TUGAS BESAR
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS
Diajukan untuk memenuhi tugas besar mata kuliah Pembangkit Energi Elektrik
Dosen : Syahrial M.T.
Disusun oleh :
M. Robbie K. 11.2011.026
Fauzi Hadianto 11.2011.030
Ahmad Robby N.M 11.2011.031
Agytia Indrajaya 11.2011.032
Aulia N.F 11.2011.033
M. Ramdhan 11.2011.035
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL
BANDUNG
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Sejalan dengan berlangsungnya waktu, sumber daya manusia yang terus bertambah ini akan menyebabkan suatu peristiwa kebutuhan sumber daya alam yang semakin meningkat. Salah satu dari kebutuhan yang sangat penting di dunia ini adalah sumber energi listrik, Di mana pada jaman modern ini bisa dikatakan bahwa segala sesuatu selalu berhubungan dengan yang namanya listrik. Tidak dapat dipungkiri bahwa semakin sulitnya menyalurkan energi listrik ini dalam jumlah banyak, terbukti adanya jadwal pemadaman listrik secara bergilir untuk beberapa wilayah guna mengurangi pemakaian listrik.
Di negara Indonesia sedang dalam proses pemenuhan kebutuhan dari pasokan listrik, sehingga para ilmuwan dan pihak pemerintah sedang menjalankan suatu solusi dimana akan membangun Pembangkit Listrik dengan bahan baku yang tidak hanya minyak. Kita tahu bahwa Pembangkit listrik yang jumlahnya sangat banyak di Indonesia dan mungkin seluruh dunia ialah menggunakan bahan bakar solar, mengingat bahwa ironisnya solar merupakan SDM yang tidak dapat diperbaharui dan mulai sedikit keberadaannya.
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan salah satu pembangkit listrik yang memanfaatkan bahan bakar gas. Dalam proses menghasilkan energi listrik, Pembangkit Listrik Tenaga Gas memiliki beberapa komponen utama antara lain Kompresor, Turbin Gas, Combuster, dan Generator. Semua komponen tersebut terintegrasi menjadi satu kesatuan sistem unit yang bekerja untuk dapat menghasilkan listrik. Dalam proses produksinya, unit PLTG sangat dipengaruhi oleh evaluasi kinerja
dari setiap komponen komponen yang terlibat di dalam unit PLTG tersebut.
Dari pernyataan diatas, sehingga penulis akan menjelaskan tentang Pembangkit Listrik Tenaga Gas secara detail di bab selanjutnya.
1.2.Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang di atas dapat diberikan perumusan masalah sebagai berikut:
1. Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas ? 2. Definisi PLTG ?
4. Siklus PLTG ?
5. Instrumentasi dan Sistem Proteksi PLTG ? 6. Operasi PLTG
7. Sistem Kelistrikan PLTG ? 8. Single Line Diagram PLTG ? 9. Layout PLTG ?
10.Kelebihan dan kekurangan PLTG ?
1.3.Tujuan Penulisan
Dari rumusan masalah diatas, dapat disimpulkan bahwa tujuan pembuatan makalah ini agar dapat mengetahui :
1. Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas 2. Definisi PLTG
3. Prinsip Kerja dari PLTG 4. Siklus PLTG
5. Instrumentasi dan Sistem Proteksi PLTG 6. Operasi PLTG
7. Sistem Kelistrikan PLTG
8. Single Line Diagram PLTG 9. Layout PLTG
10.Kelebihan dan kekurangan PLTG
1.4.Manfaat Penulisan
Penulisan tugas besar ini, supaya penulis dan pembaca bisa lebih memahami tentang pembangkit listrik tenaga gas, beserta sistem operasi dari PLTG.
1.5.Pembatasan Masalah
1.6.Sistematika Penulisan
BAB I
PENDAHULUAN
: Pada bab ini penulis akan membahas tentang latar
belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, pembatasan masalah serta
sistematika penulisan.
BAB II
TEORI DASAR
: Pada bab ini akan menjelaskan : Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas, Definisi PLTG, Prinsip Kerja dari PLTG, Siklus PLTG, Instrumentasi dan Sistem Proteksi PLTG, Operasi PLTG, Sistem Kelistrikan PLTG, Single Line Diagram PLTG, Layout PLTG, serta Kelebihan dan kekurangan PLTG.
BAB III
METODELOGI
: Pada bab ini penulis menjelaskan perancangan PLTG yang diambil dari contoh soal tentang PLTG.
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TEORI DASAR
2.1.Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas
Teknologi transmisi dan distribusi jaringan listrik hampir tidak mengalami perubahan selama 100 tahun. Sementara teknologi lain seperti media digital pribadi dan energi yang terdistribusi sudah sangat berkembang, dan perkembangan tersebut gagal diikuti oleh teknologi jaringan listrik. Pada sisi transmisi, yang menjadi permasalahan adalah cukupkah transmisi yang ada untuk mengalirkan listrik yang bersumber dari energi terbarukan ke dalam jaringan transmisi dan distribusi. Karena banyak sumber energi terbarukan yang terletak di lokasi yang sangat jauh dari pusat beban. Untuk saat ini, ada beberapa teknologi jaringan listrik yang bisa dipertimbangkan para pengembang jaringan, yaitu HVDC dan kabel berteknologi nano. High Voltage Direct Current (HVDC), meski bukan merupakan konsep baru, tetapi di Amerika Serikat menjadi perhatian seiring dengan banyaknya energi listrik yang bersumber dari energi terbarukan yang harus dikirimkan kepada beban.
Sektor distribusi menghadapi masalah yang lain lagi, meteran dan laju beban yang bisa timbul dengan adanya pembangkit-pembangkit listrik energi terbarukan skala kecil. Artinya, dibutuhkan sistem jaringan listrik yang ”cerdas”. Untuk mengatur dan mengendalikan listrik masuk ke dalamnya, peralatan pengatur interaktif, pengawasan jaringan, fasilitas penyimpanan energi dan sistem yang bisa memberikan respon adanya permintaan perlu diterapkan. Meng-upgrade infrastruktur transmisi dan distribusi tidak
murah dan tidak bisa dapat dilakukan dalam waktu dekat. Menurut Electric Power Research Institute, biaya yang diperlukan untuk upgrading jaringan dengan teknologi
”cerdas” sebesar US$ 100 milyar. Penyedia listrik dan jaringan akan membayar mahal untuk upgrading tersebut, sama halnya dengan para pelanggannya yang akan membayar lebih mahal. Tetapi, walau bagaimanapun, besarnya biaya yang dibutuhkan untuk upgrade sebanding dengan dampak ekonomi yang akan terjadi jika terjadi kegagalan jaringan listrik. Sebagai contoh, di tahun 2003 sebagian wilayah utara Amerika Serikat mengalami black out dan kerugian yang dialami sekitar US$ 6 milyar hanya untuk beberapa hari.
150 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET).
2.2.Definisi PLTG
Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya.
2.3.Cara Kerja PLTG
Gambar 2.1 Skema PLTG
Apabila kita berbicara tentang PLTG maka kita harus berpikir tentang open cycle. Pada open cycle dimulai dari pemompaan bahan bakar dan pemasukan udara dari intake air filter menuju combuster. Di combuster campuran bahan bakar dan udara disemprotkan oleh nozzle sehingga di ruang bakar terjadi pembakaran. Pembakaran tadi akan memutar turbin gas yang selanjutnya akan memutar generator yang akan menghasilkan energi listrik.
Gambar 2.2 Diagram siklus Brayton
Pada Gambar 2.25 dijelaskan bahwa mula-mula udara dari atmosfir ditekan di dalam kompresor hingga temperature dan tekanannya naik dan proses ini biasa disebut dengan proses kompresi dimana sebagian udara yang dihasilkan ini digunakan sebagai udara pembakaran dan sebagiannya digunakan untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas. Didalam ruang bakar sebagian udara pembakaran tersebut akan bercampur dengan bahan bakar yang diinjeksikan kedalamnya dan dipicu dengan spark plug akan menghasilkan proses pembakaran hingga menghasilkan gas panas (energi panas) dengan temperature dan tekanan yang tinggi, dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas
panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin
digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik. Ada beberapa macam siklus kerja turbin gas sebagai berikut: 1. Turbin gas siklus terbuka (open cycle)
Gambar 2.3 Turbin Gas siklus terbuka
2. Turbin gas siklus tertutup (closed cycle)
Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dialirkan ke kedalam penukar panas (heat
rejected) untuk didinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau udara hingga temperaturnya turun dan dialirkan lagi kedalam sisi masuk (suction)
kompresor untuk dikompresi lagi, yang ditunjukkan seperti pada Gambar 2.4.
3. Turbin gas siklus terbuka dilengkapi dengan regenerator
Seperti pada kedua proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang
diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan
atmosfir, selanjutnya gas bekas (flue gas) ini dialirkan kedalam heat exchanger yang dikenal dengan istilah regenerator dimana didalamnya gas bekas ini digunakan untuk memanaskan udara keluar kompresor sebelum digunakan sebagai udara pembakaran didalam ruang bakar (combustion chamber), seperti ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Turbin gas siklus terbuka dengan regenerator
4. Turbin gas siklus terbuka dilengkapi dengan intercooler, regenerator dan reheater
Pada siklus ini baik kompresor maupun turbin gas masing-masing terdiri dari 2 (dua) bagian yang terpisah dan biasa disebut dengan kompresor tekanan rendah dan kompresor tekanan tinggi serta turbin gas tekanan rendah dan turbin gas tekanan tinggi. Aliran udara dan gas-gas yang dihasilkan dapat dijelaskan sebagai berikut, mula-mula udara atmosfir masuk kedalam kompresor tekanan rendah untuk dikompresi, dari udara tekan yang dihasilkan dialirkan kedalam intercooler untuk didinginkan hingga menghasilkan temperature dan
kelembaban serta tekanan yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau media pendingin lainnya, dari sini udara tersebut dialirkan ke
Dari keluaran kompresor tekanan tinggi udara tersebut dialirkan kedalam regenerator untuk mendapatkan temperature yang lebih tinggi lagi
yang bertujuan untuk memudahkan terjadinya proses pembakaran dengan melalui media pemanas gas bekas/buang (flue gas) yang memanfaatkan gas
bekas hasil dari turbin tekanan rendah. Selanjutnya udara keluaran dari regenerator dialirkan kedalam ruang bakar utama (primary combustionchamber) yang menghasilkan proses pembakaran dan dari proses ini dihasilkan gas panas yang digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi, hasil ekspansi gas panas dari turbin tekanan tinggi ini berupa gas bekas (flue gas) dialirkan kedalam ruang bakar kedua (secondary combustion chamber) dan biasa disebut juga dengan reheater chamber yang selanjutnya gas bekas tersebut digunakan untuk udara pembakaran didalamnya yang mampu menghasilkan gas panas lagi dan digunakan untuk memutar turbin tekanan rendah, siklustersebut diatas seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 2.6 Turbin gas siklus terbuka dengan intercooler, regenerator dan reheater
untuk beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan baik, seperti:
1. Sistem pelumas (lube oil system). 2. Sistem bahan bakar (fuel system).
3. Sistem pendingin (cooler system).
4. Sistem udara kontrol (air control system). 5. Sistem hidrolik (hydraulic system). 6. Sistem udara tekan (air pressure system).
7. Sistem udara pengkabutan (atomizing air system).
2.4.Instrumensasi dan Sistem Proteksi PLTG
A. Kompresor Utama
Kompresor utama adalah kompesor aksial yang berguna untuk memasok udara bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai dengan kebutuhan. Kapasitas kompresor harus cukup besar karena pasokan udara lebih (excess air) untuk turbin gas dapat mencapai 350 %. Disamping untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, udara lebih ini digunakan untuk pendingin dan menurunkan suhu gas hasil pembakaran.
B. Inlet Guide Vanes (IGV)
Pada kompresor berkapasitas besar, diisi udara masuk kompresor, yaitu pada inlet guide vanes dipasang variabel IGV, sedangkan pada kompresor berukuran kecil umumnya dipasang Fixed Guide Vanes. Variabel IGV berfungsi untuk mengatur
volume udara yang dikompresikan sesuai dengan kebutuhan atau beban turbin. Pada saat Start Up, IGV juga berfungsi untuk mengurangi surge. Pada saat stop dan selama
start up, IGV tertutup ( pada unit tertentu, posisi IGV 34-48% ), kemudian secara bertahap membuka seiring dengan meningkatnya beban turbin. Pada beban turbin tertentu, IGV terbuka penuh (83-92%). Selama stop normal IGV perlahan-lahan ditutup bersamaan dengan turunnya beban, sedangkan pada stop emergency, IGV tertutup bersamaan dengan tertutupnya katup bahan bakar.
C. Combustion Chamber
Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustion basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Di dalam Combustion Chamber dipasang komponen-komponen
untuk proses pembakaran beserta sarana penunjangnya, diantaranya: Fuel Nozzle, Combustion Liner, Transition Piece, Igniter, Flame Detektor
D. Turbin Gas
Turbin Gas berfungsi untuk membangkitkan energi mekanis dari sumber energi panas yang dihasilkan pada proses pembakaran. Selanjutnya energi mekanis ini akan digunakan untuk memutar generator listrik baik melalui perantaraan Load Gear atau tidak, sehingga diperoleh energi listrik. Bagian-bagian utama Turbin Gas adalah: Sudu Tetap, Sudu Jalan, Saluran Gas Buang, Saluran Udara Pendingin, Batalan, Auxiallary Gear.
Gambar Turibn Gas
E. Load Gear
Load Gear atau main Gear adalah roda gigi penurun kecepatan putaran yang dipasang
diantara poros Turbin Compressor dengan poros Generator. Jaringan listrik di Indonesia. Memilii frekwensi 50 Hz, sehngga putaran tertinggi generator adalah 3000
RPM, sedangkan putaran turbin ada yang 4800 RPM atau lebih.
F. Alat Bantu
yang pada saat start up belum menghasilkan tenaga bahkan belum berputar. Oleh karenanya, pada saat start up perlu ada tenaga penggerak lain yang dapat diperoleh dari
: Motor generator, Motor Listrik, Mesin Diesel
Peralatan pendukung PLTG
Berikut adalah peralatan pendukung yang digunakan dalam kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG):
a. Air intake. Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor.
b. Blow off valve. Benrfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk kedalam kompressor utama atau membuang sebagian udari dari tingkat tertentu untuk menghindari terjadi stall tekanan udara yang besar dan tiba-tiba terhadap suhu kompresor yang menyebabkan patahnya suhu kompresor)
c. VIGV (Variavle Inlet Guide Fan) Berdungsi penyalaan awal atau start up. Campuran bahan bakar dengan udara dapat menyala oleh percikan bunga api dari ignitor yang terpasang di dekat fuel nozzle burner dan campuran bahan bakar menggunakan bahan bakar propane atau LPG
d. Lube oil system. Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin
bearing-bearing seperti beraring turbin, kompressor, generator. Memberikan minyak pelumas ke jacking oil system, memberikan suplai minyak pelumas ke power oil system. Sistem pelumas di dinginkan oleh pendingin siklus tertutup.
e. Hydraulic Rotor Varring. Rotor bearing system terdiri dari : DC pump, Manual
Pump, Constant pressure valve, pilot valve, hydraulic piston rotor barring. Rotor barring beroperasi pada saat unit stand by dan unit shutdown (selesai operasi). Rotor barring on < 1 rpm. Akibat yang timbul apabila rotor barring bermasalah ialah rotor
bengkok dan pada saat start up akan timbul vibrasi yang tinggi dan dapat menyebabkan gas turbin trip.
g. Power Oil System berfungsi mensuplai minyak pelumas ke:
- Hydraulic piston untuk menggerakan VIGV
- Control-control valve (CV untuk bahan bakar dan CV untuk air)
- Protection dan safety system (trip valve staging valve)
Terdiri dari 2 buah pompa yang digerakan oleh 2 motor AC.
Jacking Oil System berfungsi mensuplai minyak ke journal bearing saat unit shut down atau standby dengan tekanan yang tinggi dan membentuk lapisan film di bearing.
Terdiri dari 6 cylinder piston-piston yang mensuplai ke line-line:
- Dua line mensuplai minyak pelumas ke journal bearing.
- Dua line mensuplai minyak pelumas ke compressor journal bearing.
- Satu line mensuplai minyak pelumas ke drive end generator journal bearing.
- Satu line mensuplai minyak pelumas ke non drive end generator journal bearing.
Filosofi dasar dari sistem proteksi adalah bagaimana melindungi sistem tenaga listrik dari ekses gangguan yang terjadi pada sistem dengan cara memisahkan gangguan tersebut dari sistem lainnya dengan cepat dan tepat. Kualitas sistem proteksi yang diinginkan adalah yang cepat,sensitif,selektif dan andal. Cepat berarti, reaksi sistem proteksi tersebut harus secepat mungkin memisahkan daerah yang terganggu dari sistem lainnya, tanpa menimbulkan hal-hal lain yang menimbulkan bentuk gangguan baru pada sistem. Sensitif berarti, sistem proteksi tersebut bereaksi terhadap gangguan yang bagaimanapun kecilnya selama gangguan tersebut termasuk dalam tugasnya. Selektif berarti, sistem proteksi tersebut harus bereaksi dengan tepat, sehingga yang dipisahkan dari sistem hanya bagian yang terganggu, tanpa menyebabkan bagian lain yang tidak seharusnya terpisah dari sistem turut dipisahkan dari sistem.
diperuntukkan kepadanya bagaimanapun besarnya gangguan tersebut, sedangkan keandalan dengan konsep dependability berarti suatu kepastian bahwa sistem proteksi pasti bereaksi untuk kondisi yang dirasakan sebagai kondisi gangguan.
Dalam banyak sistem kedua hal di atas tidak mungkin kedua duanya dipenuhi 100%,
sehingga banyak sistem yang merupakan sistem kompromi antar keduannya.
Kesederhanaan, dimana digunakan peralatan dan rangkaian yang sederhana akan tetapi tujuan tercapai. Ekonomis, dimana dengan biaya yang minimum dapat dicapai fungsi proteksi yang maksimum.
2.4.1 Alat Sensor
Alat sensor berfungsi untuk mendeteksi perubahan parameter pada sistem dari peralatan yang diproteksi. Alat sensor ini berupa VT (voltage transformer) dan CT (current transformer).
2.4.2 Relay Proteksi
Pada PLTG GE relay proteksi yang digunakan adalah relay numeric yang mana dikendalikan oleh sebuah microprocessor. Relay numeric atau relay digital yang digunakan adalah DGP System. DGP system adalah sebuah mikroprosesor yang dikombinasikan dengan relay digital di mana menggunakan sampling bentuk gelombang dari arus dan tegangan input untuk keperluan proteksi, control, dan memonitor generator. Sampling tadi digunakan untuk menghitung arus dan phasa tegangan yang mana digunakan untuk fungsi alogaritma proteksi. DGP System menggunakan interface MMI (Man Machine Interface) dan DGP LINK software
komunikasi yang sesuai dengan GE digital relay system.
Di bawah ini beberapa fungsi proteksi yang ada pada DGP System : 1. Stator Differential (87G)
2. Current Unbalance (46)
3. Loss of Exicitation (40)
4. Antimotoring (32-1)
5. Time overcurrent with voltage restraint (51V)
6. Stator Ground (64G1)
8. Over exicitation (24)
9. Overvoltage (59)
10. Undervoltager (27)
11. Over and Undefrequency (81)
12. Voltage Transformer Fuse Failure (VTFF)
Stator Differential
Fungsi ini menyediakan Proteksi dengan kecepatan tinggi selama terjadi gangguan
phasa-phasa, dan tiga phasa didalam stator generator. Stator differential menggunakan sebuah produk restraint alogaritma dengan dual slope karakteristik. Stator differential tidak akan bekerja untuk gangguan berulang pada belitan mesin. Ini juga tidak akan bekerja untuk ganguan satu fasa ketanah, jika sistem tersebut tidak ditanahkan atau ditanahkan dengan impedansi yang tinggi. Proteksi terhadap hubung tanah akan berfungsi jika netral dari mesin ( atau salah satu mesin yang dioperasikan parallel) ditanahkan. Sebuah bagian kecil dari belitan sampai titik netral tidak dapat diproteksi, jumlah gangguan sangat ditentukan dari tegangan yang dapat menyebabkan arus pick-up minimum yang mengalir sampai titik netral dan impedansi pentanahan. Peralatan pembatas arus pada rangkaian netral tanah akan meningkatkan impedansi netral dan akan menurunkan fungsi proteksi gangguan tanah.
Current Unbalance
dioperasikan oleh komponen urutan negative (I2) disesuaikan dengan pick-up dan time delay.
Loss of Excitation
Fungsi ini digunakan untuk mendeteksi kekurangan eksitasi pada mesin sinkron. DGP sistem memasukkan dua karakteristik mho, untuk mendeteksi mesin, tiap bagian disesuaikan jangkauan, waktu mati dan pewaktuan. Logika disediakan dalam DGP system untuk memblok fungsi ini dari adanya tegangan urutan negative ( dideteksi oleh sebuah Voltage transformer fuse failure condition) dan sebuah
eksternal VTFF Digital input DI6. Eksitasi dapat hilang karena tripnya field breaker, rangkaian terbuka atau hubung singkat pada belitan medan, kerusakan pada
regulator, atau hilangnya sumber untuk meyupplai belitan medan. Ketika sebuah generator sinkron kehilangan eksitasi, ini cenderung membuatnya menjadi sebuah generator induksi. Jika ini berlangsung pada kecepatan normal, beroperasi dengan daya yang berkurang, dan penerimaan daya reaktif (VARS) dari sistem. Impedansi ini dilihat oleh relay, relay melihat generator bukan sebagai gangguan tetapi merupakan karakteristik mesin. Aliran daya sebelumnya berkurang akibat eksitasi. Studi mengindikasi bahwa fungsi dari zona mho dapat diset untuk mendeteksi kasus kegagalan eksitasi dalam waktu yang singkat. Dan zona kedua dapat mendeteksi semua kasus kegagalan eksitasi. Setting waktu yang lama dibutuhkan oleh second zone (40-2) untuk keamanan selama kondisi ayunan daya untuk sistem stabil.
Anti Motoring
Fungsi ini untuk mengatasi terjadinya aliran daya aktif dari sistem ke generator. Kondisi ini terjadi saat semua atau sebagian prime mover hilang daya putarnya, dan saat itu juga daya yang dibangkitkan kurang dari daya beban. Daya aktif / nyata akan mulai mengalir ke dalam generator dari sistem. Motoring power secara khusus membedakan jenis penggerak mula seperti yang ditunjukkan oleh Tabel di bawah. Untuk spesifikasi penggunaan, minimum penggerak daya dari generator dapat diperoleh dari supply setiap unit.
Time overcurrent with voltage restraint (51V)
Sebuah sistem harus dapat dilindungi dari gangguan, untuk itu time overcurrent with
voltage restraint yang terdapat pada DGP sistem berfungsi untuk sebagai back up protection.
Stator Ground (64G1)
Fungsi ini untuk mendeteksi adanya gangguan stator ground fault dengan sebuah impedansi ground yang tinggi pada generator. Pada keadaan normal netral dari belitan stator mempunyai potensial tertutup terhadap ground.
Ground Overcurrent ( 51 GN)
Fungsi ini untuk mengatasi adanya arus lebih yang terjadi akibat adanya hubung singkat pada generator. Prinsip kerja dari Ground over current sama dengan prinsip kerja overcurrent relay.
Over exicitation (24)
Fungsi ini untuk mengatasi arus eksitasi yang berlebih pada rotor, eksitasi yang lebih pada generator dapat menaikkan temperatur pada belitan stator akibat arus yang besar sehingga dapat merusak belitan rotor.
Over Voltage
Fungsi ini untuk mengatasi adanya tegangan lebih pada generator. Tegangan yang
berlebih yang melampaui dari batas maksimum yang diijinkan dapat menyebabkan kerusakan isolasi dari belitan stator dan berakibat pada hubung singkat antara
belitan. Selain itu overvoltage dapat mengakibatkan terjadinya overspeed dan merusak pengatur tegangan otomatis (AVR).
Under Voltage
Over and Under Frequency
Fungsi ini untuk mendeteksi frekuensi generator, under frequensi dapat meyebabkan
membukanya CB sehingga perlu dideteksi, untuk mengatasinya dengan dilakukan dengan menyeimbangkan beban dengan daya yang dibangkitkan. Over frequency
dapat meyebabkan over speed, overvoltage sehingga dapat membahayakan generator.
Voltage Transformer Fuse Failure (VTFF)
Fungsi ini dapat operate untuk semua Partial loss dari tegangan AC yang disebabkan satu atau lebih blown fuses, jika tegangan AC hilang negative squence voltage detektor akan pickup dan positive squence detector akan akan drop out.
2.4.3 Circuit Breaker dan Sumber DC
Circuit breaker berfungsi sebagai switch atau saklar yang memutuskan dan menghubungkan peralatan yang diproteksi dari sistem. Circuit breaker bekerja berdasarkan perintah dari relay.
Sumber DC yang digunakan pada sistem proteksi Generator PLTG GE berasal dari sebuah batterai dengan tegangan 125 volt.
2.4.4 Gangguan Pada Generator
Gangguan pada generator dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Gangguan Listrik (electric fault)
2. Gangguan Mekanis/Panas (mechanical thermal fault)
3. Gangguan Sistem (system fault)
Gangguan Listrik (electrical fault)
Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi akibat gangguan pada bagian listrik dari generator. Gangguan ini meliputi :
a. Hubung singkat tiga fasa
b. Hubung singkat dua fasa
c. Hubung singkat belitan stator ke tanah ( Stator ground fault )
Kerusakan pada gangguan dua fasa dapat diperbaiki dengan menyambung (laping) atau
yang bunga api dan merusak isolasi serta inti besi. Kerusakan ini sangat fatal dan memerlukan perbaikan total.
d. Hubung singkat belitan rotor hubung tanah (rotor ground fault)
Jika terjadi hubungsingkat satu titik ketanah belum memberikan pengaruh terhadap
roror, namun jika hubung singkat ketanah terjadi pada dua titik maka akan seolah-olah hubung sinkat antara dua belitan. Pengaruh dari hubung singkat dua titik adalah :
Gaya tarik rotor menjadi tidak seimbang sehingga putarannya menjadi berayun
Mempercepat kerusakan bantalan.
Bisa menyebabkan gesekan antara rotor dan stator, yang menyebabkan pemanasan pada bagian yang bergesek, sehingga dapat meyebabkan sifat isolasi dari belitan stator berubah. Dan selanjutnya mentebabkan hubungsingkat antara belitan atau hung tanah pada stator.
e. Kehilangan arus eksitasi (loss excitation)
Hilangnya arus eksitasi dapat menyebabkan putaran mesin menjadi naik dan mengubah fungsi generator sinkron menjadi generator induksi. Kondisi ini akan menyebabkan
pemanasan lebih pada rotor akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor.
f. Tegangan lebih (overvoltage)
Tegangan yang berlebih yang melampaui dari batas maksimum yang diijinkan dapat menyebabkan kerusakan isolasi sari belitan stator dan berakibat pada hubung singkat antara belitan. Selain itu overvoltage dapat mengakibatkan terjadinya overspeed dan merusak pengatur tegangan otomatis (AVR).
Gangguan mekanis/panas (mechanical or thermal fault)
Jenis-jenis gangguan mekanis atau panas adalah : a. Generator berfungsi sebagai motor
Motoring adalah peristiwa berubahnya fungsi generator menjadi motor akibat adanya daya balik (reverse power)
b. Pemanasan lebih pada stator
Pemanasan lebih pada stator meyebabkan :
Kerusakan laminasi
Kendornya bagian-bagian tertentu pada generator seperti pasak-pasak stator (stator wedges), terminal /ujung belitan dan sebagainya.
c. Kesalahan paralel
Kesalahan dalam memparalelkan generator karena syarat-syarat paralel tidak terpenuhi mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling generator dan penggerak utama karena terjadinya momen puntir.
d. Gangguan pada pendingin stator
Gangguan pada pendingin stator (pendingin dengan media udara, hydrogen atau air) menyebabkan kenaikan suhu belitan stator dan berakibat pada isolasi belitan.
Gangguan sistem (system fault)
Gangguan pada system yang berakibat pada generator yaitu : a. Terjadinya pelepasan beban secara mendadak ;
Terjadinya gangguan hubung singkat baik itu tiga fasa, dua fasa, dua fasa ketanah, satu
fasa ketanah dan open circuit menyebabkan bekerjanya relay proteksi dan berakibat pada pelepasan beban. Pelepasan beban mengakibatkan daya yang dibangkitkan lebih
besar dari daya yang beban, akibatnya torka mekanik lebih besar dari torka listrik sehingga frekuensi dan tegangan generator menjadi naik.
b. Lepas sinkron (loss of syncronization)
Apabila kondisi pada point a. berlanjut terus maka akan mengakibatkan ketidak stabilan sistem. Hal ini mengakibat stress pada belitan generator dan gaya punter yang berfluktuasi dan beresonansi, sehingga akan merusak turbine dari generator. Pada kondisi ini Generator harus dilepas dari sistem.
2.5.Operasi PLTG
Secara garis besar urutan kerja dari proses operasi PLTG adalah sebagai berikut :
2. Proses kompressi. Udara dari luar kemudian dihisap melalui air inlet oleh kompresor dan masuk ke ruang bakar dengan cara dikabutkan bersama bahan bakar lewat nozzle
secara terus menerus dengan kecepatan tinggi.
3. Transformasi energi thermis ke mekanik. Kemudian udara dan bahan bakar
dikabutkan ke dalam ruang bakar diberi pengapian (ignition) oleh busi (spark plug) pada saat permulaan pembakaran. Pembakaran seterusnya terjadi terus menerus dan hasil pembakarannya berupa gas bertemperatur dan bertekanan tinggi dialirkan ke dalam cakram melalui sudu-sudu yang kemudian diubah menjadi tenaga mekanis pada perputaran porosnya.
4. Transformasi energi mekanik ke energi listrik. Poros turbin berputar hingga 5.100 rpm, yang sekaligus memutar poros generator sehingga menghasilkan tenaga listrik. Putaran turbin 5.100 rpm diturunkan oleh load gear menjadi 3.000 rpm, dan kecepatan putaran turbin ini digunakan untuk memutar generator.
Gambar 2. Layout PLTG
2.8. Kelebihan dan Kekurangan PLTG
Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa startnya singkat yaitu sekitar 15 ~ 30 menit dan umumnya dapat distart tanpa pasokan daya listrik dari luar, karena menggunakan mesin diesel sebagai penggerak awalnya. (Diesel engine motor start). Dari segi pemeliharaan, unit PLTG mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek yaitu sekitar 4000 ~ 5000 jam operasi. Selain ukuran jam operasi juga dapat dipakai jumlah start-stop sebagai acuan dalam penentuan waktu
Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) karena proses start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil pada
bagian-bagian yang disebutkan di atas. Hal ini disebabkan sewaktu unit PLTG dingin suhunya sama dengan suhu ruangan yaitu sekitar 30 oC namun pada saat beroperasi suhunya dapat
mencapai hingga 1.300 oC, demikian pula sebaliknya. Pada saat unit PLTG shut-down, porosnya harus tetap diputar secara perlahan untuk menghindari terjadinya pembengkokan pada poros hingga suhunya dianggap cukup aman untuk itu.
Dengan memperhatikan buku petunjuk dari pabrik, ada unit PLTG boleh dibebani lebih tinggi 10% dari ratingnya untuk waktu 2 jam yang diistilahkan sebagai Peak Operation. Pengoperasian dalam kondisi seperti ini perlu diperhitungkan sebagai proses pemendekan selang waktu inspeksi dan pemeliharaan karena peak operation ini menambah keausan yang terjadi pada turbin sebagai akibat kenaikan suhu operasi.
Dari segi aspek lingkungan, yang perlu mendapat perhatian adalah masalah kebisingan, jangan sampai melebihi ambang batas yang diizinkan. Masalah lainnya adalah masalah kebocoran instalasi bahan bakar yang perlu mendapat perhatian khususnya dari bahaya kebakaran.
Unit PLTG umumnya merupakan unit pembangkit dengan efisiensi yang paling rendah, yaitu sekitar 15 ~ 25 % saja. Sementara ini sedang dikembangkan penggunaan
BAB III
METODELOGI
3.1.Perancangan PLTG
Untuk membuat sebuah perancangan sistem pembangkit listrik tenaga gas, kami mengambil contoh dari soal latihan bahwa :
Gambar 3.1 Skema PLTG
PT = 800 kW
P1 = 1,01 Bar dengan T = 150C
Rasio P = 6 Siklus dengan Tmax = T4 = 7000C
ηregenerator = 75 %
Pcc = 0,15 Bar
Pregenerator = 0,15 Bar
ηCompressor = 80 %
ηturbin = 85 %
Dari data diatas sehingga kita harus bisa menentukan energi pada Compressor (Wc) dan energi pada Turbin (WT), serta menghitung kalor (Qs), effieciency thermal. Dapat kita rumuskan bahwa :
T1 = 150C + 2730C = 2880 Kelvin
Sehingga, apabila ditinjau dari siklus Brayton, maka siklusnya akan seperti berikut ini :
Gambar 3.2 Sikuls Brayton
Dari Siklus Brayton diatas sehingga dapat dijelaskan bahwa : 1 ke 2 = Kompresi Isentropik Ke Kompressor
2 ke 3 = Pemasukan panas pada tekanan konstan ( Pengganti proses pembakaran ) 3 ke 4 = Ekspansi Isentropik di turbin
BAB IV
KESIMPULAN
4.1.Kesimpulan
Dari laporan tugas besar ini penulis dapat menyimpulkan bahwa :
a. Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya.
b. Komponen Utama PLTG terdiri dari : Compressor, Combution Chamber, Turbin gas, dan generator.
c. Apabila kita berbicara tentang PLTG maka kita harus berpikir tentang open cycle. Pada open cycle dimulai dari pemompaan bahan bakar dan pemasukan udara dari
intake air filter menuju combuster. Di combuster campuran bahan bakar dan udara disemprotkan oleh nozzle sehingga di ruang bakar terjadi pembakaran. Pembakaran
