TUGAS AKHIR
STUDI PEMBANGUNAN PLTA SKALA PIKO PADA SALURAN IRIGASI UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK RUMAH
TANGGA DI JORONG TANJUNG LANGSEK KEC. LINTAU BUO UTARA KAB. TANAH DATAR
O L E H
HAFIZ KURNIAWAN NIM : 040402054
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Salah satu energi alternatif yang telah ditemukan dan sedang banyak diteliti adalah air. Pemanfaatan energi air sebagai sumber tenaga pembangkit listrik telah direspon oleh berbagai negara di dunia, termasuk di Indonesia. Salah satu penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya adalah penelitian tentang pembangkit listrik tenaga air skala piko untuk pemenuhan kebutuhan listrik rumah tangga.
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur hanya milik Rabb sekalian alam Allah Subhanahuwa Ta’ala yang telah memberikan kemampuan dan kesabaran dalam menyelesaikan tugas akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan alam Nabi Muhammad SAW.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun jutul Tugas Akhir ini adalah :
STUDI PEMBANGUNAN PLTA SKALA PIKO PADA SALURAN IRIGASI UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK RUMAH
TANGGA DI JORONG TANJUNG LANGSEK KEC. LINTAU BUO UTARA KAB. TANAH DATAR
Selama masa perkuliahan sampai menyelesaiakan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ayahanda dan Ibunda tersayang, adik, uni dan uda serta keponakan tercinta yang senantiasa memberikan semangat, do’a dan dukungannya selama ini.
3. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar, selaku dosen wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingannya selama perkuliahan.
4. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai selaku pelaksana harian Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 5. Om Masri, Oneh, Kak Lia, Bang Roy, Kak Ira dan Rabbani yang telah
memberikan doa, motivasi serta pengalaman kepada penulis.
6. Seluruh sanak famili yang ada di Depok, Bandung, Lintau dan Medan yang telah memberikan bantuan dan doa kepada penulis.
7. Om Sahril dan Tante Al dan seluruh keluarga yang telah memberikan bantuan serta motivasi kepada penulis.
8. Asep, Sidik yang sudah menemani penulis selama proses pengambilan data.
9. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh Pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas bantuan administrasinya.
10.Silvia Jesika, SE yang telah menemani dan memberikan dorongan semangat kepada penulis.
12.Teman-teman kost pimpinan no. 135 yang selalu berbagi canda dan tawa bersama penulis.
13.Seluruh abang senior dan adik junior yang telah berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.
14.Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhir kata penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan semua pihak yang membutuhkannya.
Medan, 16 Desember 2010 Penulis,
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Metode Penulisan ... 3
1.5. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SKALA PIKO ... 6
2.1. Pengertian PLTA Skala Piko ... 6
2.2. Prinsip Pembangkitan Tenaga Air ... 7
2.3. Prinsip Pembangkitan Listrik Tenaga Air Skala Piko ... 8
2.4. Komponen - komponen PLTA Skala Piko... 10
2.4.1. Bendungan (Weir) dan Intake ... 10
2.4.2. Saluran Pembawa (Head Race) ... 10
2.4.3. Pipa Pesat (Penstock) ... 11
2.4.4. Pintu Saluran Pembuangan ... 11
2.4.5. Kolam Penenang (Forebay Tank) ... 11
2.4.6. Pintu Pengatur ... 11
2.4.7. Rumah Pembangkit (Power House) ... 12
2.4.8. Saluran Buang (Tail Race) ... 12
2.4.9. Turbin Air ... 12
2.4.10. Generator Sinkron ... 22
2.4.11. Jaringan Distribusi ... 29
BAB III PEMBANGUNAN PLTA SKALA PIKO DI JORONG TANJUNG LANGSEK ... 32
3.1. Profil Jorong Tanjung Langsek ... 32
3.1.2. Potensi Pendukung ... 32
3.1.3. Kondisi Elektrifikasi ... 33
3.2. PLTA Skala Piko Di Jorong Tanjung Langsek ... 33
3.2.1. Spesifikasi Teknis PLTA Skala Piko ... 34
3.2.2. Pembangunan PLTA Skala Piko ... 36
3.2.3. Pemasangan Komponen PLTA Skala Piko ... 46
3.3. Pengelolaan PLTA Skala Piko Tanjung Langsek ………53
3.3.1. Pengelola PLTA Skala Piko Tanjung Langsek ...………..53
3.3.2. Tarif Listrik PLTA Skala Piko Tanjung Langsek ……….53
BAB IV ANALISA DAYA LISTRIK PLTA SKALA PIKO DI JORONG TANJUNG LANGSEK ... 55
4.1. Daya Yang Terbangkit Dari PLTA Skala Piko ... 55
4.2. Beban Yang Terpasang Pada PLTA Skala Piko Jorong Tanjung Langsek ... 56
4.3. Analisa Rugi-Rugi Pada Saluran Distribusi PLTA Skala Piko ... 58
4.3.1. Rugi-Rugi Daya Pada Saluran Distribusi PLTA Skala Piko Tanjung Langsek ... 60
4.3.2 Tegangan Jatuh Pada Saluran Distribusi PLTA Skala Piko Tanjung Langsek ... 65
BAB V PENUTUP ... 72
5.1. Kesimpulan... 72
5.2. Saran ... 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses PLTA skala piko ... 8
Gambar 2.2 Turbin pelton…... .... 14
Gambar 2.3 Turbin turgo... 15
Gambar 2.4 Turbin crossflow ... 16
Gambar 2.5 Sketsa turbin francis... 17
Gambar 2.6 Turbin kaplan ... 18
Gambar 2.7 Diagram aplikasi berbagai jenis turbin (head vs debit) ... 22
Gambar 2.8 Rotor kutub menonjol ... 25
Gambar 2.9 Rotor kutub silinder ... 26
Gambar 3.1 Bendungan (Weir) dan Intake ... 37
Gambar 3.2 Saluran pembawa (trail race) ... 38
Gambar 3.3 Bak penenang (forebay tank) ... 39
Gambar 3.4 Trash rack dan Saluran pelimpah (spill way) ... 39
Gambar 3.5 Pondasi draftube ... 40
Gambar 3.6 Pipa pesat (penstock) ... 41
Gambar 3.7 Sketsa rumah pembangkit ... 42
Gambar 3.8 Rumah pembangkit ... 43
Gambar 3.9 Saluran pembuangan ... 44
Gambar 3.10 Tiang jaringan ... 45
Gambar 3.11 Konstruksi pipa pesat PLTA skala piko ... 46
Gambar 3.12 Runner turbin crossflow ... 47
Gambar 3.13 Konstruksi turbin ... 48
Gambar 3.15 Turbin pada PLTA skala piko ... 49
Gambar 3.16 Generator pada PLTA skala piko ... 50
Gambar 3.17 Panel kontrol PLTA skala piko ... 51
Gambar 3.18 Sistem transmisi pulley ... 51
Gambar 3.19 Pulley turbin dan generator ... 52
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Pengelompokan turbin ... 13
Tabel 2.2 Daerah operasi turbin ... 19
Tabel 2.3 Kecepatan spesifik beberapa turbin ... 21
Tabel 3.1 Data pipa pesat ... 46
ABSTRAK
Salah satu energi alternatif yang telah ditemukan dan sedang banyak diteliti adalah air. Pemanfaatan energi air sebagai sumber tenaga pembangkit listrik telah direspon oleh berbagai negara di dunia, termasuk di Indonesia. Salah satu penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya adalah penelitian tentang pembangkit listrik tenaga air skala piko untuk pemenuhan kebutuhan listrik rumah tangga.
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam usaha meningkatkan mutu kehidupan dan pertumbuhan ekonomi pedesaan, energi listrik memiliki peranan yang sangat penting. Ketersediaan energi listrik di pedesaan sebagai salah satu bentuk energi yang siap pakai, selain untuk penerangan tentu saja akan mendorong peningkatan sarana pendidikan, kesehatan dan keamanan lingkungan serta dapat meningkatkan penyediaan lapangan kerja baru.
Daerah pedesaan terpencil yang sebagian besar belum terjangkau jaringan Perusahaan Listrik Nasional (PLN) merupakan suatu masalah bagi pembangunan dan pengembangan masyarakat pedesaan. Kebutuhan energi masyarakat pedesaan terpencil untuk memasak, penerangan, dll umumnya berasal dari energi yang tidak dapat diperbaharui (seperti minyak). Adapun peralatan elektronik seperti radio, televisi dipenuhi dengan menggunakan baterai atau aki yang dalam jangka waktu tertentu harus diisi ulang (recharge). Umumnya daerah pedesaan terpencil yang terletak pada daerah pegunungan mempunyai potensi energi air yang besar, sehingga pembangkit listrik tenaga air skala piko merupakan salah satu sumber energi yang dapat dikembangkan.
terjangkau oleh jaringan listrik PLN karena terletak di daerah dataran tinggi. Sehingga dengan memanfaatkan saluran irigasi tersebut diharapkan dapat memenuhi kebutuhan daya listrik di Jorong Tanjung Langsek. Jorong Tanjung Langsek memanfaatkan energi air tersebut hanya sebagai pengairan saja, sehingga perlu dilakukan pemanfaatan energi air untuk dapat menghasilkan energi listrik. Dengan demikian diharapkan dapat meningkatkan taraf hidup dan sumber daya masyarakat agar tidak tertinggal dengan daerah-daerah lainnya yang sudah dialiri jaringan listrik PLN.
1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui komponen-komponen pembangkit listrik yang ada pada pembangkit listrik tenaga air skala piko di Jorong Tanjung Langsek. 2. Mengetahui daya terbangkit, beban terpasang dan rugi-rugi distribusi
pada PLTA skala piko Jorong Tanjung Langsek.
Manfaat penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Memberikan informasi secara umum kepada penulis maupun pembaca tentang komponen-komponen pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala piko.
1.3. Batasan Masalah
Untuk menjaga agar pembahasan materi dalam tugas akhir ini lebih terarah dan maksimal, maka penulis membuat suatu batasan masalah sebagai berikut :
1. Membahas secara umum tentang komponen utama pembangkit listrik tenaga air skala piko seperti : bangunan sipil, turbin, generator dan saluran distribusi.
2. Membahas daya terbangkit, beban yang terpasang dan rugi-rugi distribusi PLTA skala piko Jorong Tanjung Langsek.
1.4. Metode Penulisan
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.
2. Studi lapangan yaitu dengan observasi, tanya jawab dan dokumentasi pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala piko di Jorong Tanjung Langsek.
1.5. Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini membahas tentang pengertian, komponen-komponen pembangkit listrik tenaga air skala piko dan konversi energi potensial air menjadi energi listrik.
BAB III PEMBANGUNAN PLTA SKALA PIKO DI JORONG TANJUNG LANGSEK
Bab ini membahas tentang profil Jorong Tanjung Langsek, pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala piko meliputi spesifikasi teknis, desain teknis PLTA skala piko, jaringan distribusi listrik dari PLTA skala piko tersebut.
BAB IV ANALISA DAYA LISTRIK PLTA SKALA PIKO DI JORONG TANJUNG LANGSEK
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SKALA PIKO
2.1. Pengertian PLTA Skala Piko
Berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air dibedakan atas :
1. Large-hydro : lebih dari 100 MW 2. Medium-hydro: antara 15 – 100 MW 3. Small-hydro : antara 1 – 15 MW
4. Mini-hydro : Daya diatas 100 kW, tetapi dibawah 1 MW 5. Micro-hydro: antara 5kW – 100 kW
6. Pico-hydro : daya yang dikeluarkan 5kW
Pembangkit listrik tenaga air skala piko merupakan pembangkit listrik yang menghasilkan keluaran daya listrik tidak lebih dari 5 kW. Pembangkit ini memiliki beberapa keunggulan, seperti :
1. Biaya pembuatannya relatif murah.
2. Bahan-bahan pembuatannya mudah ditemukan di pasaran. 3. Ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan bakar fosil. 4. Pembangunannya dapat dipadukan dengan pembangunan jaringan
irigasi.
6. Tidak membutuhkan perawatan yang rumit dan dapat digunakan cukup lama.
7. Ukurannya yang kecil, cocok digunakan untuk daerah pedesaan yang belum terjangkau jaringan aliran listrik PLN.
2.2. Prinsip Pembangkitan Tenaga Air
Pembangkitan tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator.
Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut :
P = ρ.Q.h.g (2.1)
Dimana :
P = daya keluaran secara teoritis (watt) ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
Q = debit air (m3/s)
h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s2)
2.3. Prinsip Pembangkitan Listrik Tenaga Air Skala Piko
Pembangkit listrik tenaga air skala piko pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan generator menghasilkan listrik.
Gambar 2.1 merupakan proses pembangkitan listrik tenaga air skala piko.
Gambar 2.1 Proses PLTA skala piko
yang akan masuk ke dalam pipa pesat. Pipa pesat (penstock) ini akan mengalirkan air ke rumah pembangkit (power house) yang terdapat turbin dan generator di dalamnya. Besar volume air yang masuk ke pipa pesat diatur melalui pintu pengatur.
Turbin pada proses pembangkitan listrik ini berputar karena adanya pengaruh energi potensial air yang mengalir dari pipa pesat dan mengenai sudu-sudu turbin. Berputarnya turbin kemudian akan mengakibatkan generator juga berputar sehingga generator dapat menghasilkan listrik sebagai keluarannya.
Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :
Pin turbin = ρ.Q.h.g (2.2)
Sedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut :
Pout turbin = ρ × Q × h × g × ηturbin (2.3)
Sehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah sebagai berikut :
Preal = ρ × Q × h × g × ηturbin × ηgenerator ×ηtm (2.4)
Dimana :
Pin turbin = daya masukan ke turbin (kW)
Pout turbin = daya keluaran dari turbin (kW)
Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (kW)
h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s2)
2.4. Komponen - komponen PLTA Skala Piko
Komponen PLTA skala piko sama dengan komponen pada PLTA mikrohidro, yang secara umum terdiri dari :
2.4.1. Bendungan (Weir) dan Intake
Pada umumnya instalasi PLTA skala piko merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai atau saluran irigasi langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dapat berupa bendungan (weir) yang melintang sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari.
2.4.2. Saluran Pembawa (Head Race)
Saluran pembawa berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke bak penenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria:
Nilai ekonomis yang tinggi
Efisiensi fungsi
Aman terhadap tinjauan teknis
Mudah pengerjaannya
Struktur bangunan yang memadai
Kehilangan tinggi tekan (head losses) yang kecil
2.4.3. Pipa Pesat (Penstock)
Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination point). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugi-rugi (fiction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi.
2.4.4. Pintu Saluran Pembuangan
Pintu saluran pembuangan ini berfungsi untuk membuang air apabila terjadi kelebihan volume air pada saluran pembawa.
2.4.5. Kolam Penenang (Forebay Tank)
Kolam penenang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali air agar kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu kolam penenang ini juga berfungsi untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke dalam pipa pesat.
2.4.6. Pintu Pengatur
2.4.7. Rumah Pembangkit (Power House)
Pada rumah pembangkit ini terdapat turbin, generator dan perlatan lainnya. Bangunan ini menyerupai rumah dan diberi atap untuk melindungi peralatan dari hujan dan gangguan-gangguan lainnya.
2.4.8. Saluran Buang (Tail Race)
Saluran buang berfungsi mengalirkan air keluar setelah memutar turbin.
2.4.9. Turbin Air
Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik.
• Pengelompokkan Turbin
Tabel 2.1 Pengelompokan turbin
Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah sama dengan turbin tekanan karena aliran air yang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
1.1 Turbin Pelton
disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi. Gambar 2.2 merupakan bentuk dari turbin pelton.
1.2 Turbin Turgo
Turbin turgo dapat beroperasi pada head 30 m s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Pada Gambar 2.3 menunjukkan bentuk turbin turgo.
Gambar 2.3 Turbin Turgo
1.3 Turbin Crossflow
sekarang masih bertahan dan merupakan produsen turbin crossflow yang terkemuka di dunia.
Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 liter/s hingga 10 m3/s dan head antara 1 m s/d 200 m. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Gambar 2.4 merupakan bentuk turbin crossflow.
Gambar 2.4 Turbin crossflow
2. Turbin Reaksi
turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
2.1. Turbin Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Gambar 2.5 menunjukkan sketsa dari turbin francais.
2.2 Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Gambar 2.6 merupakan bentuk dari turbin Kaplan.
Gambar 2.6 Turbin kaplan
• Pemilihan Turbin
Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerah operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih mendalam. Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller dikelompokkan menjadi :
Tabel 2.2 merupakan daerah operasi turbin.
Tabel 2.2 Daerah operasi turbin Jenis Turbin Variasi Head (m) Kaplan dan Propeller 2 < H < 20
Francis 10 < H < 350 Pelton 50 < H < 1000 Crossflow 6 < H < 100 Turgo 50 < H < 250
• Kriteria Pemilihan Jenis Turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat
diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :
Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.
Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai "kecepatan spesifik, Ns", yang didefinisikan dengan formula :
Ns = 5/4
Output turbin dihitung dengan formula :
P = 9.81 × Q × H × ηturbin (2.6)
Dimana :
ηturbin
= efisiensi turbin
= 0.8 - 0.85 untuk turbin pelton = 0.8 - 0.9 untuk turbin francis = 0.7 - 0.8 untuk turbin crossflow
= 0.8 - 0.9 untuk turbin propeller/Kaplan
Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air ditunjukkan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Kecepatan spesifik beberapa turbin Turbin Pelton 12 ≤ Ns ≤ 25 Turbin Francis 60 ≤ Ns ≤ 300 Turbin Crossflow 40 ≤ Ns ≤ 200 Turbin Propeller 250 ≤ Ns ≤ 1000
Gambar 2.7 Diagram aplikasi berbagai jenis turbin (head vs debit)
2.4.10.Generator Sinkron
Generator sinkron merupakan mesin listrik arus bolak-balik yang berfungsi untuk merubah energi mekaniks dalam membentuk putaran menjadi energi listrik arus bolak-balik. Generator sinkron mempunyai dua bagian pokok, yaitu bagian stator atau bagian dari generator sinkron yang tidak bergerak dan bagian rotor atau bagian generator sinkron yang berputar atau bergerak. Pada generator sinkron yang berukuran besar, bagian stator dipergunakan sebagai tempat belitan medan magnet.
• Prinsip Dasar Generator Sinkron
diam pada stator dan belitan eksitesi itu dimagnetisasikan oleh arus searah yang dipasok oleh sumber arus searah dari luar atau dari generator itu sendiri dengan jalan mengambil sebagian arus yang keluar dari stator lalu diserahkan sebagai penguat.
Jika stator generator sinkron diputar pada suatu kecepatan tertentu yang disebut dengan putaran sinkron, belitan medan magnet pada rotor tersebut dialiri arus searah, sehingga menghasilkan fluksi yang turut berputardan memotong belitan jangkar yang terdapat pada bagian stator. Akibat adanya perubahan fluksi persatuan waktu yang dirasakan oleh belitan jangkar, maka pada belitan jangkar akan terjadi tegangan induksi.
• Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitnya GGL arus bolak balik arus bola-balik.
Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang.
Suatu generator sinkron secara umum terdiri dari :
2. Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar juga berbentuk silinder 3. Celah udara adalah ruangan antara stator dan rotor.
1. Stator
Secara umum stator terdiri dari kerangka stator, inti stator, dan slot.
a. Rangka Stator
Rangka stator berfungsi sebagai tempat melekatnya stamping jangkar dan kumparan jangkar. Pada rangka stator terdapat lubang pendingin dimana udara dan gas pendingin disirkulasikan. Rangka stator biasanya dibuat dari besi campuran baja atau plat baja giling yang dibentuk sedemikian rupa sehingga diperoleh rangka yang sesuai dengan kebutuhan.
b. Inti Stator
Inti stator melekat pada rangka stator dimana inti ini terbuat dari laminasi-laminasi besi khusus atau campuran baja. Hal ini diperbuat untuk memperkecil rugi arus Eddy. Tiap laminasi diberi isolasi dan diantaranya dibentuk celah sebagai tepat aliran udara.
c. Slot
2. Rotor
Sebagai tempat belitan penguat yang membentuk kemagnetan listrik kutub Utara-Selatan pada inti rotor. Ada 2 macam bentuk rotor, yaitu :
a. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)
Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy, kumparan-kumparan medannya terdiri dari bilah tembaga persegi. Kutub menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar dan panjang sumbunya pendek.
Gambar 2.8 menunjukkan bentuk rotor kutub menonjol.
Gambar 2.8 Rotor kutub menonjol
b. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)
Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat panjang. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol (salient pole rotor).
Gambar 2.9 merupakan bentuk rotor kutub silinder.
Gambar 2.9 Rotor kutub silinder
• Prinsip Kerja Generator Sinkron
Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetik. Setelah rotor diputar oleh penggerak mula (prime mover), dengan demikian kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus searah maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks) yang berputar, kecepatannya sama dengan putaran kutub.
Garis-garis gaya fluks yang berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar distator, sehingga menimbulkan EMF atau GGL atau tegangan induksi, yang besarnya :
dt d N
• Kecepatan Putaran Generator Sinkron
Kecepatan putaran suatu generator sinkron tergantung kepada penggerak mulanya, Seperti pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA), penggerak mulanya berupa turbin. Jadi apabila putaran turbinnya tinggi, maka putaran pada generator juga akan tinggi. Dan jika sebaliknya, jika putaran turbin rendah maka putaran pada generator juga akan rendah. Putaran pada generator selalu dijaga konstan agar frekuensi dan tegangan yang dihasilkan generator sinkron tetap konstan. Untuk menentukan besarnya frekuensi yang dihasilkan oleh generator dapat dicari berdasarkan besarnya jumlah putaran dan banyaknya jumlah pasang kutub pada generator sinkron, sehingga diperoleh hubungan :
F =
F = frekuensi listrik (Hz) P = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan putaran rotor (rpm)
Umumnya frekuensi listrik yang dihasilkan suatu generator sinkron di Indonesia 50 Hz. Ini berarti untuk generator sinkron yang mempuyai satu pasang kutub diperlukan sebanyak 25 putaran setiap detik atau sama dengan 60 x 25 = 1500 putaran per menit.
rotornya lebih dari satu pasang maka jumlah putarannya ini disesuaikan dengan persamaan di atas.
Kecepatan putaran juga sangat berpengaruh terhadap tegangan yang dihasilkan generator sinkron. Jika putarannya turun, maka tegangan generator sinron juga akan turun dan apabila putarannya bertambah maka akan mengakibatkan bertambahnya tegangan yang dihasilkan oleh generator. Jadi jika putaran generator sinkron bertambah maka akan mengakibatkan bertambahnya kemampuan pembangkitan daya dari generator sinkron. Tetapi biasanya dalam pengoperasiannya jumlah putaran generator sinkron dijaga konstan dan yang diatur biasanya adalah arus penguat medannya.
• Daya yang dihasilkan Generator Sinkron
Generator untuk pembangkit listrik tenaga air skala piko menggunakan generator sinkron 1 phasa. Generator ini memiliki kecepatan rata-rata antara 70 – 1500 rpm. Daya yang dihasilkan oleh generator 1 phasa dihitung dengan persamaan :
2.4.11.Jaringan Distribusi
Jaringan distribusi terdiri dari kawat penghantar, tiang, isolator dan transformator. Jaringan tersebut dapat menggunakan kawat penghantar berbahan aluminium atau bahan campuran lain. Pada jaringan distribusi tegangan rendah biasanya digunakan kawat penghantar berisolasi. Tiang pada saluran distribusi dapat berupa tiang baja, beton atau kayu. Isolator digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang aktif atau bertegangan jika penghantar yang digunakan merupakan konduktor tanpa isolasi.
a. Penghantar
Jaringan distribusi dapat menggunakan kawat penghantar jenis ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), tembaga atau bahan campuran antara aluminium dan tembaga. Ukuran kawat penghantar dipilih berdasarkan faktor ekonomi, arus beban dan jatuh tegangan yang dapat ditimbulkan serta faktor keamanan pendistribusian daya listrik. Rugi-rugi daya dalam saluran satu phasa dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
Ploss = I2 x L x ((RP/km) + (RN/km)) (2.10)
Dimana :
Ploss = Daya rugi dalam saluran (watt)
I = Arus beban (ampere) L = Panjang penghantar (km)
RP/km = Tahanan kabel phasa per km (Ω/km)
Efisiensi saluran dihitung dengan persamaan di bawah ini :
Tegangan jatuh pada saluran satu phasa dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
Vd = 2 x I x L x (RΩ/kmcos φ + XΩ/kmsin φ) (2.12)
Dimana :
Vd = Tegangan jatuh satu phasa (volt) I = Arus beban satu phasa (ampere) L= Panjang penghantar (km)
RΩ/km = Tahanan penghantar per km (Ω/km)
XΩ/km= Reaktans penghantar per km (Ω/km)
Sedangkan besar tegangan ujung penerima dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
Vpenerima = Vsumber – Vd (2.13)
Dimana :
Vpenerima = tegangan pada ujung penerima (volt)
Vsumber = tegangan pada sumber (volt)
Vd = tegangan jatuh (volt)
Untuk menghitung persen jatuh tegangan pada saluran dapat digunakan persamaan berikut ini :
% Vd = (2.14)
Dimana :
%Vd = persen tegangan jatuh (volt) Vrnl = tegangan pada sumber (volt)
Vrfl = tegangan pada beban penuh (volt)
b. Tiang
Jenis tiang yang digunakan pada jaringan distribusi antara lain adalah : - Tiang baja
- Tiang beton - Tiang kayu
BAB III
PEMBANGUNAN PLTA SKALA PIKO DI JORONG TANJUNG LANGSEK
3.1. Profil Jorong Tanjung Langsek
Salah satu lokasi potensial untuk PLTA pikohidro yang telah disurvei terletak di Dusun/Jorong Tanjung Langsek. Jorong Tanjung Langsek merupakan bagian dari Desa/Nagari Tanjung Bonai, Kecamatan Lintau Buo Utara, Kabupaten Tanah Datar, Propinsi Sumatera Barat.
3.1.1. Aksesibilitas
Jorong Tanjung Langsek merupakan salah satu jorong yang sangat terpencil yang terletak di Nagari Tanjung Bonai. Lokasi Jorong Tanjung Langsek terletak ± 20 km dari pusat Nagari Tanjung Bonai.
Akses ke Jorong tersebut ditempuh melalui jalur darat dan memerlukan waktu tempuh ± 1,5 jam. Kondisi jalan yang belum mendapatkan pengaspalan membuat akses ke Jorong tersebut lebih sulit. Dan pada musim hujan memerlukan waktu yang lebih lama lagi dikarenakan kondisi jalan yang berlumpur, licin dan terkadang terjadi longsor.
3.1.2. Potensi Pendukung
bangunan lainnya seperti pasir, semen, besi, beton, atap seng dan bahan penunjang lainnya perlu didatangkan dari luar.
3.1.3. Kondisi Elektrifikasi
Jorong Tanjung Langsek sampai saat ini belum terjangkau oleh jaringan Listrik Perusahaan Negara (PLN) dan belum dipastikan kapan akan mendapatkan listrik dari PLN. Jarak terdekat ke jaringan PLN dari Jorong Tanjung Langsek sekitar 15 km. Kebutuhan energi penerangan rumah pada sebelumnya menggunakan lampu minyak tanah (lampu dinding) dan lampu petromaks.
3.2. PLTA Skala Piko Di Jorong Tanjung Langsek
Pekerjaan pembangunan PLTA pikohidro ini memerlukan urutan seperti pekerjaan pondasi rumah daya, dudukan turbin dan generator dan draftube sedangkan pekerjaan saluran irigasi, jaringan distribusi listrik dapat dikerjakan secara paralel dengan pembangunan sipil lainnya meliputi :
1. Konstruksi Sipil
• Normalisasi bangunan intake di sumber air. • Normalisasi saluran pembawa (head race).
• Pembuatan bak pengendap disatukan dengan bak penenang yang dikonstruksikan pada lantai dasar bak penenang yang merupakan kantong lumpur diujung saluran pembawa.
• Dipasang saringan (trash rack).
2. Konstruksi Mekanikal dan Elektrikal
• Turbin : Menggunakan jenis turbin crossflow. • Transmisi Mekanik : Jenis V belt.
• Panel Kontrol : Standar.
• Generator : Menggunakan generator sinkron 1 phasa 5 kW • Jaringan : 1000 m (1 km).
• Jenis Tiang : Kayu.
• Kabel Jaringan : Twisted 2 × 10 mm sepanjang 1 km.
3. Bahan Bangunan
Bahan bangunan berupa batu, krikil dan perkayuan tersedia di lapangan. Sedangkan pasir, semen, besi, beton, atap seng dan bahan penunjang lainnya perlu di datangkan dari luar.
3.2.1. Spesifikasi Teknis PLTA Skala Piko
Spesifikasi teknis PLTA skala piko di Jorong Tanjung Langsek sebagai berikut :
• Lokasi
Lokasi pembangunan PLTA ini di Jorong Tanjung Langsek, Nagari Tanjung Bonai, Kecamatan Lintau Buo, Kabupaten Tanah Datar, Propinsi Sumatera Barat.
• Tinggi Terjun
• Debit Air
Debit air berdasarkan perhitungan di lapangan sebesar 80 l/s.
• Kapasitas
Kapasitas daya yang mampu dihasilkan oleh pembangkit ini sebesar 3 kW.
• Jenis Turbin
Jenis turbin yang digunakan adalah jenis crossflow yang merupakan salah satu jenis turbin yang termasuk golongan turbin impuls. Turbin ini dipilih karena cocok digunakan untuk tinggi jatuh efektif yang kecil yaitu 8 meter. Putaran turbin 300 rpm dan diameter runner turbin yang digunakan 200 mm. Pemakaian turbin 12 jam terus menerus dari jam 6 sore sampai jam 6 pagi.
• Generator
Generator yang digunakan adalah generator sinkron 1 Phasa, dengan kapasitas daya maksimal 5 kW ; 220 V ; 50 Hz ; 1500 rpm ; cos phi 0,8. Pemakaian generator sama dengan pemakaian turbin.
• Efisiensi
Efisiensi terdiri dari efisiensi turbin sebesar 0,75, efisiensi generator sebesar 0,8 dan efisiensi transmisi mekanik 0,97.
• Sistem Transmisi Mekanik
putaran sesuai spesifikasi generator (1500 rpm). Transmisi mekanik pada pembangkit ini menggunakan sabuk V, untuk menjadi 1500 rpm.
• Panel Kontrol
Pada panel kontrol terdapat alat ukur listrik yang terdiri dari amperemeter dan voltmeter.
• Tiang Listrik
Tiang listrik menggunakan tiang kayu setinggi 7 meter.
• Kabel Jaringan
Kabel untuk jaringan transmisi dan distribusi listrik ke konsumen menggunakan kabel twisted 2 × 10 mm2.
3.2.2. Pembangunan PLTA Skala Piko
Dalam pembangunan PLTA ini, dimulai dengan pembangunan komponen-komponen PLTA skala piko yang terdiri dari :
1. Bendungan (Weir) dan Intake
3.1 memperlihatkan bendungan dan intake PLTA skala piko Jorong Tanjung Langsek.
Gambar 3.1 Bendungan (Weir) dan Intake 2. Saluran Pembawa (Head Race)
Gambar 3.2 Saluran pembawa (trail race)
3. Bak Penenang (Forebay Tank)
Struktur bak penenang berupa pasangan batu kali, beton dan diplester terdiri dari bak pengendap (settling basin), saluran pelimpah (spill way), trash rack berupa rangkaian plat besi berbentuk jelusi sebagai penahan dan penyaring sampah serta benda-benda yang tidak diharapkan terbawa bersama aliran air ke bak penenang itu sendiri. Bangunan ini sering kali dikenal dengan istilah head tank, sebagai reservoir air yang terletak pada sisi atas untuk dialirkan ke unit turbin yang terletak di bagian bawah.
Gambar 3.3 Bak penenang (forebay tank)
Gambar 3.4 Menunjukkan trash rack dan saluran pelimpah (spill way).
4. Pondasi Draftube
Pada sisi penstock, struktur pondasi yang menyatu dengan bak penenang berupa coran tumbuk. Gambar 3.5 merupakan pondasi draftube PLTA skala piko.
Gambar 3.5 Pondasi draftube
5. Pipa Pesat (Penstock)
Proses konversi energi dari energi potensial hidrolik menjadi energi kinetik akan dirubah menjadi energi mekanik oleh unit turbin terjadi melalui pemanfaatan potensi air yang berkumpul di bak penenang (head tank). Air dari bak penenang mengalir melalui pipa pesat (penstock) menuju turbin yang terdapat di dalam rumah daya.
18 meter dan diperkuat struktur beton pada tiap sambungan pipa. Gambar 3.6 menunjukkan pipa pesat PLTA skala piko Tanjung Langsek.
Gambar 3.6 Pipa pesat (penstock)
6. Rumah Pembangkit
Rumah pembangkit merupakan tempat peralatan elektrik-mekanik terpasang. Unit turbin beserta sistem transmisi mekanik, generator dan panel kontrol terpasang di dalam bangunan ini.
Gambar 3.7 Sketsa rumah pembangkit
Berikut spesifikasi dari bangunan rumah pembangkit : • Ukuran 2 × 2 × 2 meter.
• Untuk pondasi rumah dipasangkan batu kali. • Sloff dan kolam beton bertulang K-175. • Daun jendela dari kayu.
• Dinding dari papan.
• Untuk pondasi turbin beton bertulang K-175. • Atap seng.
Gambar 3.8 memperlihatkan rumah pembangkit PLTA skala piko Jorong Tanjung Langsek.
Gambar 3.8 Rumah pembangkit
7. Saluran Pembuangan
Saluran pembuangan (trail race) merupakan saluran pembuangan air yang berasal dari turbin. Air dari saluran pembuangan ini langsung mengalir ke sawah-sawah masyarakat sekitar. Saluran pembuangan ini berada 0,6 meter di bawah rumah pembangkit. Untuk pondasi dipasangkan batu kali dengan bagian atasnya diplester dan berbentuk persegi empat.
Gambar 3.9 Saluran pembuangan
8. Jaringan Distribusi Listrik
Berdasarkan perhitungan di lapangan, jarak dari pusat pembangkit ke rumah terdekat lebih kurang 100 meter. Pada pembangunan PLTA skala piko ini jaringan distribusi yang digunakan adalah Jaringan Tegangan Rendah (JTR) 1 phasa 220 V dengan menggunakan kabel twisted 2 × 10 mm2 karena generator yang digunakan merupakan generator 1 phasa. Pada pembangkit ini sistem distribusi tidak menggunakan transformator untuk menaikkan dan menurunkan tegangan karena biaya pembangunan yang terbatas.
karena bahan tersebut banyak tersedia di lokasi. Gambar 3.10 merupakan tiang listrik PLTA skala piko Jorong Tanjung Langsek.
Gambar 3.10 Tiang jaringan
3.2.3. Pemasangan Komponen PLTA Skala Piko 1. Pemasangan Pipa Pesat
Pipa penstock adalah pipa yang digunakan sebagai penyalur atau pendistribusian air dari bak penenang ke turbin, disini pipa yang digunakan adalah pipa jenis PVC. Pipa PVC ini dipasang pada badan bak penenang, diameter pipa yang digunakan adalah 8 inci dengan panjang 18 meter.
Pada pemasangan pipa ini perlu untuk mendapatkan titik jatuh air dan kemiringan yang besar, hal ini berpengaruh nantinya pada kecepatan air yang menghantam kisi-kisi pada turbin, semakin curam pemasangan pipa ini semakin cepat pula kecepatan air yang menghantam kisi-kisi turbin, dengan hantaman air ke turbin yang kuat akan menghasilkan putaran turbin yang cepat. Tabel 3.1 merupakan data pipa pesat.
Tabel 3.1 Data pipa pesat
Pipa Pesat Panjang Pipa Tinggi Jatuh Air Sudut Elevasi
Ukuran 18 m 8 m 270
Gambar 3.11 gambar konstruksi pipa pesat PLTA skala piko.
2. Pemasangan Turbin
Kecepatan turbin yang dihasilkan sangat berpengaruh nantinya terhadap putaran generator. Dan kecepatan generator kemudian akan mempengaruhi terhadap daya yang dibangkitkan oleh generator tersebut.
Pada PLTA skala piko ini seperti dijelaskan pada sebelumnya menggunakan turbin dengan jenis crossflow. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Runner turbin crossflow
Gambar 3.13 Konstruksi turbin
Untuk kedudukan turbin dan generator dibuat pada suatu tempat yang terbuat dari besi siku dengan ketebalan 8 mm. Kedudukan ini dibuat agak berat yang gunanya agar pada saat turbin berputar kedudukan tersebut tidak ikut bergetar. Gambar 3.14 merupakan hubungan rangkaian generator dengan turbin.
Pada Gambar 3.15 memperlihatkan kedudukan turbin PLTA skala piko Tanjung Langsek.
Gambar 3.15 Turbin pada PLTA skala piko 3. Pemasangan Generator
Generator adalah sebuah komponen listrik yang dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik, dimana akibat berputarnya poros generator mengakibatkan keluarnya energi listrik. Generator yang digunakan disini adalah generator jenis AC sinkron, dengan eksitasi sendiri dengan data-data sebagai berikut:
- Merk MATARI (made in China) - Power 5 kW
- Exicter voltage 48 Volt - Exicter current 2,6 A
Pada poros generator ini dipasang sebuah pulley dengan diameter 2 inchi, dimana pulley ini dihubungkan dengan pulley pada turbin dengan perantara tali belt. Pada saat air menghantam turbin, air mengakibatkan turbin berputar dan secara langsung akan menggerakkan poros generator melalui perantara transmisi pulley, akibat pergerakan poros generator tersebut akan menghasilkan energi listrik. Gambar 3.16 menunjukkan generator PLTA skala piko Tanjung Langsek.
Gambar 3.16 Generator pada PLTA skala piko 4. Pemasangan Panel Kontrol Pembangkit
pasang pada sebuah kotak panel yang di letakkan pada rumah pembangkit. Pada Gambar 3.17 menunjukkan panel kontrol pada PLTA skala piko.
Gambar 3.17 Panel kontrol PLTA skala piko
5. Pemasangan Sistem Transmisi Pulley
Gambar 3.18 Sistem transmisi pulley
Diameter pulley yang digunakan pada turbin adalah 10 inchi. Pulley 10 inchi ini nantinya yang akan menggerakkan pulley yang terdapat pada poros generator, yaitu pulley yang berukuran 2 inchi. Gambar 3.19 memperlihatkan pulley turbin dan generator pada PLTA skala piko Tanjung Langsek.
3.3. Pengelolaan PLTA Skala Piko Tanjung Langsek 3.3.1. Pengelola PLTA Skala Piko Tanjung Langsek
• Badan Pengawas
Pengawas PLTA skala piko ini adalah Badan Kesatuan Bangsa Politik Dan Lindungan Masyarakat (Kesbangpol dan Linmas) Kabupaten Tanah Datar.
• Kepala PLTA Skala Piko
Kepala PLTA Skala Piko adalah Kepala Jorong Tanjung Langsek. Berfungsi sebagai penanggung jawab operasional dan administrasi keuangan, sehingga PLTA tersebut dapat berjalan dengan baik.
• Operator PLTA Skala Piko
Operator pada pembangkit ini ada dua orang, yang bertugas mengoperasikan serta menghentikan kerja PLTA skala piko. Selain itu bertanggung jawab terhadap pemeliharaan dan perawatan dari sistem elektrikal dan mekanikal pada PLTA skala piko.
3.3.2. Tarif Listrik PLTA Skala Piko Tanjung Langsek
Karena pada tiap sambungan rumah tidak menggunakan KWh meter, maka peraturan pembayaran untuk pemakaian energi listrik sebagai berikut :
2. Untuk 1 buah televisi dikenakan biaya sebesar Rp. 5.000 per bulan.
Misalnya pada satu rumah terdapat 2 titik lampu dan 1 televisi maka tarif yang dikenakan pada rumah tersebut setiap bulannya adalah :
Untuk lampu : 2 × Rp. 7.500 = Rp. 15.000 Untuk televisi : 1 × Rp. 5.000 = Rp. 5.000 Total tarif yang dikenakan : = Rp. 20.000
BAB IV
ANALISA DAYA LISTRIK PLTA SKALA PIKO DI JORONG TANJUNG LANGSEK
4.1. Daya Yang Terbangkit Dari PLTA Skala Piko
Besarnya daya listrik sebelum masuk turbin secara matematis dapat dituliskan berdasarkan persamaan 2.2 sebagai berikut :
Pin turbin = ρ ×Q × h × g
= 1 kg/m3 x 0,08 m3/s x 8 m x 9,81 m/s2 = 6,278 kW
= 6.278 watt
Sedangkan besar daya output turbin berdasarkan persamaan 2.3 sebagai berikut : Pout turbin = ρ × Q × h × g × ηturbin
= 1 kg/m3 x 0,08 m3/s x 8 m x 9,81 m/s2 x 0,75 = 4,71 kW
= 4.710 watt
Berdasarkan persamaan 2.4 secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit sebagai berikut :
Preal = ρ × Q × h × g × ηturbin × ηgenerator × ηtm
= 1 kg/m3 x 0,08 m3/s x 8 m x 9,81 m/s2 x 0,75 x 0,8 x 0,97 = 3,654 kW
Dimana :
Pin turbin = daya masukan ke turbin (kW)
Pout turbin = daya keluaran dari turbin (kW)
Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (kW)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Q = debit air (m3/s)
h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s2)
η
turbin = efisiensi turbinη
generator = efisiensi generatorη
tm = efisiensi transmisi mekanikJadi daya real yang dihasilkan oleh pembangkit skala piko ini sebesar 3.654 watt.
4.2. Beban Yang Terpasang Pada PLTA Skala Piko Jorong Tanjung Langsek
Berdasarkan survei di lapangan, beban yang terdapat pada PLTA skala piko di Jorong Tanjung langsek terdiri dari :
Televisi = 100 watt ; cos phi 0,75
Lampu hemat energi = 18 watt ; cos phi 0,9
Lampu pijar = 5 watt ; cos phi 1
saluran distribusi Tanjung Langsek tersebar secara tidak merata dan dibagi menjadi tujuh saluran instalasi dimana setiap saluran instalasi terdiri dari tiga sampai lima rumah seperti terlihat pada Tabel 4.1 di bawah ini :
Tabel 4.1 Pembagian beban saluran instalasi
Keterangan :
- Saluran instalasi A terdiri dari 4 buah rumah dan 1 rumah memiliki televisi. - Saluran instalasi C terdiri dari 5 buah rumah dan 1 rumah memiliki televisi. - Saluran instalasi D terdiri dari 5 buah rumah dan 1 rumah memiliki televisi. - Saluran instalasi G terdiri dari 3 buah rumah dan 1 rumah memiliki televisi.
Pembagian beban pada saluran distribusi dapat dilihat pada gambar one line diagram berikut ini :
INSTALASI RUMAH
LAMPU HEMAT ENERGI
LAMPU
PIJAR TELEVISI BEBAN TOTAL
Gambar 4.1 One line diagram pembagian beban pada saluran distribusi
4.3. Analisa Rugi-Rugi Pada Saluran Distribusi PLTA Skala Piko
Dari Tabel 4.1 pada beban puncak yang terpasang pada PLTA skala piko Tanjung Langsek adalah sebesar 1.113 watt. Maka besar arus beban puncak adalah
Iload = P / V cos φ
= 1.113 / 220 0,85 = 5,95 A
P = beban (watt) V = tegangan (volt) Iload = arus beban (ampere)
Arus beban pada masing-masing saluran instalasi dapat dihitung sebagai berikut :
• Arus beban saluran instalasi A : ILA = SA / V
= 233,5 / 220 = 1,06 A
• Arus beban saluran instalasi B : ILB = SB / V
= 125 / 220 = 0,57 A
• Arus beban saluran instalasi C : ILC = SC / V
= 258,5 / 220 = 1,17 A
• Arus beban saluran instalasi D : ILD = SD / V
= 258,5 / 220 = 1,17 A
• Arus beban saluran instalasi E : ILE = SE / V
• Arus beban saluran instalasi F : ILF = SF/ V
= 100 / 220 = 0,45 A
• Arus beban saluran instalasi G : ILG = SG / V
= 208,5 / 220 = 0,94 A
Jenis penghantar yang digunakan untuk saluran distribusi dan saluran instalasi adalah kabel aluminium twisted 2 x 10 mm2 . berdasarkan PUIL 2000, besar resistansi dan reaktansi kabel aluminium 2 x 10 mm2 adalah untuk resistansi sebesar 3,740 ohm/km dan untuk reaktansi sebesar 0,0861 ohm/km.
4.3.1. Rugi-Rugi Daya Pada Saluran Distribusi PLTA Skala Piko Tanjung Langsek
Rugi-rugi daya pada saluran distribusi 1 phasa dapat dihitung dengan persamaan 2.10 yaitu :
Ploss = I2 x L x ((RP/km) + (RN/km))
Karena kabel phasa dan netral jenis dan ukurannya sama, maka besar nilai resistansi akan sama sehingga persamaan di atas dapat diserhanakan menjadi :
Besar rugi-rugi yang terjadi pada setiap beban adalah sebagai berikut :
• Rugi-rugi daya pada beban A sepanjang 0,1 km adalah Ploss 1 = 2 x (I1)2x R x l1
= 2 (5,95)2 x 3,74 x 0,1 = 26,48 watt
• Rugi-rugi daya pada beban B sepanjang 0,25 km adalah Ploss 2 = 2 x (I2)2x R x L2
= 2 x (I1 – ILA)2 x R x (L1 + l2)
= 2 x (4,89)2 x 3,74 x 0,85 = 44,7 watt
• Rugi-rugi daya pada beban Csepanjang 0,4 km adalah Ploss 3 = 2 x (I3)2x R x L3
= 2 x (I1 – ILA – ILB)2 x R x (L2 + l3)
= 2 x (4,32)2 x 3,74 x 0,4 = 55,8 watt
• Rugi-rugi daya pada beban Dsepanjang 0,5 km adalah Ploss 4 = 2 x (I4)2x R x L4
= 2 x (I1 – ILA – ILB – ILC)2 x R x (L3 + l4)
= 2 x (3,15)2 x 3,74 x 0,5 = 37,1 watt
= 2 x (I1 – ILA – ILB – ILC – ILD)2 x R x (L4 + l5)
= 2 x (1,98)2 x 3,74 x 0,6 = 17,6 watt
• Rugi-rugi daya pada beban Fsepanjang 0,85 km adalah Ploss 6 = 2 x (I6)2x R x L6
= 2 x (I1 – ILA – ILB – ILC – ILD – ILE)2 x R x (L5 + l6)
= 2 x (1,41)2 x 3,74 x 0,85 = 13,25 watt
• Rugi-rugi daya pada beban Gsepanjang 1 km adalah Ploss 7 = 2 x (I7)2x R x L7
= 2 x (I1 – ILA – ILB – ILC – ILD – ILE – ILF)2 x R x (L6 + l7)
= 2 x (0,47)2 x 3,74 x 1 = 1,65 watt
• Total rugi-rugi daya pada saluran distribusi adalah
Ploss total distribusi = Ploss 1 + Ploss 2 +Ploss 3 +Ploss 4 +Ploss 5 + Ploss 6 + Ploss 7
= 26,48 + 44,7 + 55,8 + 37,1 + 17,6 + 13,25 + 1,65 = 196,58 watt
Pada saluran instalasi ke beban menggunakan kabel aluminium twisted 2 x 10 mm2 dengan nilai resistansi sebesar 3,740 ohm/km. Rugi-rugi saluran instalasi pelanggan dapat dihitung dengan persamaan 2.10.
Maka besar rugi-rugi daya pada saluran instalasi setiap pelanggan adalah sebagai berikut :
• Rugi-rugi daya saluran instalasi A sepanjang 0,04 km adalah Plossinstalasi A = 2 x (ILA)2 x LA x R
= 2 x (1,06)2 x 0,04 x 3,74 = 0,33 watt
• Rugi-rugi daya pada saluran instalasi Bsepanjang 0,03 km adalah Plossinstalasi B = 2 x (ILB)2 x LB x R
= 2 x (0,57)2 x 0,03 x 3,74 = 0,08 watt
• Rugi-rugi daya pada saluran instalasi Csepanjang 0,03 km adalah Plossinstalasi C = 2 x (ILC)2 x LC x R
= 2 x (1,17)2 x 0,03 x 3,74 = 0,31 watt
• Rugi-rugi daya pada saluran instalasi Dsepanjang 0,03 km adalah Plossinstalasi D = 2 x (ILD)2 x LD x R
= 2 x (1,17)2 x 0,03 x 3,74 = 0,31 watt
• Rugi-rugi daya pada saluran instalasi Esepanjang 0,03 km adalah Plossinstalasi E = 2 x (ILE)2 x LE x R
• Rugi-rugi daya pada instalasi Fsepanjang 0,04 km adalah Plossinstalasi F = 2 x (ILF)2 x LF x R
= 2 x (0,45)2 x 0,04 x 3,74 = 0,06 watt
• Rugi-rugi daya pada saluran instalasi Gsepanjang 0,05 km adalah Plossinstalasi G = 2 x (ILG)2 x LG x R
= 2 x (0,94)2 x 0,05 x 3,74 = 0,33 watt
• Total rugi-rugi daya pada seluruh instalasi adalah
Ploss ins = Ploss ins A + Plossins B +Plossins C +Plossins D +Plossins E + Plossins F + Plossins G
= 0,33 + 0,08 + 0,31 + 0,31 + 0,08 + 0,06 + 0,05 = 1,22 watt
• Sehingga total rugi-rugi daya pada seluruh saluran distribusi adalah
Ploss total = Ploss total saluran distribusi + Ploss total saluran instalasi
= 196,58 + 1,22 = 197,8 watt
• Efisiensi saluran dapat dihitung dengan persamaan 2.11 berikut :
4.3.2 Tegangan Jatuh Pada Saluran Distribusi PLTA Skala Piko Tanjung Langek
Tegangan jatuh (Vd) pada saluran distribusi satu phasa pada kabel aluminium twisted 2 x 10 mm2 sepanjang 1 km dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.12 berikut :
Vd = 2 x I x L x (R cos φ + X sin φ)
Dan berdasarkan persamaan 2.13 maka tegangan pada ujung penerima adalah Vpenerima = Vsumber – Vd
Tegangan pada setiap beban adalah sebagai berikut : 1. Tegangan pada instalasi A (Vinst A) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 0,1 km (Vd1)
adalah
Vd1 = 2 x I1 x l1x (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 5,95 x 0,1 (3,741 x 0,82 + 0,0861 x 0,57) = 3,71 volt
• Tegangan jatuh pada saluran instalasi A (Vdsal inst A) sepanjang
0,04 km adalah
Vdsal inst A = 2 x ILA x LAx (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 1,06 x 0,04 (3,741 x 0,82 + 0,0861 x 0,57) = 0,26 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi A (Vdinst A) adalah
Vd inst A = Vd1 + Vdsal inst A
= 3,97 volt
• Tegangan pada instalasi A (Vinst A) adalah V inst A = Vsumber - Vd inst A
= 220 - 3,97 = 216,03 volt
2. Tegangan pada instalasi B (Vinst B) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 0,25 km (Vd2)
adalah
Vd2 = 2 x I2 x L2x (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 4,89 x 0,25 (3,741 x 0,92 + 0,0861 x 0,39) = 8,5 volt
• Tegangan jatuh pada saluran instalasi B (Vdsal inst B)
sepanjang 0,03 km adalah
Vdsal inst B = 2 x ILB x LBx (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 0,57 x 0,03 (3,741 x 0,92 + 0,0861 x 0,39) = 0,12 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi B (Vd inst B) adalah
= 207,41 volt
3. Tegangan pada instalasi C (Vinst C) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 0,4 km (Vd3)
adalah
Vd3 = 2 x I3 x L3x (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 4,32 x 0,4 (3,741 x 0,83 + 0,0861 x 0,55) = 10,9 volt
• Tegangan jatuh pada saluran instalasi C (Vdsal inst C)
sepanjang 0,03 km adalah
Vdsal inst C = 2 x ILC x LCx (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 1,17 x 0,03 (3,741 x 0,83 + 0,0861 x 0,55) = 0,22 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi C (Vd inst C) adalah
Vd inst C = Vd3 + Vdsal inst C
= 10,9 + 0,22 = 11,12 volt
• Tegangan pada instalasi C (Vinst C) adalah V inst C = Vsumber - Vd inst A - Vd inst B - Vd inst C
4. Tegangan pada instalasi D (Vinst D) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 0,5 km (Vd4)
adalah
Vd4 = 2 x I4 x L4x (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 3,15 x 0,5 (3,741 x 0,82 + 0,0861 x 0,57) = 9,9 volt
• Tegangan jatuh pada saluran instalasi D (Vdsal inst D)
sepanjang 0,03 km adalah
Vdsalinst D = 2 x ILD x LDx (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 1,17 x 0,03 (3,741 x 0,83 + 0,0861 x 0,55) = 0,22 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi D (Vd inst D) adalah
Vd inst D = Vd4 + Vdsal inst D
5. Tegangan pada instalasi E (Vinst E) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 0,6 km (Vd5)
adalah
= 2 x 1,98 x 0,6 (3,741 x 0,92 + 0,0861 x 0,39) = 7,8 volt
• Tegangan jatuh pada saluran instalasi E (Vdsal inst E)
sepanjang 0,03 km adalah
Vdsal inst E = 2 x ILE x LEx (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 0,57 x 0,03 (3,741 x 0,92 + 0,0861 x 0,57) = 0,12 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi E (Vd inst E) adalah
Vd inst E = Vd5 + Vdsal inst E
= 7,8 + 0,12 = 7,92 volt
• Tegangan pada instalasi E (Vinst E) adalah
V inst E = Vsumber - Vd inst A - Vd inst B - Vdsal inst C - Vd inst D - Vd inst E
= 220 - 3,97 - 8,62 – 11,12 – 10,12 – 7,92 = 178,25 volt
6. Tegangan pada instalasi F (Vinst F) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 0,85km (Vd6)
adalah
Vd6 = 2 x I6 x L6x (R cos φ + X sin φ)
• Tegangan jatuh pada saluran instalasi E (Vdsal inst F)
sepanjang 0,04 km adalah
Vdsal inst F = 2 x ILF x LFx (R cos φ + X sin φ)
= 2 x 0,45 x 0,04 (3,741 x 0,82 + 0,0861 x 0,57) = 0,12 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi E (Vd inst F) adalah
Vd inst F = Vd6 + Vdsal inst F
7. Tegangan pada instalasi G (Vinst G) adalah
• Tegangan jatuh pada saluran distribusi sepanjang 1 km (Vd7)
sepanjang 0,05 km adalah
Vdsal inst G = 2 x ILG x LGx (R cos φ + X sin φ)
= 0,29 volt
• Tegangan jatuh pada instalasi G (Vd inst G) adalah
Vd inst G = Vd7 + Vdsal inst G
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
1. Daya real yang dibangkitkan pada PLTA skala piko di Jorong Tanjung Langsek adalah sebesar 3.654 watt.
2. Beban puncak yang terpasang PLTA skala piko ini sebesar 1.113 watt, dengan rugi-rugi daya pada saluran distribusi sebesar 197,8 watt dan tegangan jatuh sebesar 53,26 volt.
3. Pada saat beban puncak efisiensi saluran sebesar 85% (196,62 watt), namun persen tegangan jatuh relatif besar yaitu sebesar 32% (53,26 Volt).
5.2. Saran
1. Pada sistem kontrol hendaknya dipasangkan Electronic Load Controller (ELC). Berfungsi untuk menjaga agar frekuensi dan tegangan yang dihasilkan PLTA Skala Piko tetap konstan walaupun beban berubah-ubah.
DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar, Artono. Kuwahara, Susumu. “Pembangkitan Dengan Tenaga Air”, Pradnya Paramita, Jakarta, 1974.
2. Eugene C. Lister, “Mesin Dan Rangakaian Listrik”, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta
3. Wijaya, Mochtar, ”Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001.
4. Gonen, Turan, “Electric Power Distribution System Engineering”, Mc-Graw Hill, Inc, 1986
5. Pembangunan Pembangkitan Listrik Tenaga Mini Hidro Dengan
Memanfaatkan Saluran Irigasi Teres Genit
6. Tim IMIDAP, “ Buku Utama Pedoman Studi Kelayakan PLTMH “, Direktorat Jendral Listrik Dan Pemanfaatan Energi Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, Jakarta, 2008.
7. Panitia Revisi PUIL, “ PUIL 2000 “, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta, 2000.
LAMPIRAN
Jadwal Pelaksanaan Pekerjaan Pembangunan Pembangkit Listrik Pikohidro Beserta Jaringan Selama 150 (Seratus Lima Puluh) Hari
