada masalah dalam rencana atau implementasi. Olehkarena itu, rencana harus diperiksa kembali dan diambil factor koreksi, selanjutnya jadwal implementasi, dan tahap pelaksanaanya disesuaikan dengan jadwal konstruksi baru. Berbagai macam bentuk time schedule dapat digunakan untuk progress control dan dapat digunakan sebagai standard. Software mutakhir telah tersedia untuk membantu melaksanakan tugas progress control ini, salah satunya dengan MS project.
141
Gambar 2. 92 contoh gantt chart untuk progress schedule Dimension control Merupakan suatu hal yang penting untuk memastikan bahwa pekerjaan dan konstruksi sipil telah dibangun sesuai dengan persyaratan yang tercantum dalam kontrak yang telah disetujui antara kontraktror dengan pemilik proyek. Jika ada bagian yang tidak sesuai, maka harus dicari penyebabnya. Dimension control dapat berupa pengukuran langsung (direct measurement) dan catatan photographic. Dalam metode langsung, untuk mengetahui bentuk (dimensi, ketinggian, dll) dari suatu objek yang dibuat, pengukuran dilakukan langsung pada objek dan disesuaikan dengan gambar desain. Hasilnya dicatat, akurasinya di cek sesuai standard dan dilakukan penilaian kualitas pekerjaan. Sedangkan metode catatan photographic digunakan sebagai data pelengkap untuk konfirmasi berikutnya dari kemajuan pekerjaan termasuk kondisi sebelum dan sesudah pekerjaan, dan hasil pengukuran langsung.
Gambar 2. 93 kesesuaian antara desain dan kenyataannya Quality control Quality control digunakan untuk menjaga standard kualitas pekerjaan telah sesuai antara desain dengan spesifikasi aktualnya. Untuk melaksankan quality control, standardisasi harus telah dibuat untuk semua pekerjaan yang akan dilalui dari mulai pembelian material sampai pelaksanaan dan pekerjaan harus dikontrol sesuai dengan standard itu.
142
Standard untuk material : standard kualitas untuk material yang akan digunakan harus ditentukan sesuai dengan jenis pekerjaan Quality standard : kontrol karakteristik untuk kualitas yang dikehendaki harus didefinisikan dan secara kuantitif ditentukan. Standard bekerja : standard fasilitas penanganan, standard inspeksi, dan standard untuk metode bekerja sebaiknya didefinisikan. Metode test dan inspeksi Dalam kondisi tertentu, standard dapat mengacu pada standard yang telah ditentukan oleh pemerintah atau instansi terkait seperti PU, Pengairan, PLN dll. Untuk aplikasi mikro hidro pemerintah telah menetapkan prosedur dan standarnya, baik dari material maupun instalasi. Manajemen proyek Dalam pelaksanaan pekerjaan konstruksi fungsi manajemen, kontrol dan pengawasan memainkan peranan yang sangat penting. Harus ada seorang yang dapat mengatur, mengkoordinasi, mengawasi dan memberikan solusi dalam masalah pelaksaan proyek. Proyek manager juga harus mampu melaksankan koordinasi antara kontraktor-kontraktor yang terlibat dalam proyek dan menjadi mediator dengan pihak pemilik. Adapun beberapa tugas dan tanggung jawab manajemen proyek diantaranya adalah: Pembelian, transportasi, penyimpanan dan pemindahan barang dan material yang diperlukan dalam proyek Inspeksi kualitas dan kuantitas pekerjaan Progress monitoring Pembayaran pada kontraktor dan buruh Mengkoordinasikan pekerjaan antara kontraktor dan bagian lian Pengurusan legal dokumen dan perijinan Menterjemahkan gambar desain menjadi as built drawing Untuk mendukung kelancaran dan kemudahan dalam pelaksanaan proyek, biasanya akan diperlukan fasilitas sementara yang berupa; Sumber energi alternative sementara (diesel, battery, dll) Fasilitas penginapan sementara Gudang Kantor sementara proyek dilokasi Fasilitas untuk penyediaan makanan Selain itu harus dipastikan bahwa peralatan dan perlengkapan yang diperlukan dalam tahap konstruksi telah tersedia. Beberapa peralatan seperti mesin berat excavator dan molen harus didatangkan/disewa selama jangka waktu tertentu dari luar, sehingga penggunaanya harus benar-benar efektif dan efisien. Partisipasi Masyarakat Proyek PLTMH pada umumnya terletak didaerah terpencil, dimana akses transportasi dan fasilitas komunikasi sangat terbatas. Selain itu orang luar maupun pemerintah tidak mempunyai kepentingan secara langsung terhadap keberadaan PLTMH tersebut. Oleh karena itu kemandirian dan partisipasi masyarkat dalam menjaga keberlangsungan sebuah proyek PLTMH sangat berperan penting. Partisipasi masyarakat setempat dimulai dari tahap perencanaan dimana mereka dilibatkan melalui sosialisasi dengar pendapat dan tanya jawab mengenai segala sesuatu menyangkut keberadaan PLTMH di daerah mereka. Masukan dan saran 143
dari masyarakat pada tahap perencanaan harus dimasukan sebagai pertimbangan yang sangat berharga dalam pembangunan dan operasional PLTMH serta keberlanjutannya dikemudian hari.
Gambar 2. 94 partisipasi masyarakat dalam pembangunan PLTMH Partisipasi masyarakat dalam tahap perencanaan, pembangunan serta operasional PLTMH merupakan suatu kunci pokok dalam keberhasilan proyek secara umum. Salah satu tujuan dari metode ini adalah untuk menumbuhkan rasa memiliki dalam diri masyarakat. Semakin banyak mereka terlibat dengan aktif, secara psikologi masyarakat akan merasa dekat dan akrab dengan PLTMH sehingga diharapkan mampu menunjang keberlanjutan PLTMH tersebut. Hal ini berdasarkan bahwa masyarakat setempat adalah pengguna akhir dari PLTMH, merekalah yang sehariharinya akan berurusan dan berhubungan langsung dengan operasionalnya PLTMH. Parisipasi masyarakat dalam pembangunan dapat berupa tenaga, material atau bahkan dana tambahan jika ada kekurangan dari budget yang dianggarkan.
Gambar 2. 95 sosialisasi dan musyawarah dengan masyarakat
Operasi Dan Perawatan Seperti halnya fasilitas utility dan pembangkit energi lain, PLTMH juga memiliki standard operasi dan perawatan. Hal ini bertujuan untuk menjaga keandalan dan kesinambungan operasional pembangkit sesuai dengan prosedur dan standard yang
144
telah ditetapkan. Dalam operasi dan perawatan, pihak manajemen maupun operator harus mengerti hal-hal berikut; Operator harus melaksanakan operasi dan perawatan pembangkit dengan efisien sesuai dengan manual, peraturan dan standard yang diberlakukan. Baik itu oleh pihak pabrikan maupun pengelola. Operator harus terbiasa dan mengenali semua komponen pembangkit beserta fungsi – fungsinya. Operator harus selalu memeriksa kondisi fasilitas dan alat-alat pembangkit. Ketika dia menemukan suatu kerusakan atau keganjilan dia harus melaporkan kepada orang yang bertanggungjawab dan mengatasinya jika dianggap mampu. Operator harus mencoba untuk mencegah segala macam kerusakan dan kecelakaan. Dilakukan dengan tindakan pencegahan berupa perawatan dan penyediaan fasilitas pencegah kecelakaan. Manual petunjuk operasi dan perawatan untuk setiap pembangkit mikro hidro harus disiapkan sebelum pembangkit mulai beroperasi. Selain itu training untuk operator juga perlu dilaksanakan sehingga mereka benar-benar siap untuk diserahi segala kewajiban dan tanggungjawab dalam mengoperasikan dan merawat pembangkit. Operasi pembangkit Operasional sebuah pembangkit mikro hidro tidak hanya membangkitkan energi listrik yang memutar generator. Tetapi juga untuk mengontrol fasilitas dan peralatan pembangkitan lainnya dan mensuplai energi listrik ke konsumen pada kondisi yang stabil dan memastikan semua komponen dalam kondisi yang baik. Karena peralatan dan fasilitas pembangkit yang dipasang tergantung pada kondisi lokasi dan dana yang tersedia, ada beberap cara yang beragam untuk operasional sebuah pembangkit mikrohidro. Pada kasus dimana pembangkit dilengkapi pengontrol beban otomatis, maka operator tidak harus selalu mengontrol setiap saat peralatan tetapi dilakukan lebih periodik dan pada saat tertentu saja, misalnya starting, stopping dan emergency. Sedangkkan untuk pembangkit yang lebih canggih dimana stoping dilakukan dengan otomatis keberadaan operator di power house tidak terlalu diperlukan secara tetap dan terus menerus. Dalam kebanyakan kasus mikrohidro untuk listrik pedesaan, dimana dana yang tersedia terbatas, kadang sistem proteksi dan control otomatis ditiadakan. Oleh karena itu pada umumnya keberadaan operator di power house sangat diperlukan untuk mengantisipasi perubahan beban dan masalah yang mungkin terjadi. Prosedur operasi pembangkit mikro hidro pada umumnya dikategorikan sebagai berikut; Operasional biasa Pemeriksaan sebelum operasi Sebelum pembangkit dijalankan operator harus memeriksa dan menjamin komponen dan fasilitas pembangkit berada pada kondisi aman dan siap beroperasi. Pengecekan dilakukan setelah pembangkit berhenti lama, overhaul atau perbaikan. Bagian-bagian yang harus diperiksa pada umumnya adalah sebagai berikut; sistem penyediaan dan pembawa air (konstruksi sipil) pastikan tidak ada struktur yang retak atau roboh tidak ada sediment atau lumpur yang berlebihan sehingga menghambat aliran air aman dari longsor dan banjir tidak terjadi kebocoran pada saluran air (headrace dan penstock) 145
strukutur penyangga dalam kondisi baik peralatan electro-mechanic pastikan turbin pada posisi yang benar, periksa dan kencangkan kembali baut-baut pada Angkor periksa ketegangan belt dan pulley periksa sambungan generator, grounding dan system pengaman periksa kembali pengkabelan controller, ballast load dan system proteksi transmisi dan distribusi periksa kabel jaringan trasnmisi dalam keadaan baik (tidak ada yang putus atau tertimpa pohon, dll) periksa tiang penyangga kabel masih dalam kondisi bagus, tidak miring, roboh atau keropos periksa sambungan kabel ke cabang jaringan dari kemungkinan short circuit dan salah sambung.
Gambar 2. 96 perhatikan tegangan dan frekuensi pada panel ketika mengatur bukaan turbin
b. Pengoperasian Berikut ini adalah langkah-langkah pengoperasian pembangkit mikro hidro (pada umumnya) ; Pastikan kondisi berikut ini (Persiapan) tutup pintu penguras di intake (lihat gambar dibawah) buka pintu intake sehingga air mengalir melalui saluran pembawa semua circuit breaker pada panel control pada posisi off katup utama turbin telah dibuka sampai pressure gauge menunjukan angka optimalnya (sesuai dengan head yang tersedia)
146
Gambar 2. 97 komponen pada forebay yang harus diperhatikan sebelum mengoperasikan PLTMH
Buka guide vane (sudu pengarah) turbin secara perlahan lahan sampai phase Volt mencapai angka 220 Volt, tahan beberapa saat karena controller mebutuhkan waktu beberapa saat untuk start. tambahkan bukaan katup turbin perlahan lahan, sampai kondisi berikut ini; phase Volt (Vph) pada posisi 220 – 230 V arus ke ballast load mencapai kira-kira 1/3 dari beban nominal pada panel switch gear lampu ready menyala pada mainboard controller lampu hijau telah menyala (jika ada) frekuensi meter menunjukan angka pada range 48 – 52 Hz hour meter berputar (jika ada) kipas pada controller telah berputar (jika ada) tambahkan bukaan guide vane turbin sampai pada posisi optimalnya dan arus ke ballast menunjukan sesuai kapasitas pembangkitnya pada panel switch gear, tekan tombol push button on. Kontaktor akan tersambung dan lampu ON pada panel menyala pada panel switch gear tempatkan semua Circuit Breaker ke beban pada posisi ON, maka kondisi berikut seharusnya tercapai ampere meter beban menunjukan sesuai dengan beban yang tersambung ampere meter ballast load berkurang dari posisi semula lampu pilot masing-masing line beban menyala c. Peran operator selama operasi normal Operator harus menjaga operasional dari komponen pembangkit dalam kondisi yang baik dan aman. Operator berperan dalam menjaga kualitas listrik yang dihasilkan pembangkit masih dalam batasan yang ditetapkan (frekuensi dan tegangan). Tindakan yang harus dilakukan operator selama operasional pembangkit diantaranya sebagai berikut: Periksa struktur sipil dan saluran pembawa air dalam kondisi baik. Bersihkan sampah pada trashrack yang menghalangi aliran air masuk penstock Periksa katup utama turbin dan bukaan guide vane turbin sesuai dengan besarnya beban sehingga tegangan dan frekuensi listrik pada batasan nilai yang ditetapkan. Pada kondisi dimana beban konsumen sangat rendah sehingga beban dialihkan ke ballast load, maka sebaiknya bukaan guide vane turbin dikecilkan sehingga ballast load tidak terlalu panas dimana jika hal ini terjadi dalam waktu yang lama dapat berbahaya bagi manusia dan power house (kebakaran) Periksa getaran dan suara dari generator dan turbin. Jika getaran dan suaranya melebihi ambang batas normal, hentikan pembangkit dan perbaiki kerusakan/kejanggalan. Periksa temperature bearing generator dan turbin, body generator dan control panel pada range yang normal dan aman Periksa setiap kondisi yang tidak normal, lakukan tindakan penanggulangan dan perbaikan, hentikan pembangkit jika dirasa perlu d. Menghentikan pembangkit 147
Untuk mencegah kondisi yang berbahaya bagi peralatan pembangkit dan konsumen, diperlukan prosedur penghentian pembangkit yang benar. Kondisi berbahaya dapat berupa pelepasan beban secara tiba-tiba yang mengakibatkan overspeed pada turbin dan generator. Berikut prosedur penghentian pembangkit: tempatkan semua circuit breaker beban pada posisi OFF lampu pilot pada panel akan padam arus beban (ampere meter) menunjukan angka nol arus ke ballast load akan naik sesuai kapasitas nominal pembangkit pada panel switch gear tekan tombol PUSH BUTTON OFF, maka kontaktor akan lepas tutup guide vane turbin pelan-pelan sampai pada posisi close maksimum tutup katup masukan utama turbin tutup kembali pintu air intake dan buka pintu air penguras. Hal ini dilakukan terutama jika pembangkit akan dihentikan cukup lama atau saluran air (sungai) akan digunakan untuk keperluan lain, seperti irigasi dan keperluan rumah tangga Operasional darurat Selama keadaan tertentu, operasional pembangkit harus dilakukan dengan teliti dan hati-hati atau bahkan harus dihentikan untuk sementara waktu. Adapun keadaan darurat dapat berupa; Banjir Hampir semua pembangkit mikro hidro pada kebanyakan lokasi dapat dioperasikan pada keadaan banjir. Bagaimanapun pada saat banjir dimana banyak lumpur dan sampah yang terbawa mungkin dapat masuk kedalam saluran. Maka sebaiknya pembangkit dihentikan sementara waktu dengan menutup pintu masuk intake. Setelah banjir mereda, operator harus mengecek kondisi saluran, pintu air dan membersihkan sampah dan lumpur yang masuk ke saringan dan saluran pembawa. Gempa bumi Gempa bumi dapat mempengaruhi hampir semua komponen pembangkit. Dari mulai struktur sipil, elektro mekanik dan jaringan transmisi. Oleh karena itu setelah terjadi gempa bumi operator harus melakukan tindakan berikut ini : tutup pintu utama intake menuju saluran periksa kemungkinan kerusakan pada struktur sipil dari retak, longsor, bocor dan kerusakan lainnya, segera perbaiki jika ada kerusakan! periksa alignment (kesejajaran) shaft turbin dan generator dari kemungkinan pergeseran periksa baut-baut dari kemungkinan longgar periksa peralatan listrik dari kemungkinan kerusakan periksa tiang listrik dan kabel dari kemungkinan roboh atau miring lakukan perbaikan dan penanggulangan jika dianggap perlu dan dapat mengganggu operasional pembangkit Kekurangan air Turbin air dirancang untuk dapat beroperasi pada daerah range debit tertentu. Debit minimum yang dijinkan untuk operasional turbin telah ditentukan sehingga turbin masih dapat beroperasi dengan baik. Pada tahap perencanaan seharusnya telah ditetapkan debit minimum air yang tersedia sepanjang tahun (musim kemarau), dimana dijadikan sebagai acuan dalam perencanaan dan pemilihan turbin dan 148
komponen lainnya. Bagaimanapun jika pada keadaan dimana air yang tersedia sangat kurang dan melebihi batas minimum yang diijinkan, sebaiknya operator menghentikan operasi pembangkit. Karena operasional terus menerus pada kondisi tersebut efisiensi trubin akan jatuh dan bahkan dapat merusak turbin. Kecelakaan Jika terjadi kecelakaan selama operasional pembangkit, misalnya ada bagian yang lepas atau konsleting listrik dll. Operator sebaiknya segera menghentikan pembangkit. Langkah-langkah yang dapat dilakukan diantaranya adalah: hentikan pembangkit dengan segera berikan bantuan atau pertolongan jika kecelakaan menimpa orang laporkan kejadian kepada orang yang bersangkutan (ketua, lurah,dll) selidiki penyebab kecelakaan dengan teliti kembali operasikan pembangkit jika operator dapat menangani dan memperbaiki penyebab kecelakaan dan kerusakan hubungi pembuat peralatan jika operator tidak dapat menemukan dan memperbaiki kerusakan, minta petunjuk dan jika tidak yakin minta mereka untuk memperbaikinya. Perawatan Dalam operasional sebuah PLTMH sangat perlu untuk diketahui mengenai hal-hal dasar yang terkait dengan tata cara pengoperasian, perawatan dan perbaikan sistem secara menyeluruh. Hal ini diperlukan untuk dapat mengatasi masalah yang mungkin timbul serta perawatan sistem PLTMH secara mandiri oleh operator yang ditugaskan maupun masyarakat secara umum sebagai pengguna. Adapun hal-hal pokok yang perlu diperhatikan dalam opersional dan perawatan sebuah PLTMH adalah sebagai berikut : Bangunan Sipil Bangunan sipil mempunyai beberapa bagian penting yang perlu diperhatikan pemeliharaannya untuk memastikan lancarnya operasional dan kesinambungan suplai air ke pembangkit. Adapun bagian-bagian penting yang perlu diperhatikan adalah : Bendungan dan intake Periksa sisi bendungan dan intake dari gerusan air, terutama pada musim hujan untuk menghindari kebocoran dan retaknya bendungan Pastikan level permukaan air dalam kondisi yang aman (tidak berlebihan ataupun kurang terisi) Tambahkan pelumas pada roda gigi dan ulir pintu air sebulan sekali Gunakan kunci pengaman pada pemutar pintu air jika sedang tidak digunakan untuk mencegah orang yang iseng. Kuras bendungan 1-2 bulan sekali untuk menghindari penumpukan sedimen dan kotoran. bersihkan sampah dan kotoran yang menyumbat saringan untuk memperlancar jalan masuk air secara rutin (minimal 1 hari sekali) lakukan pengurasan intake untuk menghindari terjadinya penumpukan sedimen dan penyumbatan Bak pengendap pasir
149
dalam bak pengendap terjadi perlambatan laju air sehingga partikel-partikel dengan ukuran kecil akan mengalami pengendapan didasar kolam sehingga sangat penting untuk melakukan pengurasan secara teratur, untuk menghindari pendangkalan dan penumpukan sedimen yang nantinya dapat menghambat aliran air dan merusak turbin jika sampai masuk pipa pesat.
Gambar 2. 98 pengurasan saluran pengendap pasir (sandtrap)
Saluran pembawa Pemeriksaan akan terjadinya kebocoran sepanjang saluran pembawa Periksa kondisi tanah disekitar saluran pembawa dari kemungkinan longsor terutama pada musim hujan Pembersihan saluran dari rumput dan tumbuhan yang menghalangi laju aliran air sepanjang saluran Lakukan penyemenan ulang jika ditemukan kebocoran dan keretakan pada badan saluran Bak penenang Periksa level permukaan air dalam kondisi yang aman (tidak melebihi batas minimum dan maksimum yang diperbolehkan) Pastikan tidak ada sampah dan kotoran dalam bak penenang yang dapat terbawa masuk kedalam pipa pesat dan turbin Bersihkan saringan secara rutin Periksa akan adanya kebocoran dan keretakan pada bak penenang. segera lakukan perbaikan jika diperlukan! Bersihkan bak penenang secara berkala, terutama untuk menghindari penumpukan sedimen didasar kolam Pipa Pesat (Penstock) Periksa penstock akan kemungkinan terjadinya kebocoran pada sambungan maupun maupun pada badan pipa Periksa baut dan sekrup pada sambungan dan dudukan penstock (anchor) untuk menghindari kelonggaran dan pergeseran posisi Periksa kondisi tanah, pastikan tidak terjadi longsor atau pergerakan disekitar penstock dan dudukannya Lakukan pengecatan pada penstock paling lama tiga tahun untuk menghindari kerusakan akibat perkaratan 150
Rumah pembangkit Bersihkan lantai dan dinding power house dari sampah dan kotoran minimal setiap hari Bersihkan peralatan dan perlengkapan dalam power house seperti turbin, generator, dan panel.(hatai-hati jangan menyentuh bagian yang ada tegangan!!!matikan pembangkit jika perlu) Periksa tebing sekitar dan potong rumput sekitar power house Periksa saluran pembuangan turbin (tailrace) bersihkan jika ada lumpur dan sampah Periksa atap power house dari kebocoran, terutama pada musim hujan dimana air dapat berbahaya jika membasahi panel dan peralatan listrik lainnya. Turbin dan Kelengkapannya pada turbin terjadi perubahan energi, dimana air bertekanan tinggi menumbuk sudusudu turbin dan merubahnya menjadi energi mekanik (putaran). Turbin dan kelengkapannya harus dijaga dan dirawat untuk dapat menjamin kelancaran operasional PLTMH. Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan antara lain adalah : Periksa mur dan baut yang ada pada turbin! Pastikan dalam keadaan kencang Berikan pelumas/grease secara teratur (2-3 minggu sekali) pada bagian-bagian yang berputar dan ulir, terutama bearing dan guide vane dengan spesifikasi yang dianjurkan oleh pembuat/manufaktur Cek dan bersihkan bagian dalam turbin secara berkala 3-6 bulan sekali. Pastikan tidak ada benda padat yang masuk ke dalam turbin. Bersihkan bagian luar turbin dari kotoran dan air untuk mencegah perkaratan Periksa kondisi bagian-bagian turbin apakah terjadi pemanasan berlebihan, posisi yang janggal atau suara bising yang berlebihan. Periksa baut pengunci pulley (transmisi mekanik) kencangkan jika terasa longgar, jaga belt agar tidak terkena grease atau air Kontrol tingkat ketegangan belt tiga bulan sekali, kencangkan atau kembalikan kekondisi semula jika kendor. Belt yang terlalu kendor akan menyebabkan slip dan belt yang terlalu kencang akan menyebabkan bearing generator cepat rusak Generator Generator merupakan alat yang merubah energi mekanik putaran dari turbin menjadi energi listrik. Generator dapat dihubungkan langsung dengan turbin atau melalui perantara sabuk transmisi (belt). Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemeliharaan generator adalah sebagai berikut : Periksa baut dan mur, pastikan dalam keadaan kencang Kontrol generator setiap hari untuk tingkat pemanasan yang berlebihan. Badan generator boleh hangat, tetapi jika telapak tangan tidak dapat diletakan dengan santai diatas permukaan hal itu sudah di luar kewajaran. Periksa akan adanya kebisingan, getaran yang berlebihan dari generator dan bau yang tidak normal Bersihkan ventilasi dan kipas generator dari kotoran dan debu (pada saat sistem berhenti) Periksa tingkat ketegangan sabuk transmisi (belt), kencangkan jika terasa kendor dengan menggeser posisi roda gila
151
Generator menghasilkan tegangan dan arus listrik yang berbahaya bagi keselamatan manusia. Jangan menyentuh atau mengubah hubungan listrik pada saat generator bekerja! Panel kontrol dan Switch Kontrol elektrik merupakan bagian yang mengontrol energi listrik dari generator dan beban untuk memastikan bahwa listrik tersebut memenuhi standar yang diharapkan (tegangan, frekuensi arus, dll) serta mendistribusikannya dengan aman ke konsumen melalui kabel transmisi dan distribusi. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam menangani dan merawat kontrol elektrik ini adalah sebagai berikut : Pada saat pemeriksaan pastikan pembangkit dalam keadaan berhenti Periksa sambungan dan ikatan kabel, kencangkan bila longgar dan perbaiki/ganti jika terjadi kerusakan Bersihkan panel dari kotoran dan debu. Pastikan tidak ada air yang dapat masuk kedalam rangkaian panel Bersihkan tangki ballast, pastikan air tersedia dengan cukup Kontrol kabel pentanahan apakah masih tersambung dengan baik pada kotak metal, badan generator, penstok dan komponen logam lainnya. Jaringan transmisi dan distribusi Jaringan transmisi dan distribusi digunakan untuk menghantarkan energi listrik ke konsumen yang biasanya pada tegangan rendah (220/380 V). Jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari empat kabel, 1 netral dan 3 line yang masing mempunyai tegangan sama (jika beban seimbang). Hal-hal yang dapat dilakukan untuk memelihara jaringan distribusi adalah : Pemeriksaan sepanjang jaringan dari gangguan yang diakibatkan oleh tumbuhan. Seperti pohon roboh dan ranting yang menghalangi jaringan distribusi terutama jika menggunakan kabel telanjang. Periksa kerusakan yang mungkin terjadi pada tiang penyangga kabel akan adanya kemungkinan roboh, keropos dll. Periksa kabel-kabel penghantar terhadap kemungkinan kendor atau putus. Ganti jika dianggap perlu dengan jenis yang sama Kontrol secara berkala sambungan keperumahan/konsumen. Pastikan masih bagus, tidak ada pencurian daya dan instalasi ilegal.
152
Pengenalan dan penanggulangan gangguan Peralatan Mekanik Tabel 2. 16Pengenalan dan penanggulangan gangguan No Gangguan/Kerusakan 1 Turbin tidak berputar atau kecepatannya rendah
2
Kecepatan turbin tinggi
3
Suara atau getaran berlebihan dari dalam turbin Putaran pulley seimbang
4
tidak
Putaran turbin dan generator tidak stabil (menyentak nyentak) atau belt berbunyi lebih keras dari biasanya
Penyebab Pintu air terbuka bagian berputar bebas
Penanggulangan tidak Buka pintu air
yang Periksa apakah ada tidak penghalang yang membebani putaran lepaskan/longgarkan jika ada. Tidak cukup air Kontrol pressure gauge dan intake!Bersihkan jika ada sampah atau penghalang tambah air yang masuk ke intake Kelebihan beban Baca meter beban dan hitung beban terpasang kurangi pemakaian beban Kontroller tidak Kontrol switch di dalam dihidupkan kotak panel, hidupkan jika sehingga generator mati (On) cek tegangan tidak memiliki pada panel beban Beberapa elemen Cek dengan multimeter diballast terbakar dan ganti elemen atau sekering yang rusak Sekring ballast Cek dengan multimeter, dikotak panel putus ganti jika perlu! Dudukan leher Kencangkan baut pada turbin dudukannya terlepas/longgar leher sudah aus Baut pada Kencangkan mur dan chasis/base frame baut ada yang longgar Turbin terhambat Bersihkan bagian dalam kotoran turbin dan periksa saringan pada bak penenang Baut penarik belt Kencangkan pulley dan longgar cek kelurusannya dengan Terjadi pergeseran benang dan kencangkan baut yang pada dudukan kembali longgar turbin atau generator Baut pada dudukan 153
5
6
7
8
longgar Temperatur bearing Stempet/pelumasan Beri tambahan melebihi biasanya kurang stempet/pelumas (tidak tahan dipegang secukupnya oleh tangan) Banyak Buka rumah bearing, kotoran/stempet buang stempet lama yang lama,bersihkan dengan menumpuk pada minyak tanah dan isi bearing dengan stempet baru Leher poros generator Dudukan laher Kontrol kedudukan baut pulley terlalu panas terlepas dan kencangkan Suara atau getaran Laher sudah aus ganti laher dari laher turbin Tegangan flat belt Kendurkan tegangan flat terlalu kencang belt Pada rumah bearing Baut penjebak air Buka runner turbin, keluar air terlepas kencangkan/ganti baut yang longgar "O" ring penjebak air rusak Getaran/bunyi coupling Baut coupling Matikan pembangkit dan melebihi biasanya lepas/longgar kencangkan baut yang longgar Karet fleksible bearing rusak Ganti dengan yang baru
Peralatan elektrikal Dalam hal ini diasumsikan bahwa pembangkit menggunakan peralatan load controller (ELC atau IGC) Tabel 2. 17 Penyebab dan Penanggulangan peralatan elektrikal No Gangguan/Kerusakan Penyebab Penanggulangan 1 Saat dinyalakan Fuse gelas ada Segera matikan pembangkit. lampu fuse ada yang yang putus Ganti fuse gelas dengan yang menyala sesuai dan cek wiring dari short circuit 2 Saat dinyalakan tidak AVR rusak Ganti AVR dengan tipe yang keluar tegangan sama V-PH tetap pada nol Jalur generator Lakukan test resistansi untuk Suara generator ada yang masing-masing fasa dan fasa terdengar lebih keras konslet netral pada jalur generator 3 Saat dinyalakan Ballast/HRC Matikan pembangkit, test Ampere ballast tidak fuse resistansi pada HRC fuse mau naik konslet/putus ganti jika rusak Freq. lebih dari 52 Hz ELC perlu Jalankan turbin lebih cepat waktu untuk tegangan 220-230 V, tahan start 30 detik 4 Saat dinyalakan Module Matikan pembangkit. 148
5
6
7
8
9
control tidak berfungsi controller Freq >53 Hz (mainboard) V-PH > 230 V rusak atau kabel pada mainboard kendor Saat dinyalakan Lampu PL lampu PL ready tidak ready putus menyala, f = 50 Hz dan tegangan 230 V Saat dinyalakan Kabel PUSH lampu PL ready BUTTON menyala, tetapi kendor/putus kontaktor tidak mau Coil kontaktor dinyalakan putus Saat dinyalakan Beban kontrol dan kontaktor konsumen normal, saat MCB terlalu banyak beban dinyalakan Daya turbin kontaktor selalu tidak maksimal lepas Konslet di jaringan Saat dinyalakan kontrol dan kontaktor normal, saat MCB beban dinyalakan MCB selalu jatuh kontaktor tidak lepas Saat pembangkit dinyalakan, beban konsumen padam
Konslet jaringan
11
Matikan pembangkit. Periksa resistansi lampu, ganti dengan lampu baru Matikan pembangkit, kencangkan baut yang kendor Ukur resistansi coil, ganti coil jika rusak Matikan pembangkit, kurangi/tertibkan beban dikonsumen
Tambah bukaan katup turbin Lakukan pengukuran resisitansi masing2 fasa dan fasa netral. Temukan konslet sebelum dinyalakan kembali Matikan pembangkit. Lakukan pengukuran resisitansi di masing2 fasa dan fasa netral. Temukan konslet sebelum dinyalakan kembali
Terjadi overvoltage MCB AVR jatuh pada posisi OFF. Turbin runaway speed
Ballast konslet
10
Kencangkan baut pada mainboard, jika kesulitan hubungi manufakturer
Matikan pembangkit. Tutup katup turbin. ON kan kembali MCB AVR, nyalakan pembangkit
Matikan pembangkit. Test resistansi ballast. Catat jumlah dan daya ballast yang konslet. Ganti dengan ballast baru
Kotak panel kontrol Ventilasi (IGC/ELC) panas terhalangi Buka dan bersihkan Kipas tidak berfungsi perbaiki/ganti Arus pada ballast Periksa sambungan pada tidak seimbang SCR mati modul control, kencangkan sebelah konektor gate SCR
149
Komponen pemanas pada ballast terbakar Modul kontrol rusak Beban tidak seimbang
Ukur dengan multimeter dan ganti Hubungi pembuat untuk diganti Periksa ampere meter R,S,T pada panel
Jadwal Pemeliharaan dan Inspeksi Pemeliharaan dan pemeriksaan fasilitas pembangkit dilakukan secara berkala. Untuk bagian-bagian yang sensitive sebaiknya dilakukan setiap hari, sedangkan bagian yang dianggap tahan lama pemeliharaan dan pemeriksaan dapat dilakukan setiap satu minggu, satu bulan, enam bulanan dan tahunan tergantung diperlukan. Setiap hasil pemeriksaan dan perbaikan harus dicatat dalam buku pencatatan. Hal ini sangat penting untuk mengevaluasi dan keperluan pemantauan. Berikut diberikan format pengisian pencatatn untuk komponen sipil dan elektrikal, sedangkan untuk bagian mekanikal pekerjaan pemeliharaan dianggap lebih jarang dan dalam waktu yang relative lama. Form Inspeksi mingguan bangunan sipil
150
Gambar 2. 99 Form Inspeksi mingguan bangunan sipil
Tabel 2. 18 Turbin dan kelengkapannya Tanggal
Jenis pekerjaan
Keterangan
Komponen elektrikal
151
Buku catatan (log book) Logbook merupakan bagian penting dari kegiatan operasi dan perawatan. Logbook adalah catatan sejarah kondisi pembangkit. Dengan logbook kita dapat memonitor operasi sehari-hari, proses perawatan, gangguan yang kadang-kadang muncul dan pengalaman dalam mengatasi gangguan yang timbul. Logbook harus diisi oleh operator pada kegiatan operasional sehari-hari, pada saat melakukan perawatan, mengatasi gangguan, maupun mengganti parts yang rusak. Setiap akhir bulan operator harus mencatat jam total opersional yang dihasilkan oleh pembangkit. Pada saat mengganti parts yang rusak hour meter harus dicatat juga sebagai informasi dari life time parts. Part yang terdeteksi bekerja secara tidak baik atau tidak semestinya, harus segera diganti. Jangan menunggu sampai rusak atau hancur total. Part yang bekerja tidak normal dapat menyebabkan kerusakan yang lebih parah terhadap part-part lainnya. Apabila persediaan parts sudah habis harap segera dipesan parts yang baru. Jangan menunggu sampai pembangkit harus diberhentikan total.
152
Tabel 2. 19 contoh log book harian pembangkit TGL
KONDIS hr I
Freq Volt Curr Cos P kWh [Hz] [V] [A] phi [Kw]
OPR
TTD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
153
23 24 25 26 27 28 29 30 31 KUMULATIF AKHIR BULAN Catatan:
154
c. Rangkuman PLTMH dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik dalam bentuk arus bolak balik (AC) maupun arus searah (DC) hal ini tergantung pada jenis generator yang digunakan. Masing masing sistem AC/DC memiliki keuntungan dan kelemahan masing masing yang memelukan pertimbangan dalam tahap perencanaan, apakah akan menggunakan sistem AC atau DC. Operator harus menjaga operasional dari komponen pembangkit dalam kondisi yang baik dan aman. Operator berperan dalam menjaga kualitas listrik yang dihasilkan pembangkit masih dalam batasan yang ditetapkan (frekuensi dan tegangan).
Tugas Jelaskan hal – hal yang sebaiknya diselesaikan sebelum dimulainya sebuah proyek pembangunan PLTMH Jelaskan tahap tahap pengoperasian PLTMH Apakah peran operator selama PLTMH beroperasi Jelaskan perawatan dan pemeliharaan yang harus dilakukan untuk jaringan transmisi dan distribusi Jelaskan penyebab dan penanggulangannya jika “Putaran turbin dan generator tidak stabil (menyentak nyentak) atau belt berbunyi lebih keras dari biasanya”
157
DAFTAR PUSTAKA Anthony Derrick dkk, Solar Photovoltaik Product. Swedia, 1991 B.K Smith, J.E, Fundamentals of Electrial Control, McGrawHill Book Company, Sydney, 1997 Golding Widdis, Electrical Measurements and Measuring Instruments, Wheelers Publishing, Alahabad, 1999. Gupta. J. B, Electrical Power, Katson Publishing House, Ludhiana, 1991 Narang. K. L, Electrical Technology, Satya Prakashan Publications, New Delhi, 1989 Tatang Sukendar, Pengoperasian Sistem Pembangkitan, PPPTK BMTI Bandung, 2008 Tim R & S, Sistim Pembangkitan Listrik tenaga Surya, PT R & S, Jakarta, 2002 Uppal. S.L, A Course in Electrical Power, Khanna Publisher, New Delhi, 1990 Yoeda Effendi, Penggunaan PLTS, LSDE BPPT, Jakarta, 2001
158
