TUGAS AKHIR - TE091398
STUDI PENGONTROL BEBAN ELEKTRONIK PADA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO SELOLIMAN, TRAWAS KABUPATEN MOJOKERTO
ARDHA SANDY P NRP 2206 100 132 Dosen pembimbing Ir. Sjamsjul Anam, M.T. Ir. Arif Musthofa, M.T.
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2010
Abstrak
Pengaturan frekuensi merupakan hal yang vital bagi sebuah PLTM. Sistem kontrol frekuensi pada PLTM pada dasarnya ada dua macam
yaitu, governor (sistem pengatur debit air) dan Electronic Load
Controller (sistem pengatur beban elektronis). Kekurangan sistem
kontrol dengan governor adalah ketidakmampuannya bereaksi cepat bila terjadi perubahan beban secara mendadak. Oleh karena itu digunakanlah Electronic Load Controller (ELC) yang dinilai lebih baik
daripada governor.
PLTM Seloliman merupakan salah satu PLTM yang telah menggunakan sistem ELC ini. Menarik untuk diketahui bagaimana ELC bekerja pada PLTM ini, karena selain telah menggunakan ELC, PLTM Seloliman juga
telah terintegrasi dengan Perusahaan Listrik Negara (PLN).
Kata kunci: Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTM), Electronic
Latar belakang
Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi pelanggan dengan frekuensi yang konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Pada pembangkit,
peralatan kontrol diperlukan untuk mengendalikan putaran (frekuensi) generator.
Sistem kontrol pada PLTM pada dasarnya ada dua macam yaitu, governor (sistem pengatur debit air) dan Electronic Load Controller (sistem pengatur
beban elektronis).
Sebagaimana diketahui bahwa governor merupakan peralatan kontrol yang bersifat mekanis, dimana dalam proses pengaturan frekuensi lebih mentitikberatkan pada pengaturan jumlah energi pimer yang masuk ke turbin. Sedangkan ELC merupakan suatu kesatuan alat kontrol frekuensi
yang dapat dikatakan lebih modern daripada governor, dalam proses kerjanya lebih menitikberatkan pada berapa daya yang harus dibuang ke
beban komplemen untuk menjaga frekuensi dari generator yang digunakan.
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO (PLTM)
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
(PLTM)
• Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTM) adalah pembangkit listrik berskala kecil (antara 5 kW - 100 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber penghasil energi.
• PLTM 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 menghasilkan listrik.
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
(PLTM),
(2)Besarnya daya yang dapat dibangkitkan generator yang diputar oleh turbin pada sebuah PLTM dapat dihitung pelalui persamaan:
P = k.η.H.Q
Dimana; P = daya (kW)
k = konstanta gravitasi (9,8)
η = efisiensi keseluruhan (turbin dan generator)
H = tinggi terjun air (meter) Q = debit air (/detik)
Bangunan Sipil PLTM
Secara umum bangunan sipil sebuah instalasi PLTM terdiri atas;
1. Bendungan
2. Bangunan Pengambil Air (Intake) 3. Saluran Pembawa (Head Race)
4. Bak Pengendap (Silting Basin) 5. Bak Penenang (Forebay)
6. Pipa Pesat (Penstock)
7. Tangki Pendatar (Surge Tank)
Perangkat Mekanik & Peralatan Elektrikal
1. Turbin
2. Transmisi Mekanik
3. Generator
4. Transformator
5. Peralatan Pengaman
• Panel Pengukuran
• Pengaman Generator
• Pentanahan
Peralatan Kontrol
Sistem kontrol pada PLTM pada dasarnya ada
dua macam yaitu, governor (sistem pengatur
debit air) dan Electronic Load Controller (sistem
Governor
• Governor atau sistem pengatur adalah suatu peralatan untuk mengatur putaran turbin (frekuensi listrik) relatif tetap konstan untuk berbagai kondisi beban.
• Governor didesain agar putaran turbin-generator konstan dalam range yang dikehendaki dengan menambah atau mengurangi debit air yang masuk ke
runner turbin untuk mempertahankan keseimbangan
daya antara masukan daya (power input) dan permintaan daya (power demand).
• Kekurangan sistem ini adalah ketidakmampuannya bereaksi cepat bila terjadi perubahan beban secara mendadak.
Electronic Load Controller (ELC)
Pada prinsipnya pengontrolan dengan Electronic
Load Controller (ELC) bertujuan agar besar daya
yang dibangkitkan oleh generator selalu sama
dengan daya yang diserap oleh konsumen
ditambah dengan daya yang dibuang ke beban
ballast, dengan demikian akan diperoleh
Electronic Load Controller (ELC)
,
(2)Beban Konsumen + Beban Komplemen = Kapasitas Nominal Generator
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO (PLTM)
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO (PLTM) SELOLIMAN
• Pada tahun 1994 dibangun sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTM) di Kali Maron, yang selanjutnya diberi nama PLTM Kali Maron dengan kapasitas 12 KWH.
• Pada tahun 2000 kapasitas PLTM Kali Maron ditingkatkan menjadi 25 KWH.
• Interkoneksi listrik kepada Perusahaan Listrik Negara (PLN) melalui Kepmen ESDM No. 1122 K/30/MEM/2002, tanggal 12 Juni 2002.
• Pada tahun 2005 kapasitas PLTM Kali Maron ditingkatkan menjadi 30 KWH.
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
(PLTM) SELOLIMAN,
(2)• Tahun 2007 PKM bekerjasama dengan Yayasan
Lingkungan Hidup Seloliman (YLHS)
membangun PLTM kedua yang diberi nama
PLTM Wot Lemah.
• PLTM Wot Lemah ini sendiri memiliki
kapasitas daya sebesar 20 KWH yang juga
diinterkoneksikan dengan jaringan PLN.
Daya Terbangkit dan Daya Tersalur
PLTM Konsumen Total (KW) PLN (KW) Masyarakat (KW) Kalimaron 20 5 25 Wot Lemah 18.5 1.5 20Tabel Daya Tersalur PLTM pada Siang Hari
PLTM Konsumen Total (KW)
PLN (KW) Masyarakat (KW)
Kalimaron 15 10 25
Wot Lemah 15 5 20
PLTM Kalimaron
Spesifikasi Bangunan Sipil
Bangunan Keterangan
Tinggi kotor 15 m Tinggi bersih 14 m
Design flow 305 lt/detik Daya listrik 30 kW
Tipe intake Off-take dari saluran irigasi Sungai Kalimaron
Bak pengendap Satu bak pengendap lebar 3 m, panjang 20 m dilengkapi dengan dinding pelimpah
Headrace Saluran terbuka dari pasangan batu sepanjang 150 m dan saluran tertanam (pipa paralon) sepanjang 70 m
Spillway Terpadu dengan bak pengendap dan saringan “tyrolean” Pipa pesat Pipa dari pelat diameter: 380 mm, panjang 45 m
Powerhouse Bangunan tembok dengan pondasi beton atap asbes, ukuran lantai: 4 x 3
PLTM Kalimaron
Spesifikasi Peralatan Elektrikal
Komponen Spesifikasi
Jumlah pembangkit 1
Tipe turbin Crossflow, T14
Tinggi bersih 14 m
Design flow 305 lt/detik
Diameter runner 300 mm
Kecepatan putar turbin 573/750 rpm Eisiensi maksimum turbin 80%
Tipe generator Sinkron
Drive Belt datar
Kapasitas generator 40 kVA Kecepatan putar generator 1500 rpm Efisiensi maksimum generator 90%
Generator Sinkron
name plate• Rating daya 40 kVA • Power factor 0.8
• Tegangan 400/231 V
• Arus Beban Penuh 57.7 A • Kecepatan putar 1500 rpm • Frekuensi 50 Hz
• Eksitasi 27 V, 2.15 A
Tahun pembuatan 1994, di bawah lisensi dari A. Van Kaick, Neu-Isenburg GmbH&60, D-6078 Neu Neu-Isenburg West Germany.
Electronic Load Controller (ELC) GP
STARCCT1-25kW
Komponen utamanya • Frequency Trip Board
(FTB)
• Kontaktor
• Silicone Controlled
Rectifier (SCR)
• Trafo Arus Sensing (CTS) & Sensing Resistor (R)
Modul Mainscon
Merupakan pengontrol sekaligus protektor pembangkit untuk sistem interkoneksi dengan grid. Pembangkit yang sebelumnya menggunakan ELC dengan tambahan alat ini dapat bekerja secaraisolated dan
ANALISA KERJA ELECTRONIC LOAD
CONTROLLER (ELC) DAN
PERHITUNGAN PARAMETER BALLAST
Daya Terbangkit
Berdasarkan data-data spesifikasi bangunan sipil dan peralatan elektrikal pada PLTM Kalimaron, diketahui;
• Konstanta gravitasi (k) = 9.8 m/ • Efisiensi maksimum turbin = 80%
• Esisiensi maksimum generator = 90%
• Head (H) = 14 m
• Debit air (Q) = 305 lt/detik
= 0.305 m3/detik Maka potensi daya terbangkit dari PLTM Kalimaron
adalah sebesar
P = 9.8 x 0.8 x 0.9 x 14 x 0.305 = 30.12912 kW
Keterkaitan Fluktuasi Beban Terhadap
Perubahan Frekuensi
• Kondisi ideal, daya terbangkit dari generator sama dengan konsumsi daya pada beban.
Tm = Te
• Namun pada prakteknya, kondisi beban seringkali akan mengalami fluktuasi, sehingga terdapat selisih daya
antara sisi generator dengan sisi beban Tm = Te + Ta
Dimana Ta = M x
Keterkaitan Fluktuasi Beban Terhadap
Perubahan Frekuensi
• Tm – Te = Ta < 0, maka
< 0, sehingga
frekuensi akan turun.
• Tm – Te = Ta > 0, maka
> 0, sehingga
frekuensi akan naik.
ELC sebagai Penyeimbang Beban
Secara umum sebuah ELC terdiri atas 3 buah
komponen utama yaitu;
• Current Transformer (transformator arus)
• Thyristor
ELC sebagai Penyeimbang Beban
ELC pada PLTM Kalimaron
• ELC pada PLTM Kalimaron bekerja tidak
sebagaimana ELC pada umumnya seperti halnya pada PLTM yang lain. ELC hanya difungsikan
sebagai pengontrol pembuangan daya ke ballast
load pada saat pembangkit belum siap untuk
dihubungkan ke jaringan.
• Dimana pada saat sinkronisasi nilai tegangan dan frekuensi untuk sesaat belum mencapai nilai
nominal yang diijinkan untuk diparalelkan dengan jaringan. Oleh karena itu, daya yang dihasilkan
oleh generator pada kondisi ini akan dialirkan menuju ke ballast load untuk dibuang sebagai
Pembukaan katup turbin
Generator berputar, daya
terbangkit Penambahan atau pengurangan arus medan oleh AVR
V & f sesuai rating?
Daya dibuang ke Ballast
Load
Kontaktor terhubung
Mainscon Interkoneksi dengan Grid dan Pelanggan
PANEL ELC
Mekanisme Proses Pengoperasian dan
Interkoneksi PLTM Kalimaron
Kapasitas Ballast Load
• Pembuangan daya ke ballast load tidak lebih
besar daripada daya yang masih tersalur
kepada konsumen (untuk pembangkit yang
tidak terinterkoneksi dengan jaringan).
• Penentuan besarnya kapasitas daya terbuang
ke ballast load dapat ditentukan melalui
besarnya arus yang dilewatkan oleh thyristor
dan besarnya beban resistif yang dipakai
sebagai ballast load, sehingga:
Perhitungan Ballast Load pada PLTM
Kalimaron
Pada PLTM Kalimaron ditentukan bahwa
kapasitas ballast load yang dipakai adalah
sebesar 30% dari total daya terbangkit untuk
proses interkoneksi dengan jaringan.
Besarnya daya yang akan dibuang ke ballast load
Perhitungan Parameter Ballast Load pada
PLTM Kalimaron,
(2)• Besar arus pada ballast load 30%;
• Besarnya komponen resistif yang dipasang
sebagai ballast load
Perhitungan Ballast Load pada PLTM
Kalimaron,
(3)Dari perhitungan di atas diperoleh bahwa
besarnya arus yang dialirkan ELC menuju ballast
load pada saat kapasitas ballast mencapai 30%
adalah sebesar 13.67 ampere. Atau dengan kata
lain, ELC hanya akan mengalirkan arus pada
range 0 ampere (minimum ballast 0%) hingga
13.67
ampere
(maksimum
ballast
30%).
Sedangkan besarnya komponen resistif yang
harus dipasang sebagai ballast load adalah
sebesar 16.09 Ω per fasa.
Kesimpulan
1. Mekanisme kerja dari ELC pada PLTM Kalimaron berbeda dengan mekanisme kerja ELC PLTM pada umumnya. Pada PLTM Kalimaron, ELC hanya bekerja pada saat pembangkit mulai dijalankan. ELC difungsikan untuk pembuangan beban ke ballast load selama pembangkit belum siap untuk interkoneksi dengan jaringan. Setelah pembangkit terinterkoneksi, maka secara otomatis ELC akan berhenti bekerja dan tidak ada daya yang dibuang ke ballast load.
2. Penentuan kapasitas ballast load perlu diperhatikan dalam upaya memaksimalkan efektifitas pengaturan keseimbangan daya terbangkit dengan daya terpakai oleh konsumen, sehingga nilai pembuangan daya ke
Kesimpulan
3. Berdasarkan hasil perhitungan untuk kapasitas ballast load sebesar 30% dari potensi daya terbangkit pada PLTM Kalimaron, diperoleh besarnya komponen resistif yang harus dipasang adalah sebesar 16.09 Ω per fasa, dengan range arus yang dialirkan ELC sebesar berada pada nilai antara 0-13.67 Ampere.
4. Dengan metode perhitungan yang sama maka dapat ditentukan berapa besaran arus, besaran komponen resistif
ballast load serta setting untuk besarnya kapasitas ballast load yang lain.
Saran
1. Melihat kenyataan bahwa ballast load hanya difungsikan untuk membuang daya pada saat proses sinkronisasi PTM, maka ada baiknya jika dilakukan pengembangan lebih lanjut terhadap
ballast load. Hal ini akan bermanfaat sehingga
kelebihan daya yang dibuang dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang lain.
2. Ballast load yang dipergunakan pada PLTM
Kalimaron ini merupakan beban resistif (R), sehingga disarankan untuk penelitian-penelitian selanjutnya diharapkan dapat menganalisa jika beban ballast yang dipergunakan adalah beban induktif (L), kapasitif (C) maupun kombinasi dari ketiganya.
DAFTAR PUSTAKA
• Hasan, Achmad, “Pengontrol Beban Elektronik pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro”, P3 Teknologi Konversi dan Konservasi Energi, Deputi Teknologi Informasi, Energi, Material dan
Lingkungan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. • Kadir, Abdul,”Mesin Sinkron”, Penerbit Djambatan, 1999.
• Marsudi, Djiteng, “Pembangkitan Energi Listrik”, Penerbit Erlangga, 2005.
• Marsudi, Djiteng, “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Penerbit Graha Ilmu, 2006.
• PT. Heksa Pradana Teknik, “Buku Manual Operasi dan Perawatan
PLTMH Maron PPLH Seloliman”, Bandung, 2000.
• PT. Heksa Pradana Teknik, “Suplemen Buku Manual Interkoneksi
dengan Mainscon MC-301Pembangkit Listrik Tenga Mikrohidro Maron.”, Bandung, 2003.
• Pusat Pendidikan Lingkungan Hidup, “Pembangkitan Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH)”, Pusat Pendidikan Lingkungan Hidup (PPLH)
Seloliman, Trawas Mojokerto, 2007.
