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