No Kode: DAR2/BIDANG STUDI/001/2/2018
BIDANG KAJIAN 2
Perencanaan Sistem Jaringan PLTMH Program Pendidikan Profesi Guru (PPG)
Penulis:
Dra. Rr. Tjahyani Busono, MT.
Dedi Purwanto, S.Pd., MPSDA
PPG DALAM JABATAN
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI 2018
Hak cipta@ Direktorat Pembelajaran, Dit Belmawa, Kemenristekdikti RI, 2018
MODUL 7:
PEMASANGAN KOMPONEN
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)
Penulis
Dra. Rr. Tjahyani Busono, MT
Daftar Isi
Daftar Isi
A. Pendahuluan B. Petunjuk Belajar
C. Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan D. Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan E. Pokok-Pokok Materi
F. Uraian Materi
1. Instalasi Pipa Pesat/ Penstock 2. Trashrack/ Saringan
3. Rumah Pembangkit dan Saluran Buang/ Tailrace 4. Instalasi Turbin dan Generator
5. Pemasangan Panel Kontrol
6. Pemasangan Jaringan Transmisi Listrik 7. Sambungan Rumah Konsumen
G. Rangkuman H. Tugas
I. Tes Formatif J. Kunci Jawaban Daftar Pustaka
A. Pendahuluan
Sistem energi dunia sedang beralih dari sistem energi berbasis fosil ke sistem energi berbasis sumber daya terbarukan (renewable energy). Berbagai alternatif telah dikaji dan dikembangkan termasuk mengalihkan pasokan energi berbasis sumber daya fosil ke sumber daya berbasis sumber daya terbarukan. Indonesia adalah negeri kaya akan potensi sumber daya alam; termasuk di dalamnya potensi energi listrik yang bersumber dari tenaga air.
Pemanfaatan air sebagai sumber energi listrik menjadi sebuah keniscayaan. Energi mikro hidro sangat potensial di wilayah Indonesia yang memiliki banyak pegunungan dan sumber air yang mengalir. Teknologi pemanfaatan energi air sebagai sumber pembangkit skala kecil disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro disingkat PLTMH, sering disebut juga Mikro hidro.
Kondisi air yang dapat digunakan sebagai sumber energi listrik harus memenuhi syarat kapasitas aliran, ketinggian tertentu, dan instalasi. Semakin besar kapasitas aliran air dan ketinggian instalas maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Kapasitas mengacu pada kapasitas aliran serta ketinggian air terhadap rumah pembangkit. Secara teknis sebuah mikro hidro memiliki tiga komponen utama yaitu air sebagai sumber energi, turbin, dan generator.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro merupakan sebuah sistem yang terdiri dari sub sistem yaitu: 1) bendungan pengalihan dan intake, 2), saluran pembawa atau headrace, 3) bak pengendap pasir atau bak penenang atau forebay, 4) pipa pesat atau penstock, 5) rumah pembangkit.Masing-masing sub sistem memiliki kekhususan sesuai fungsinya. Semua sub sistem harus dapat dikelola dengan baik, sehingga dapat berfungsi dengan baik.
B. Petunjuk Belajar
1. Baca semua isi dan petunjuk pembelajaran modul mulai halaman judul hingga akhir modul ini. Ikuti semua petunjuk pembelajaran yang harus diikuti pada setiap Kegiatan Belajar
2. Belajar dan bekerjalah dengan penuh tanggung jawab dan sepenuh hati, baik secara kelompok maupun individual sesuai dengan tugas yang diberikan.
3. Kerjakan semua tugas yang diberikan dan kumpulkan sebanyak mungkin informasi yang dibutuhkan untuk meningkatkan pemahaman Anda terhadap modul ini.
4. Jagalah keselamatan dan keamanan kerja dan peralatan baik di kelas, laboratorium maupun di lapangan.
5. Laporkan semua pengalaman belajar yang Ana peroleh baik tertulis maupun lisan sesuai dengan tugas setiap modul.
C. Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan
Setelah mempelajari kegiatan belajar ini Anda akan dapat memasang komponen pembangkit listrik tenaga hidro
D. Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan
Setelah mempelajari kegiatan belajar ini Anda akan dapat:
1. Memasang komponen-komponen sipil 2. Memasang turbin dan generator 3. Memasang panel kontrol
4. Memasang sambungan rumah konsumen
E. Pokok-Pokok Materi 1. Instalasi Pipa Pesat/ Penstock 2. Trashrack/ Saringan
3. Rumah Pembangkit dan Saluran Buang/ Tailrace 4. Instalasi Turbin dan Generator
5. Pemasangan Panel Kontrol
6. Pemasangan Jaringan Transmisi Listrik 7. Sambungan Rumah Konsumen
F. Uraian Materi
1. Instalasi Pipa Pesat/Penstock
Pemasangan dan konstruksi struktur sipil kebanyakan telah dijelaskan dalam gambar desain, sehingga material yang digunakan maupun cara pemasangannya harus mengacu kepada gambar desain tersebut. Namun berdasarkan pengalaman dilapangan ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemasangan komponen tertentu sehingga diharapkan dapat mempermudah pekerjaan dengan kualiatas yang baik.
1) Fungsi dan tipe pipa pesat
a) Fungsi pipa pesat adalah mengalirkan air dari bak penenang (forebay) ke dalam turbin air
b) Pipa pesat untuk PLTMH kebanyakan menggunakan pelat baja yang di roll, hal ini berdasarkan pertimbangan kekuatan terhadap tekanan internal maupun eksternal. Tapi untuk kapasitas yang lebih kecil (<10 kW) kadang juga digunakan penstock dengan material PVC, asbes dari beton dan bahkan bambu.
Gambar 7.1
Komponen dan Penempatan Penstock
2) Pertimbangan dalam Perencanaan Penstock
a) Pilihlah diameter dan ketebalan pipa yang paling mendekati perhitungan dalam perencanaan
b) Pipa pesat harus diperhitungkan kuat memikul tekanan sebesar minimal 1,5 kali tekanan total yang mungkin terjadi dalam pipa.
c) 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.
d) Head losses pada sistem pemipaan (penstock) diasumsikan sekitar 4% terhadap head gross.
e) Penstock harus diletakan sedemikian rupa untuk menghindari udara yang terperangkap didalam. Udara ini menjadi penghalang dalam penstock dan menyebabkan tekanan jatuh (pressure drop) yang besar. Begitu pula air yang terperangkap dalam penstock dapat juga mengakibatkan korosi. Jika hal ini terjadi katup udara/air harus dipasang seperti gambar.
Gambar 7.2
Air dan Udara yang Terperangkap Dalam Penstock
3) Jalur Pipa Pesat
a) Untuk menghindari kehilangan tinggi tekan (head loss) yang besar, maka belokan jalur penstock baik pada arah membujur maupun melintang harus dibatasi.
b) Perpotongan dengan lembah maupun lintasan yang melalui lereng terjal / curam harus dihindari karena pelaksanaanya memerlukan biaya tinggi dan resiko longsor.
c) Pilih jalur penstock dengan tinggi jatuh optimal dengan jalur penstock yang paling pendek.
4) Pemasangan Pipa Pesat
a) Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar bak penenang untuk menghindarkan masuknya batu, sediment atau benda-benda yang tidak diijinkan terbawa memasuki turbin, karena berpotensi merusak runner turbin.
b) Pipa pesat ditempatkan pada jarak minimum 4 x D (diameter pipa pesat) dari muka air untuk menjamin tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air di dalam pipa pesat
Gambar 7.3 Jalur Pemasangan Pipa Pesat
c) Pipa pesat dapat ditempatkan secara langsung diatas galian/timbunan, diatas angkur blok atau diatas permukaan/lantai kaku.
(1) Jika ditempatkan diatas galian/timbunan maka pipa pesat harus diberi tahanan samping berupa timbunan tanah atau kerikil untuk mencegah pergeseran.
(2) Apabila dipasang diatas lantai, maka lantai harus kaku dan kuat terutama untuk mencegah perbedaan penurunan. Lantai dapat dibuat dari beton bertulang atau pasangan batu kali.
d) Pada semua belokan arah vertical maupun horizontal harus dipasang angker blok untuk mengatasi gaya yang timbul akibat tekanan aliran.
Gambar 7.1
Penempatan Penstock Pada Forebay
5) Tumpuan Pipa Pesat
Tumpuan pipa pesat, baik pondasi anchor block, slide block, berfungsi untuk mengikat dan menahan penstock. Jarak antar tumpuan (L) ditentukan oleh besarnya defleksi maksimum penstock yang diijinkan. Pada perencanaan PLTMH, jarak antar tumpuan pipa pesat (anchor block) rata-rata sebesar 4 meter.
Beban yang bekerja pada tumpuan pipa adalah;
a) beban vertical
(1) Berat pipa sendiri (2) Berat air dalam pipa (3) gempa
b) beban horizontal (1) Angin
(2) Gempa
c) beban sejajar sumbu memanjang pipa
(1) gaya akibat gesekan antara air dengan pipa (friction force) (2) gaya gaya pada belokan
(3) gaya akibat perubahan temperature
Gambar 7.2
Pemasangan Penstock Dengan Angkor Block
6) Sambungan Penstock
Pipa biasanya dijual dengan standard panjang tertentu dan harus disambungkan dilapangan. Metode penyambungan pipa dapat dilakukan dalam beberapa cara, diantaranya adalah;
a) Flange
b) Spigot dan socket c) Mechanical joint d) Welded / di-las e) Expansion joint
Adapun hal hal yang harus dipertimbangkan dalam memilih sistem sambungan yang paling baik, adalah:
a) Cocok tidaknya dengan material yang ada b) Tingkat keahlian tenaga pemasangan
c) Tingkat fleksibilitas sambungan yang dikehendaki d) Biaya yang diperlukan
e) Kemudahan dalam pemasangan
a. Sambungan Flange
Sambungan ini cukup banyak digunakan flange dipasang pada tiap ujung pipa pada saat pembuatan/manufaktur kemudian dibautkan bersama pada saat pemasangan. Gasket atau material packing yang lain biasanya karet diperlukan diantara sambungan. Metode flange cukup mudah dalam pemasangannya, tetapi flange dapat menambah harga pipa.
Gambar 7.6 Sambungan Flange
b. Sambungan Spigot dan Soket
Sambungan ini dilakukan dengan membuat salah satu ujung pipa lebih besar, sehingga pipa yang lain dapat dimasukan kedalamnya. Metode ini biasanya untuk pipa PVC tetapi bisa juga digunakan untuk pipa baja. Seal yang baik harus dipasang diantara sambungan, hal ini bisa dicapai dengan seal karet khusus atau perekat yang disebut “solvent cement”. Hal ini tergantung pada jenis material yang digunakan.
Gambar 7.7 Sambungan Spigot dan Socket
c. Mechanical Joint
Sambungan jenis ini jarang di pakai pada penstock karena biayanya yang cukup mahal.
Dalam beberapa kasus biaya mahal ini dikompensasi dengan biaya instalasi yang cukup mudah serta memungkinkan sedikit pergerakan penstock. Salah satu aplikasi penting penyambungan tipe ini adalah untuk menyambungkan pipa dari material yang berbeda, misalnya PVC dengan baja lunak.
Gambar 7.8 Mechanical Joint
d. Welded Joint (pengelasan)
Sambungan las dipakai untuk pipa jenis baja / steel dengan menggunakan teknik khusus. Pipa dibawa kelokasi dalam ukuran standardnya dan di lokasi. Metode ini cukup murah, tetapi memiliki kekurangan dimana pengelasan harus menggunakan tenaga terlatih serta power suplai (generator) untuk las yang kadang sulit untuk dibawa kelokasi. Pengelasan harus dilakukan dengan hati-hati dan benar sehingga kemungkinan bocor atau bahkan patah dapat dihindari.
Gambar 7.9
Pengelasan Penstock Dilokasi Dan Contoh Sambungan Penstock Dengan Las
e. Expansion Joint
Panjang penstock akan berubah dengan berubahnya temperature yang cukup ekstrim. Jika penstock terpasang pada bagian yang tetap seperti forebay atau powerhouse maka daya expansi thermal-nya akan cukup besar. Oleh karena itu untuk melepaskan tekanan ini dapat dilakukan dengan memasang expansion joint yang memungkinkan penstock untuk memuai dengan bebas.
Gambar 7.10
Pemasangan Expansion Joint
2. Trashrack/ Saringan
Trashrack memiliki peranan yang sangat penting dalam menunjang kelancaran operasional pembangkit. Mungkin hal ini kelihatan sepele tetapi tanpa desain dan pembuatan yang baik maka dapat dipastikan operasional pembangkit akan terganggu. Bisa dibayangkan jika partikel dengan ukuran yang tidak ditoleransi masuk kedalam turbin, jika hal ini terjadi terus menerus runner turbin akan cepat mengalami kerusakan dan bahkan tersumbat dan terhenti. Atau karena desain yang kurang sempurna baru beberapa saat beroperasi trash rack telah tertutup sampah dan susah untuk dibersihkan sehingga turbin tidak bisa beroperasi dengan optimal. Jadi berdasarkan beberapa hal tersebut keberadaan trash rack yang baik merupakan suatu hal yang vital.
Saringan harus sedikit miring (antara 60° sampai 75° terhadap garis horizontal) untuk memudahkan pembersihan dengan penggaruk. Saluran (palung) untuk pembuangan puing- puing yang mengapung dan sebuah platform harus dibangun tepat atas sebelah hilir saringan sehingga operator memiliki akses yang mudah untuk membersihkan saringan. Platform ini juga melindungi inlet penstock sehingga tidak terdapat benda-benda yang dapat jatuh ke dalam penstock oleh anak-anak yang bermain dengan batu-batu atau kelereng. Kecepatan mendekati trashrack harus kurang dari 0.5 m/s.
Gambar 7.113
Desain Forebay Dan Penempatan Trashrack
Jarak antara batang batang trashrack tergantung pada tipe turbin yang digunakan:
a. turbin Pelton dengan hanya fixed nozzles b < 0.5 diameter nozzle b. turbin Pelton dengan spear valve b < 0.25 diameter nozzle
c. turbin Cross-flow: b < 0.5 jarak antara runner blades
Kerugian head pada saringan dapat dihitung sebagai berikut:
Dimana:
v = kecepatan mendekati saringan dalam m/s
= sudut kemiringan saringan (vertikal = 90°)
= koefisien rugi-rugi tergantung pada bentuk batang besinya:
untuk batang bulat = 1.8 untuk batang persegi = 2.4 s = ketebalan batang dalam mm
b = jarak antara batang dalam mm
Htr K1 v2 2g sin
K1 s b
4 3
Gambar. 7.12
Diameter Batang Besi Trasrack
Cadangan seharusnya dibuat dalam disain saluran pelimpah di forebay untuk air permukaan yang memasuki saluran pembawa selama hujan besar. Oleh karena itu saluran pelimpah harus didisain untuk debit sebesar 1.2 sampai 1.5 Qgross dimana Qgross adalah debit yang biasanya dialihkan pada intake.
Gambar 7.13
Runner Turbin Dipenuhi Sampah Trash rack yang susah untuk
dibersihkan
Gambar 7.14
Desain dan Pemasangan Trash Rack yang Baik
.
Forebay harus memiliki pintu air yang memungkinkan pengurasan partikel-partikel terendap dan untuk pengeringan saluran pembawa. Untuk pembangkit kecil, stoplog merupakan prioritas dibandingakan dengan pintu besi yang mahal.Stoplog beralur harus juga disediakan di depan saringan (trashrack) sehingga penstock dapat dikeringkan dan ditutup sepenuhnya untuk pemeliharan bahkan jika ada air mengalir dalam saluran pembawa (headrace).
3. Rumah Pembangkit dan Saluran Buang/ Tailrace a) Fungsi Rumah Pembangkit
Fungsi rumah pembangkit adalah :
(1) melindungi komponen pembangkit yang berupa peralatan hidrolik dan elektro mekanik dari dampak-dampak yang merugikan akibat cuaca dan orang yang tidak berkepentingan.
(2) menyediakan area untuk pekerjaan pemeliharaan/bongkar pasang
(3) tempat penyimpanan alat-alat dan suku cadang pembangkit
Gambar 7.16
Trashrack yang terlalu jarang tidak mampu menyaring Gambar 7.15
Trashrack yang terlalu rapat menyumbat saluran oleh sampah
Gambar 47
Contoh rumah pembangkit yang baik untuk instalasi PLTMH
b) Persyaratan Rumah Pembangkit
Beberapa pertimbangan yang harus diperhatikan dalam membuat rumah pembangkit diantaranya :
(1) rumah pembangkit harus ditempatkan diatas level air banjir terbesar yang pernah terjadi.
(2) rumah pembangkit harus memiliki ventilasi dan jendela sehingga memungkinkan pencahayaan pada siang hari dan pencegah serangga pada malam hari
(3) pintu rumah pembangkit harus cukup besar untuk dilalui barang yang dibutuhkan untuk pembangkit
Gambar 7.18
Contoh Tata Letak Peralatan Dalam Power House
(4) tempat penyimpanan perkakas dan suku cadang harus disediakan dalam rumah pembangkit
(5) ruangan untuk operator biasanya juga disediakan, terutama dimana rumah pembangkit jauh dari pemukiman, sehingga kegiatan monitoring pembangkit bisa dilakukan dengan lebih teratur.
(6) rumah pembangkit harus dilengkapi dengan alat angkat yang sesuai dengan ukuran dan berat benda yang akan diangkat. Sehingga komponen-komponen yang paling berat dan paling besar (generator,turbin, trafo, dll) dapat dipindahkan ke dalam dan keluar tanpa kesulitan.
(7) panel listrik yang beroperasi harus ditempatkan cukup dekat dengan generator tetapi harus ditempatkan di atas tanah (pada dinding) atau dilantai untuk panel yang besar dengan dudukan yang lebih tinggi dari lantai untuk menghindari genangan jika ada kebocoran air dari turbin atau penstock.
(8) transformer ditempatkan di luar rumah pembangkit (diatas tiang atau di bawah dengan perlindungan pagar) atau ditempatkan di ruangan yang berbeda di dalam rumah pembangkit.
(9) Ventilasi yang cukup harus disediakan di dalam rumah pembangkit karena generator, panel, dll mungkin menghasilkan panas yang dapat mengganggu kelancaran operasional alat dan manusia.
Gambar 7.19
Contoh Buruk Dan Baik Dari Sebuah Alat Angkat Di Power House
BURUK BAIK
(10) Ruang yang cukup untuk membuka unit turbin generator harus disediakan di dalam rumah pembangkit. Daerah yang diperlukan untuk pekerjaan seperti ini harus sekitar 1.5 kali dari daerah yang ditempati oleh unit tersebut ketika beroperasi. area lantai rumah pembangkit suatu skema MHP pada umumnya sekitar 25 sampai 40 m2 bergantung pada head pembangkit (turbin-turbin dengan head tinggi lebih kecil daripada turbin-turbin dengan head rendah dengan output yang sama).
(11) Fondasi untuk instalasi turbin Impuls dalam hal ini turbin crossflow, air yang melewati runner turbin langsung dibuang ke ruang kosong udara pada saluran buang (tailrace).
Permukaan air dibawah turbine akan bergejolak, oleh karena itu jarak permukaan lantai powerhouse dengan level air di bawah minimal adalah 30 - 50 cm pada saat debit penuh.
Kedalaman air pada saluran buang afterbay (hc) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:
13 2
2
8 ) . 9
1 . (1
b hc Qd
hc = kedalaman air saluran buang (m) Qd = debit desain (m3/s)
b = lebar saluran buang (m)
(12) Water level saluran buang afterbay harus lebih tinggi daripada level banjir yang pernah ada sehingga air tidak tertahan dalam saluran buang jika terjadi banjir. Dalam hal ini beda tinggi antara runner tubine dengan permukaan bawah merupakan kerugian tinggi (head loss)
.
(13) Fondasi untuk turbin reaksi diambil contoh untuk turbin francis.
Air dilepaskan ke saluran buang afterbay melalui turbin. Untuk kasus turbin reaksi head antara turbin dengan permukaan air saluran buang dapat digunakan untuk
Gambar 7.20
Power house tepat di atas muka banjir
Gambar 7.21 Saluran buang
membangkitkan daya sebagai head efektif. Oleh karena itu memungkinkan untuk memasang turbin di bawah level banjir dengan dilengkapi pompa dalam power house dan pintu air, tetapi hal ini jarang dilakukan.
Gambar 7.22 Fondasi powerhouse untuk
saluran buang turbin impuls (crossflow)
Gambar 7.23 Fondasi yang
umum untuk turbin reaksi
Gambar 7.24
Fondasi turbin dibawah lebel banjir dengan bantuan pompa dan pintu air, untuk optimalisasi head
4. Instalasi Turbin dan Generator
Pemasangan dan instalasi turbin dan generator biasanya dilakukan oleh orang yang telah terlatih dan berpengalaman, sehingga hal hal yang diperlukan benar-benar diketahui dan dianstisipasi dengan baik. Kesalahan dalam pemasangan akan berakibat fatal dan akan membawa kepada pekerjaan yang lebih berat, misalnya fondasi harus dibongkar dan diseting ulang atau bagian-bagian turbin dan generator tidak sejajar,dll.
Bagi teknisi yang belum berpengalaman, salah satu hal yang dapat dilakukan adalah mengacu kepada gambar desain yang telah dibuat oleh perencana/konsultan yang kompeten sehingga kesalahan dapat diminimalisir. Bisa jadi terkadang gambar tidak benar-benar sesuai dengan kenyataan dilapangan. Dalam kasus seperti ini pengalaman dan pemikiran engineering merupakan hal yang sangat membantu sehingga masalah dapat diatasi.
Sangat sulit untuk mendefinisikan dan menjelaskan pemasangan turbin dan generator satu persatu, mengingat banyaknya jenis turbin yang digunakan memerlukan penjelasan tersendiri untuk tiap jenis. Selain itu dengan kondisi lokasi yang berbeda beda sehingga memerlukan teknik dan cara pemasangan yang berbeda pula. Dalam hal ini, diberikan petunjuk yang bersipat umum yang dapat digunakan dalam pemasangan turbin dan generator pada pembangkit mikrohidro,
a) Khususnya jenis turbin crossflow berdasarkan pengalaman dilapangan; turbin dan generator harus ditempatkan pada baseframe yang telah dicor pada lantai dengan kuat.
Ukuran dan kekuatan baseframe menahan tekanan harus sudah diperhitungkan sehingga fondasi dapat menahan gaya yang bekerja pada turbin dan generator selama beroperasi, termasuk ketahanan terhadap short circuit torque dari generator, gempa dan pergeseran tanah.
Gambar 7.25
Pemasangan Base Frame Generator Dan Posisi Turbin Pada Base Frame
b) Untuk turbin dan generator yang disambung langsung (direct coupled) posisi shaft generator dan turbin harus benar benar lurus. Lakukan alignment /centering dengan teliti, jika perlu gunakan alat bantu (dial indicator). Shaft yang tidak lurus akan sangat mempengaruhi usia coupling yang digunakan, juga akan menimbulkan bunyi pada saat pembangkit beroperasi. Pada kondisi terburuk salah satu shaft bisa patah.
Gambar 7.26
Proses Pelurusan (Alignment) Shaft Turbin Dan Generator
Suatu pasangan atau centering dikatakan bagus apabila beberapa kondisi berikut terpenuhi, antara lain :
(1) celah bantalan dengan poros merata (2) eksentris maksimum pasangan kopling
(a) radial : 0.005 mm (b) aksial : 0.05 mm
(3) pasangan turbin generator dapat diputar dengan ringan secara manual
c) Untuk turbin dan generator dihubungkan melalui transmisi mekanik, komponen transmisi antara lain: pulley turbin, belt (V belt atau flat belt) dan pulley generator. Pulley berfungsi untuk menaikan putaran sehingga putaran turbin sesuai dengan putaran daerah kerja generator. Belt berfungsi untuk mentransmisikan daya poros turbin ke poros generator. Belt harus cukup tegang sesuai dengan jenis dan ukurannya. Belt dikencangkan oleh baut penarik pada chasis generator sehingga posisi generator harus bisa di atur dan digeser sehingga proses pemasangan dan penyetelan belt dapat dapat dilakukan dengan baik. Ukuran ketegangan belt sesuai jenis yang digunakan (V-belt atau flat belt) dan mengacu pada petunjuk dari manufaktur untuk ketegangan belt yang disarankan. Belt yang kendor akan menyebabkan slip, sementara belt yang terlalu kencang akan cepat merusak bearing generator.
Gambar 7.27
Pemasangan Sistem Transmisi Mekanik Melalui Belt
Gambar 7.30
Angular Misalignment Maximum Allowable Angularity
Tabel 7.1
Angularity Sambungan Poros Langsung Mils/in, or milliradians Speed, rpm
2.5 600
2.0 900
Gambar 7.28
Pengukuran Misalignment Dari Kopling Bearing Dengan Dial Indicator
Gambar 7.29 Contoh Mislaginment
1.5 1200
1.0 1800
0.0 3600
0.25 >4000
5. Pemasangan Panel Kontrol
Panel kontrol merupakan sekumpulan peralatan dan komponen elektronik / listrik yang digunakan untuk mengontrol pembangkit, membagi beban, memutus rangkaian, dll.
Berdasarkan fungsi dan karakteristiknya panel kontrol memerlukan perhatian dalam penempatan dan pemasangannya. Kesalahan dalam hal ini dapat merusak peralatan pembangkit dan bahkan berbahaya bagi manusia.
Ada beberapa pertimbangan dalam penempatan panel kontrol dan ballast load dalam rumah pembangkit, diantaranya yaitu;
1) tempatkan panel dan ballast load pada tempat yang terlindung dari air, baik itu air hujan atau air yang mungkin keluar dari turbin/penstok
2) ketinggian ideal untuk penempatan panel kontrol adalah sekitar 1,2 meter dari permukaan lantai dan minimum 2 meter untuk ballast udara.
Gambar 7.31
Turbin dan generator yang dihubungkan tidak langsung menggunakan gear box
3) untuk panel kontrol yang besar, bisa ditempatkan di bawah dengan meninggikan sedikit pondasi lantai (±20cm).
4) tempatkan panel kontrol dalam jarak yang cukup dekat dengan turbin, sehingga kondisi kelistrikan pada waktu pembukaan dan penutupan turbin dapat terpantau dengan mudah oleh operator.
5) pada saat bekerja, panel kontrol dan ballast mengeluarkan panas yang cukup tinggi sehingga harus ditempatkan pada bagian dengan sirkulasi udara yang bagus.
6) ballast load harus ditempatkan terpisah dengan panel kontrol dan pada tempat yang tidak mudah terjangkau oleh tangan/kepala manusia karena mengeluarkan panas yang sangat tinggi pada saat beroperasi.
7) gunakan pelindung ballast load dan jangan pasang ballast load terlalu dekat dengan atap atau kayu penyangga untuk menghindari kemungkinan kebakaran.
a) Petunjuk Pengkabelan 1) Kabel Generator
Generator yang digunakan biasanya adalah generator sinkron dengan tegangan 230/400 V disambung pada hubungan star (Y). kabel generator terdiri dari empat buah, tiga kabel sebagai fasa dan satu kabel netral. Gunakan besar kabel yang sesuai dengan daya generator, kabel yang terlalu kecil akan mengakibatkan kabel panas dan bisa terbakar. Posisi untuk kabel generator dalam panel biasanya sudah ditunjukan dengan tanda atau tulisan.
Gambar 7.32
Posisi yang ideal pemasangan pengaman
Gambar 7.33
Ballast load dengan angkar panel kontrol
2) Kabel Ballast Load
Jumlah ballast load atau beban komplemen biasanya adalah enam unit/elemen. Besar masing-masing harus sama besar. Total beban ballast load harus lebih besar 15-30% dari daya terbangkit turbin untuk faktor keamanan. Ballast load yang terlalu kecil akan mengakibatkan overspeed pada saat beban konsumen lepas dan semua daya masuk ke ballast load. Sedangkan ballast yang terlalu besar akan mengakibatkan kecepatan turbin tidak stabil.
Besar kabel yang digunakan harus disesuaikan dengan besarnya daya ballast load. Posisi pemasangan untuk kabel ballast load biasanya sudah tertera dalam kontrol panel.
3) Kabel Konsumen
Jika yang digunakan adalah generator tiga fasa maka kabel konsumen yang digunakan ada empat, tiga buah fasa dan satu untuk netral. Sedangkan untuk generator satu fasa hanya dua buah kabel, satu fasa dan satu netral. Besarnya kabel konsumen ditentukan oleh daya yang terbangkit dan jarak transmisi kabel sampai ujung konsumen. Kabel yang terlalu kecil dengan jarak yang panjang akan mengakibatkan tegangan jatuh (drop) yang besar.
4) Penerangan Rumah Pembangkit
Untuk penerangan rumah pembangkit diambil dari panel kontrol yang biasanya telah disediakan. Hanya ada dua kabel yaitu satu fasa dan satu netral.
Untuk keterangan lebih jelas mengenai petunjuk penyambungan kabel harus mengacu pada gambar yang diberikan oleh pabrikan pembuat panel kontrol. Sesuaikan besarnya kabel dengan daya yang akan dikeluarkan oleh pembangkit dan ikuti petunjuk yang tertera dalam manual operasi kontrol. Pilihlah jalur kabel yang aman, tidak menghalangi jalan dan enak dipandang mata (rapih dan teratur). Sebelum pembangkit dijalankan pastikan bahwa jalur pengkabelan telah benar. Kencangkan baut-baut sambungan kabel, baut yang longgar dapat berbahaya konsleting dan panas.
Gambar 7.34
Posisi Penempatan Panel Kontrol Pada Rumah Pembangkit
.
Gambar 7.35
Sistem Pengkabelan Kontroler IGC (kiri) dan ELC (kanan)
Gambar 7.36 Contoh Pengkabelan Panel Kontrol KelistrikanPLTMH
b) Pentanahan (Grounding)
Semua bagian pembangkit yang terbuat dari logam harus di groundkan sperti panel control, generator, penstock, dll (lihat gambar). Hal ini untuk menghindari bahaya arus bocor listrik dan keamanan sistem kelistrikan juga manusia. Ground harus dipasang di tanah yang gembur / berair jangan dipasang pada tanah yang berbatu atau berpasir. Untuk memastikan resistansi yang rendah < 5 Ohm grounding dipasang minimal di empat titik disekitar rumah pembangkit dan di kopel satu sama lain. Berikut diberikan detail pemasangan dan bahan yang digunakan dalam system grounding.
Gambar 7.37 Pemasangan Grounding
Gambar 7.38
Contoh Detail Batang Pentanahan Dan Sambungannya
6. Pemasangan Jaringan Transmisi Listrik
Pada umumnya lokasi power house sebuah MHP terletak cukup jauh dari pusat beban (konsumen). Oleh karena itu kebutuhan akan sistem transmisi dan distribusi dalam hal ini akan diperlukan. System transmisi perlu direncanakan dengan baik untuk memenuhi kriteria teknis, keamanan dan aspek ekonomi. Mengenai perencanaan teknis termasuk jenis kabel yang digunakan, bahan-bahan dan aksesori jaringan dijelaskan lebih detail dalam module desain sistem elektrikal. Adapaun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan system distribusi adalah sebagai berikut:
a) Maksimum variasi tegangan yang diijinkan dari tegangan tanpa beban dan dan beban penuh
b) Maksimum kehilangan daya yang diijinkan c) Proteksi dari petir dan kerusakan lain
d) Stabilitas struktur dalam keadaan angin kencang (atau dalam temperature yang ekstrim;
panas, hujan)
e) Keamanan untuk manusia dan pekerjaan dekat dengan jaringan
Gambar 7.39
Jaringan Distribusi Listrik PLTMH Di Pedesaan
Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam sistem transmisi dan distribusi listrik adalah penempatan jalur jaringan. Hal ini sangat penting untuk memastikan operasional secara teknis dan non teknisnya terutama faktor keamanan bagi lingkungan. Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penempatan jalur transmisi adalah sebagai berikut;
1) jalur transmisi terletak pada lokasi yang mudah untuk diakses sehingga memudahkan dalam pengawasan dan pemeliharaan. Biasanya jalur yang dipilih adalah sepanjang jalan raya dimana mobilitas bisa lebih mudah dilakukan.
2) ditempatkan pada lokasi tanah yang kokoh dan relative stabil. Kondisi tanah yang labil beresiko pada stabilitas tiang penyangga (pole).
3) legalitas dan pembebasan lahan yang digunakan jalur transmisi tidak mengalami masalah. Ada sebagian penduduk yang tanahnya tidak mau dilewati jaringan listrik dengan alasan keamanan dan ekonomi (pertanian, perkebunan, dll), oleh karena itu sebaiknya sosialisasi dan kompensasi harus dilakukan jika terjadi konflik mengenai lahan yang digunakan
4) tempatkan jalur transmisi dengan jarak yang aman dengan gedung dan pohon. Masalah yang cukup banyak terjadi adalah jaringan transmisi yang tertimpa pohon dan kecelakaan yang terjadi pada gedung yang dekat dengan kabel jaringan yang umunya telanjang. Oleh karena itu pengawasan dan antisipasi akan hal ini harus diperhatikan terutama karena menyangkut keselamatan nyawa manusia.
5) pilih jalur yang paling pendek. Hal ini menyangkut alasan ekonomi dan teknis dimana dengan jalur yang panjang akan dibutuhkan kabel yang lebih panjang dan tiang yang lebih banyak. Selain hal itu dengan semakin panjangnya jaringan kehilangan daya dan penurunan tegangan (voltage drop) akan lebih besar.
6) jangan tempatkan tiang listrik pada sisi bukit atau bidang yang miring. Hal ini dilakukan untuk mencegah bahaya longsor yang dapat merusak jaringan transmisi
7) Minimalkan belokan pada jaringan transmisi. Pada kondisi dimana konduktor mengalami perubahan dari lurus menjadi berbelok, maka akan ada gaya menyamping (lateral force) pada tiang yang cenderung akan membuat miring. Oleh karena itu akan dibutuhkan struktur penguat tiang (guy & anchor), yang pada akhirnya menambah biaya dan pekerjaan.
Pemasangan Jaringan Transmisi Listrik
7. Sambungan Rumah Konsumen
Sambungan ke rumah konsumen listrik dilakukan sesuai dengan standard yang berlaku. Kabel sambungan dari tiang kerumah maupun dari rumah ke rumah menggunakan kabel pilin / twisted 2 x 10 mm2. aksesori pelengkap sambungan seperti wedge clamp dan strain clamp, dan lain-lain harus juga digunakan sehingga kualitas sambungan yang baik dapat tercapai. Pekerjaan instalasi ini biasanya dilakukan oleh instalatir listrik yang telah berpengalaman.
Gambar 7.42
Contoh Sambungan Rumah Listrik Pedesaan Dari PLTMH Gambar 7.40
Pemasangan Tiang Transmisi Listrik.
Gambar 7.41
Pemasangan Aksesori Jaringan Pada Tiang Listrik
Gambar 7.43
Detail Penyambungan Listrik Ke Rumah Dari Tiang
Untuk sambungan rumah secara detail dapat dipelajari pada modul “ Pemasangan Instalasi Listrik“. Pada dasarnya instalasi listrik dalam rumah untuk konsumen PLTMH relatif sederhana dan dapat dilakukan oleh teknisi listrik biasa.
Sesuai dengan standard instalasi dan sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan (ISRLP) yang dikeluarkan pemerintah, ada beberapa ketentuan yang harus diperhatikan diantaranya;
a) Cara Pemasangan
1) ISRLP dilengkapi dengan gambar garis tunggal (single line diagram) mengenai instalasinya
2) ISRLP dipasang oleh pelaksana/tukang instalasi listrik yang telah mahir dan disyahkan oleh instansi yang bertanggung jawab
3) instalasi dipasang di dalam atau pada permukaan dinding atau bagian bangunan lainnya yang cukup kokoh dan tidak mudah terbakar
4) instalasi dipasang dengan isolasi penuh dari bahaya sentuhan
5) perlengkapan hubung bagi (PHB) yang digunakan harus jenis tertutup dengan kotak dari bahan yang tidak mudah terbakar
6) instalasi harus menggunakan system perlindungan/pengaman terhadap tegangan sentuh 7) sebagai penghantar digunakan kabel tembaga berisolasi ganda dengan penampang inti
minimum 1,5 mm2
8) kabel dicabangkan dalam kotak percabangan dengan cara penyambungan yang baik (dipuntir/dipilin dan diisolasi)
b) Titik beban
Untuk setiap grup, jumlah titik lampu yang diperkenankan maksimum 5 buah dengan kotak kontak biasa (KKB) dua buah
c) Pembumian
1) Pembumian dilaksanakan dengan memasang elektroda pembumian yang dihubungkan secara langsung dengan penghantar netral dan penghantar pengaman pada perlengkapan hubung bagi (PHB)
2) kawat penghubung elektroda terbuat dari bahan tembaga dengan penampang minimum 6 mm2
3) elektroda pembumian terbuat sekurang-kurangnya dari bahan galvanis dengan diameter 25 mm serta panjang yang tertanam sekurang-kurangnya 1,5 meter vertikal
Rentang sambungan rumah ditentukan berdasarkan ketentuan pada tabel berikut:
Tabel 7.2
Rentang Sambungan Rumah Penampang
SR
SR dari tiang atap ke tiang atap
SR dari tiang JTR ketiang atap menyebrang jalan
SR dari tiang JTR langsung ke rumah menyebrang* jalan desa Mm2 a T S
m daN m
a T S m daN m
a T S m daN m 10
16 25
40 38 0,78 35 42 0,84 35 63 0,84
58 38 1,66 47 42 1,49 47 63 1,49
49 38 1,18 40 42 1,11 40 63 1,11
Dimana : a : panjang rentang S : kelendutan/sag T : tarikan
SR : sambungan rumah JTR : jaringan tegangan rendah Dengan asumsi
a) Gaya angin : 40 daN/m2
b) Kekuatan tiang atap rumah : 75 daN c) faktor bentuk kabel terhadap angina : 0,6
d) suhu ruang : 38oC
* lebar jalan desa 6 m dengan trotoar kiri kanan 1 m, jarak bebas diatas jalan 4 m, syarat- syarat sambungan rumah adalah:
1) sambungan rumah dari kabel berinti dua yang berisolasi dan mempunyai kemampuan untuk direntang atau dipasang dengan kawat perentang
2) bahan isolasi untuk SRLP harus tahan cuaca/sinar matahari daerah tropis 3) cara pemasangan dan gaya tarik penghantar harus baik dan aman
4) panjang rentang SRLP maksimum 45 meter dengan memperhitungkan kekuatan tarik SRLP-nya
5) tinggi sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan minimum 3 meter dari permukaan tanah
6) satu sambungan (SRLP) dapat dibebani secara berantai/seri sebagai berikut;
a) sambungan rumah disadap dari JTR. Dalam hal ini tegangan jatuh maksimum 2%
dari titik penyadapan sampai konsumen paling ujung
b) sambungan rumah disadap langsung dari trafo distribusi. Tegangan jatuh maksimum adalah sebesar 12% dari titik penyadapan terminal tegangan rendah trafo sampai konsumen paling ujung.
7) penampang, panjang dan jumlah sambungan yang dilayani SRLP ditentukan seperti table dibawah ini;
Tabel 7.3
Sambungan Rumah Yang Disadap Dari JTR Dengan Tegangan Jatuh 2%
Beban tersambung rata-rata konsumen (VA)
Penampang kabel pilin/twisted AAAC mm2
Jumlah sambungan maksimum
S < 450 10 7
450 < S < 800 16 7
Tabel 7.4
Sambungan Rumah Yang Disadap Dari Trafo Dengan Tegangan Jatuh 12 Beban tersambung rata-rata
konsumen (VA)
Penampang kabel pilin/twisted AAAC mm2
Jumlah sambungan maksimum
S < 450 10 15
450 < S < 850 16 15
850 < S < 1300 25 15
Gambar 5Contoh Instalasi Rumah Konsumen PLTMH 55/110 VA
G. Rangkuman
1. Fungsi pipa pesat adalah mengalirkan air dari bak penenang (forebay) ke dalam turbin air. Pipa pesat untuk PLTMH kebanyakan menggunakan pelat baja yang di roll, tapi terkadang juga digunakan penstock dengan material PVC, asbes dari beton dan bahkan bambu.
2. Pemilihan material penstock 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.
3. Metode penyambungan pipa dapat dlakukan dengan cara flange, spigot an socket, mechanical joint, welded/ dilas, dan expansion joint.
4. Trash rack memiliki peranan yang sangat penting dalam menunjang kelancaran operasional pembangkit. Saringan harus sedikit miring (antara 60° sampai 75° terhadap garis horizontal) untuk memudahkan pembersihan dengan penggaruk.
5. Fungsi rumah pembangkit : (1) melindungi komponen pembangkit yang berupa peralatan hidrolik dan elektro mekanik dari dampak-dampak yang merugikan akibat cuaca dan orang yang tidak berkepentingan; (2) menyediakan area untuk pekerjaan pemeliharaan/bongkar pasang; (3) tempat penyimpanan alat-alat dan suku cadang pembangkit. Dalam pembuatan rumah pembangkit, terdapat beberapa pertimbangan yang harus diperhatikan.
6. Pemasangan dan instalasi turbin dan generator biasanya dilakukan oleh orang yang telah terlatih dan berpengalaman, sehingga hal hal yang diperlukan benar-benar diketahui dan dianstisipasi dengan baik.
7. Panel kontrol merupakan sekumpulan peralatan dan komponen elektronik / listrik yang digunakan untuk mengontrol pembangkit, membagi beban, memutus rangkaian, dll.
Berdasarkan fungsi dan karakteristiknya panel kontrol memerlukan perhatian dalam penempatan dan pemasangannya.
8. Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam sistem transmisi dan distribusi listrik adalah penempatan jalur jaringan. Hal ini sangat penting untuk memastikan operasional secara teknis dan non teknisnya terutama faktor keamanan bagi lingkungan.
9. Sambungan ke rumah konsumen listrik dilakukan sesuai dengan standard yang berlaku.
Sesuai dengan standard instalasi dan sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan
(ISRLP) yang dikeluarkan pemerintah, ada beberapa ketentuan yang harus diperhatikan diantaranya cara pemasangan, titik beban, serta pembumian.
H. Tugas
Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan lengkap dan jelas!
1. Sebutkan hal – hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jalur pipa pesat dan pemasangan pipa pesat.
2. Gambarkan dan jelaskan posisi pemasangan penstock pada forebay? Jelaskan alasannya!
3. Sebutkan beberapa pertimbangan dalam penempatan panel kontrol dalam power house
?
4. Sebutkan hal –hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan generator dan turbin?
5. jelaskan perbedaan penempatan turbin reaksi dan turbin impuls dalam power house dari level air bawah? Jelaskan alasannya?
6. Sebutkan pertimbangan - pertimbangan dalam pemilihan jalur transmisi tenaga listrik?
I. Tes Sumatif Petunjuk:
Berilah tanda silang (x) pada jawaban yang paling tepat.
1. Pipa yang berfungsi mengalirkan air dari bak penenang (forebay) ke dalam turbin air adalah ....
A. Pipa PVC B. Pipa pesat C. Pipa galvanis D. Pipa besi E. Pipa bambu
2. Pemasangan pipa pesat (penstock) harus dibatasi jumlah belokan jalur pada arah membujur maupun melintang. Tujuan teknik pemasangan pipa tersebut yang paling tepat adalah ....
A. Mengurangi panjang pipa B. Mengurangi jarak pemasangan C. Menghindari kehilagan tinggi tekan D. Mengurangi jumlah biaya
E. Mempermudah pekerjaan
3. Material pipa pesat yang paling efektif digunakan untuk PLTMH dengan kapasitas yang kecil (< 10 kW) adalah ....
A. PVC B. Besi C. Baja D. Galvanis E. Bambu
4. Pada perencanaan PLTMH, jarak antar tumpuan pipa pesat (anchor block) rata-rata sebesar 4 meter. Beban yang bekerja pada tumpuan pipa secara vertikal adalah ....
A. Gaya akibat gesekan B. Gaya dan berat pipa C. Gaya pada belokan
D. Berat pipa sendiri dan berat air E. Gaya angin
5. Pipa biasanya dijual dengan standar panjang tertentu dan harus disambungkan dilapangan. Metode penyambungan pipa dapat dilakukan dalam beberapa cara, kecuali ....
A. Flange
B. Spigot dan socket C. Mechanical joint D. Dipaku
E. Expansion joint
6. Salah satu metode penyambungan pipa adalah dilakukan dengan membuat salah satu ujung pipa lebih besar, sehingga pipa yang lain dapat dimasukan kedalamnya. Metode penyambungan tersebut dikenal dengan ....
A. Flange
B. Spigot dan socket C. Mechanical joint D. Dipaku
E. Expansion joint
7. Saringan (Trash rack) memiliki peranan yang sangat penting dalam menunjang kelancaran operasional pembangkit. Untuk memudahkan pembersihan kemiringan yang dianjurkan untuk saringan tersebut adalah ....
A. 00 - 150 B. 160 - 300 C. 310 - 450 D. 460 - 600 E. 610 - 750
8. Komponen pembangkit yang berupa peralatan hidrolik dan elektro mekanik memerlukan perlindungan dari dampak-dampak yang merugikan akibat cuaca dan orang yang tidak berkepentingan. Bangunan yang dapat melindungi tersebut dikenal dengan ....
A. Rumah Jaga B. Rumah Dinas C. Rumah Pembangkit D. Rumah Pelindung E. Rumah Peneduh
9. Pada suatu pembangkit terdapat sekumpulan peralatan dan komponen elektronik / listrik yang digunakan untuk mengontrol pembangkit, membagi beban, dan memutus rangkaian. Peralatan tersebut dinamakan ....
A. Panel listrik B. Kontrol panel C. Panel beban D. Kontrol mekanik E. Kontrol beban
10. Semua bagian pembangkit yang terbuat dari logam harus di groundkan sperti panel control, generator, dan penstock. Hal ini untuk menghindari bahaya arus bocor listrik dan keamanan sistem kelistrikan juga manusia. Jumlah minimal grounding yang harus dipasang di sekitar rumah pembangkit adalah ....
A. 7 B. 6 C. 5
D. 4 E. 3
Daftar Pustaka
Anonim, Micro Hydro Power : A Guide to Small-Scale Water Power Systems, ABS Alaskan, 2002
Anonim, Manual Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLMTH), Institut Bisnis dan Ekonomi Kerakyatan, 2005
Dandekar, MM dan Sharma, KN, Pembangkit Listrik Tenaga Air, UI Press, 1991
Harvey, Adam, Micro- hydro Design Manual : A Guide to Small-Scale Water Power Schemes, Intermediate Technology Publication, 1993
Kadir, Abdul, Energi Sumber Daya, Inovasi, tenaga Listrik dan Potensi Ekonomi, UI Press, 1995
Tokyo Electric Power Services Co. dan Nippon Koel Co., Panduan untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Mikro-Hidro, Japan International Cooperation Agency, 2003
Wibowo, Catoer, Langkah Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLMTH), Ford Foundation, Mini Hydro Power Project (MHPP) dan Yayasan Bina Usaha Lingkungan (YBUL), 2005
