ANALISA EFISIENSI GENERATOR SINKRON DENGAN KAPASITAS
KELUARAN 79,4 MVA DAN PUTARAN 333 RPM DI
PT INALUM (PERSERO) PLTA SIGURAGURA
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan
Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh
NOVAWIRO THERESIA SIANTURI
1205052090
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2015
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan karuniaNya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan bukti pertanggungjawaban atas pendidikan yang telah dijalani selama 3 (tiga) tahun di Politeknik Negeri Medan dan sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan penidikan Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. Adapu judul Tugas Akhir ini adalah:
ANALISA EFISIENSI GENERATOR SINKRON DENGAN KAPASITAS KELUARAN 79.4 MVA PER UNIT DAN PUTARAN 333 RPM DI PT INALUM (PERSERO) PLTA SIGURAGURA.
Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Idham Kamil, S.T., M.T. Kepala Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T. Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik.
4. Bapak Ir. Hairanus Tarigan, M.T. Dosen pembimbing saya, yang telah banyak memberikan konstribusi yang bermanfaat, membimbing penulis dan memberikan arahan serta masukan-masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini.
5. Bapak Ir. Isman Harianda, M.T. selaku dosen wali EN – 6C.
6. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Program Studi D-III Teknik Konversi Energi Mekanik yang telah memberikan bimbingan serta ilmu
vi pengetahuan kepada penulis selama menjalani masa pendidikan di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.
7. Bapak pimpinan PT INALUM (PERSERO) PLTA Siguragura beserta staf dan karyawan yang sudah memberikan izin kepada penulis untuk mengambil data dalam melaksanakan Tugas Akhir ini di PT INALUM (PERSERO) PLTA Siguragura.
8. Secara khusus saya ucapkan kepada orang tua tercinta Ayahanda Patar Sianturi dan Ibunda Ratna Sitompul yang telah berjuang untuk membimbing dan memberi dorongan moril serta doa-doanya selama ini kepada penulis dan tak lupa juga saya berterima kasih kepada abang dan adik penulis, yaitu Amron Martua Lase dan Michael Erwin Sianturi atas semangat dan doa serta nasehat yang diberikan kepada penulis.
9. Rekan-rekan mahasiswa/i Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik angkatan 2012, khususnya mahasiswa/i kelas EN – 6C untuk kebersamaannya, persahabatan, bantuan dan solidaritas sehingga hari-hari yang sulit dalam menghadapi tantangan di Teknik Konversi Energi Mekanik menjadi ringan selama 3 (tiga) tahun.
Penulis menyadari penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membagun untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca. Terima kasih.
Medan, 19 Agustus 2015
Novawiro Theresia Sianturi NIM: 1205052090
vii
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ... ii
PERSETUJUAN TUGAS AKHIR ... iii
PENGESAHAN TUGAS AKHIR ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... x DAFTAR TABEL ... xi INTISARI ... xii ABSTRACK ... xiii BAB I : PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1 B. Batasan Masalah ... 3
C. Tujuan Tugas Akhir ... 3
D. Manfaat Tugas Akhir ... 4
E. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data ... 4
F. Sistematia Penulisan ... 5
BAB II : SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK A. Sistem Pembangkit Tenaga Listrik ... 6
B. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) ... 7
1. Prinsip Kerja PLTA ... 7
2. Komponen-komponen PLTA ... 9
a. Bendungan ... 9
1) Jenis-jenis Bendungan ... 10
a) Bendungan Pengatur ... 10
viii
c) Bendungan Tangga ... 11
2) Fasilitas Pendukung Bendungan ... 11
a) Pintu Air ... 11
b) Terongan Saluran Atas ... 12
c) Tangki Peredam (Surge Tank) ... 12
d) Pipa Pesat (Penstock) ... 12
e) Sistem Pengaturan Air (Water System)13 b. Turbin ... 13
1) Bagian-bagian Turbin ... 14
a) Runner ... 14
b) Rumah Keong (Spiral Case) ... 14
c) Stay Ring ... 14
d) Batalan Turbin ... 14
e) Katup Pintu Masuk (Inlet Valve) ... 14
f) Turbin Sharft ... 15
g) Sudu-sudu Turbin (Stay Vane) ... 15
c. Generator ... 15
d. Inlet Valve ... 16
e. Governer ... 17
f. Pressure Oil Supply System ... 17
g. Pressure Air Supply System ... 18
h. Lubrication System ... 18
i. Main Water Supply ... 19
j. Drainage System ... 19
k. Sistem Jaringan Transmisi ... 19
1) Spesifikasi Jaringan Transmisi ... 20
2) Sistem Distribusi Tegangan dan Daya ... 22
BAB III : GENERATOR SINKRON 3 FASA A. Deskripsi ... 23
ix
1. Bagian-bagian Generator ... 24
a. Stator ... 25
b. Rotor ... 27
C. Prinsip Kerja Penggerak Mula dan Generator Sinkron 3 Fasa ... 29
1. Penggerak Mula Generator Sinkron 3 Fasa ... 29
a) Komponen Umum Turbin Air ... 29
b) Prinsip Kerja Turbin Air ... 30
2. Prinsip Kerja Generator Sinkron 3 Fasa ... 31
D. Reaksi Jangkar Generator Sinkron ... 33
E. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron ... 35
F. Metode Pengaturan Tegangan Generator Sinkron ... 38
G. Efek Perubahan Beban pada Generator ... 39
H. Faktor Daya ... 41
I. Efisiensi ... 42
BAB IV : ANALISA DATA A. Data Spesifikasi Generator dan Turbin di PLTA Siguragura ... 44
1. Turbin ... 44
2. Generator ... 45
B. Menghitung Nilai Efisiensi Generator Sinkron PLTA Siguragura .. 45
1. Berdasarkan Data Spesifikasi pada PLTA Siguragura ... 45
2. Berdasarkan Data Log Sheet pada PLTA Siguragura ... 47
C. Tabel Hasil Analisa Data Log Sheet PLTA Siguragura ... 57
D. Grafik Efisiensi Generator Hasil Analisa Data PLTA Siguragura ... 58
BAB V : PENUTUP A. KESIMPULAN ... 60
B. SARAN ... 61
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Sistem Pembangkit Tenaga Listrik ... 6
Gambar 2. Water Sistem Pembangkit PT INALUM ... 7
Gambar 3. Bendungan Pengatur ... 10
Gambar 4. Bendungan Siguragura ... 11
Gambar 5. Bendungan Tangga ... 11
Gambar 6. Generator ... 16
Gambar 7. Inlet Valve ... 16
Gambar 8. Governor ... 17
Gambar 9. Oil Pressure Tank ... 18
Garnbar 10. Main Water Supply Pump ... 19
Gambar 11. Konstruksi Generator Sinkron ... 24
Gambar 12. Bentuk-bentuk Alur ... 25
Gambar 13. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron 3 Fasa ... 26
Gambar 14. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron 3 Fasa ... 27
Gambar 15. Rotor Kutub Menonjol ... 28
Gambar 16. Rotor Kutub Silindris ... 29
Gambar 17. Turbin Francis ... 31
Gambar 18. Reaksi Jangka ... 34
Gambar 19. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron ... 35
Gambar 20. Penyederhanaan rangkaian generator sinkron ... 36
Gambar 21. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron 3 Fasa ... 37
Gambar 22. Rangkaian Ekivalen Belitan 3 Fasa Generator Sinkron a. Hubungan – Y b. Hubungan – ∆ ... 37
Gambar 23. Perubahan Fasor untuk berbagai Beban yang Berubah ... 40
Gambar 24. Segitiga Daya ... 42
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Spesifikasi Generator PLTA Siguragura ... 44 Tabel 2. Spesifikasi Turbin Air PLTA Siguragura ... 45 Tabel 3. Hasil Analisa Berdasarkan Log Sheet PLTA Siguragura
xii
INTISARI
Generator sinkron (alternator) merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan bolak balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh penggerak mula (prime mover), sedangkan energi listrik diperoleh dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya. Penggerak mula di PT INALUM PLTA SIGURAGURA adalah turbin air yang memiliki daya keluaran sebesar 73,2 MW. Penggerak mula dihubungkan seporos dengangenerator. Dengan demikian, daya keluaran (Pout)
dari turbin sebagai penggerak mula merupakan daya masuk (Pin) pada generator.
Untuk mengetahui kinerja generator sinkron pada PLTA, perlu mengetahui efisiensi generator tersebut. Setelah mengetahui berapa besar efisiensi generator, dapat diketahui kinerja generator di PT INALUM PLTA SIGURAGURA. Dari analisa yang dilakukan diperoleh efisiensi generator sinkron berdasarkan data spesifikasi 97,68 % dan menurut data log sheet rata-ratanya sebesar 91,48 % per bulannya pada tahun 2014. PLTA SIGURAGURA memiliki kinerja efisiensi yang bagus karena rutin melakukan inspeksi pada peralatan mesin tersebut.
xiii
ABSTRACK
Synchronous generator (alternator) is a type of electrical machine that produces AC voltage by converting mechanical energy into electrical energy. Mechanical energy derived from the rotation of the rotor is driven by prime movers, while the electrical energy obtained from electromagnetic induction processes that occur in the stator and rotor coils. Prime movers in PT INALUM PLTA Siguragura is hydro turbine that has a power output of 73.2 MW. Seporos prime movers associated with the generator. Thus, the output power ( Pout ) of the turbines as prime movers is the input power ( Pin ) on the generator. To determine the performance synchronous generators in hydroelectric power, need to know the efficiency of the generator . After finding out how much the efficiency of the generator, the generator performance can be seen in PT INALUM (PERSERO) PLTA Siguragura. An analysis obtained synchronous generator efficiency 97,68 % based on the specification of data and log data sheet according to the average of 91,48 % per month in 2014. PLTA Siguragura have great efficiency performance for routine inspection on the machine tools.
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pada zaman sekarang, yaitu di zaman serba teknologi dan modern ini, masyarakat berlomba-lomba dalam menciptakan sumber energi baru, baik yang dapat diperbaharui maupun yang tidak dapat diperbaharui. Karena kebutuhan energi makin hari akan semakin meningkat, seiring pertumbuhan ekonomi dan peradaban manusia. Salah satu energi yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat di dunia khususnya di Indonesia adalah energi listrik. Untuk memenuhi kebutuhan listrik, para ilmuwan sekarang ini selalu melakukan riset untuk mencari sumber energi baru yang belum pernah ada dan yang belum terpikirkan oleh masyarakat pada umumnya. Di Indonesia, pemerintah terus meningkatkan sarana dan prasarana tenaga listrik untuk menjangkau wilayah yang lebih luas sampai ke pelosok pedesaan. Namun dengan kondisi wilayah Indonesia yang sangat luas, sarana dan prasarana yang tidak merata merupakan kendala utama pendistribusian tenaga listrik ke setiap pelosok nusantara. Oleh karena itu, masih banyak masyarakat di pedesaan yang belum dapat menikmati pasokan listrik.
Masih dalam masalah energi, maka sumber energi seperti gas bumi, tenaga air, minyak bumi, batu bara, panas bumi, energi surya dan tenaga nuklir seharusnya mengalami jenjang informasi lagi kedalam bentuk energi listrik. Hal tersebut dibutuhkan karena kebutuhan energi listrik hampir bisa dikatakan sebagai kebutuhan primer dewasa ini. Energi listrik beserta seluruh perangkatnya telah masuk ke semua kehidupan manusia, mulai dari aktivitas harian, sosial, ekonomi, budaya sampai dengan politik. Dengan demikian, dibutuhkan pula sistem konversi yang benar-benar handal, efisiensi tinggi serta memiliki kontinuitas yang paling tinggi pula.
2 Dengan pertimbangan kehandalan, effisiensi dan kontinuitas pelayanan ini, maka telah dibuat sistem konversi yang memenuhi persyaratan diatas, diantaranya sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), Tenaga Surya dan lain- lain, yang masing-masing sistem pembangkit tersebut dibangun harus disesuaikan lagi dengan beberapa persyaratan lainnya seperti, kondisi atau keadaan alam didaerah pembangkit tersebut, jenis demand yang akan dilayani, potensi-potensi penunjang lainnya yang dimiliki dan beberapa aspek lainnya yang harus dikaji lebih mendalam dan studi kelayakan.
Setelah diadakan penelitian yang sangat intensif, maka para ahli memperoleh sumber energi yang paling cocok dengan kriteria-kriteria di atas, sumber energi itu adalah air. Disamping jumlahnya yang rnelimpah, Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) bersifat ramah lingkungan dan sangat sesuai dengan lingkungan dengan curah hujan melimpah seperti di daerah tropis. PLTA yang dimaksud disini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air Siguragura dan Tangga milik PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM (PERSERO).
PT INDONESIA ASAHAN ALUMINIUM merupakan Perseroan Terbatas (PT) yang bergerak di bidang peleburan aluminium dan memiliki pembangkit listrik yang tersendiri. Pembangkit listrik tenaga air yang ada di Porsea mensuplai daya listrik untuk peleburan di Kuala Tanjung. Dalam proses peleburan aluminium, diperlukan daya listrik yang kontiniu dan baik, sehingga harus memiliki sistem yang handal. Pusat pembangkit PT INALUM adalah pusat pembangkit listrik berskala besar, bertaraf Internasional, dan memiliki kredibilitas yang baik di masyarakat. Suplai energi listrik sangat diperlukan oleh industri dalam menjalankan produksinya.
PLTA Siguragura dan Tangga memiliki kapasitas yang cukup besar yaitu sekitar 603 MW yang disalurkan ke peleburan aluminium dan didukung dengan
3 fasilitas pendukung seperti gardu induk pada kedua pembangkit. Dan dimana setiap generator yang digunkan pada PLTA tersebut yang menjadi penggerak mulanya adalah turbin dan dibuat seporos dengan generator.
Didalam pengoperasian sehari-hari, efisiensi generator diusahakan semaksimal mungkin. Namun demikian, tentulah tidak 100% efisiensi generator yang dimaksudkan dapat berhasil, dimana dalam operasi tersebut pasti terjadi kehilangan efisiensi atau rugi-rugi daya. Dengan dasar inilah, penulis sebagai seorang mahasiswi di Politeknik Negeri Medan, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik tertarik untuk memilih judul “ANALISA EFISIENSI GENERATOR SINKRON DENGAN KAPASITAS 79.4 MVA PER UNIT DAN PUTARAN 333 RPM DI PT INALUM (PERSERO) PLTA SIGURAGURA”
B. Batasan Masalah
Untuk memperoleh hasil pembahasan yang maksimal maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah:
1. Sistem pembangkit listrik tenaga air.
2. Generator dan bagian-bagiannya pada PLTA Siguragura.
3. Menganalisa efisiensi generator pada unit 1 selama tahun 2014 di PT INALUM (PERSERO) PLTA Siguragura.
C. Tujuan Tugas Akhir
1. Untuk mengetahui prinsip kerja generator sinkron pada PLTA Siguragura. 2. Untuk mengetahui perbandingan efisiensi generator selama tahun 2014
pada unit 1.
3. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma III di Jurusan Teknik Mesin, Program studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
4
D. Manfaat Tugas Akhir
Tugas Akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi:
1. Untuk penulis sendiri, menambah ilmu pengetahuan, wawasan dan pengalam tentang Pembangkit Listrik Tenaga Air dan Generator Sinkron. 2. Untuk Perusahaan, yaitu PLTA Siguragura adalah dapat mengetahui
efisiensi generator untuk dapat memaksimalkan kinerja dari generator tersebut.
3. Laporan ini diharapkan dapat menjadi buku referensi tambahan dalam pengenalan terhadap Generator Sinkron dan Efisiensinya terhadap masyarakat dan mahasiswa/i, dan dapat memacu mahasiswa/i yang lainnya untuk melakukan pengabdian kepada masyarakat dengan ilmu pengetahuan yang telah didapatkan dari bangku kuliah.
E. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data
Adapun teknik pengumpulan dan pengolahan data yang dilakukan oleh penulis untuk mendapatkan informasi dan data ang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian Lapangan
a. Observasi yaitu dengan melakukan studi pengamatan langsung terhadap objek penelitian serta menganalisa data yang berhubungan dengan penelitian.
b. Interview, yaitu menanyakan dan berinteraksi secara langsung kepada pegawai yang berkaitan dan berwenang.
2. Penelitian Kepustakaan
a. Pencarian buku referensi mengenai analisa generator sinkron. b. Pengumpulan informasi dan teori-teori mengenai generator sinkron. Pengambilan data dilakukan pada PLTA Siguragura yang beralamat di Paritohan, Kec.Pintu Pohan, Kab.Meranti. Data tersebut mencakup kinerja yang dilakukan perbulan oleh PLTA Siguragura.
5
F. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis membaginya dalam beberapa bab. Secara garis besar, gambaran dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: Bab I Merupakan pendahuluan uraian selanjutnya yang berisi latar
belakang, batasan masalah, tujuan tugas akhir, manfaat tugas akhir, metode penelitian dan sistematika penulisan.
Bab II Berisi tentang Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Siguragura.
Bab III Berisi tentang Generator Sinkron 3 Fasa.
Bab IV Menganalisa data di lapangan yang diperoleh dari hasil pengamatan sebagai bahan untuk pengolahan data dengan beberapa rumus pendukung sebagai dasar pemecah masalah. Bab V Berisi kesimpulan yang diperoleh dari hasil pembahasan dan
