BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Maksud dan Tujuan

Studi kelayakan mekanikal dilakukan dengan melakukan survey di lapangan dengan tujuan untuk memilih jenis dan spesifikasi peralatan mekanikal elektrikal yang sesuai setelah studi kelayakan sipil. Jadi studi ini merupakan kelanjutan dan baru dapat dilakukan setelah studi kelayakan hidrologi dan sipil (Buku Pedoman 2A dan 2B). Maksud dan tujuan studi ini adalah mendapatkan tipe dan spesifikasi peralatan mekanikal dan elektrikal yang sesuai dengan kelayakan sipil dan hidrologi sebelumnya untuk digunakan PLTMH yang akan dibangun. Dengan studi kelayakan ini, maka peralatan PLTMH tersebut :

a. Dapat dioperasikan dengan stabil sehingga bertahan untuk jangka lama.

b. Mudah dioperasikan oleh operator atau penduduk desa dengan keterampilan yang minimum.

c. Mesin buatan lokal Indonesia untuk memudahkan perawatan dan perbaikan.

d. Meminimalkan biaya peralatan dan pemasangannya.

e. Garansi mesin mudah dan secara keteknikan dapat diterima dengan data tes dan rekaman suplai yang dapat dipercaya.

1.2. Lingkup Kegiatan Studi

Lingkup kegiatan dari studi ini adalah kegiatan studi kelayakan dan perancangan spesifikasi peralatan mekanikal elektrikal ini dilakukan dengan :

a. Desk study referensi pemilihan alat mekanikal utama dalam PLTMH, yakni turbin berdasarkan hasil studi kelayakan hidrologi (Buku Pedoman 2A) dan studi kelayakan sipil (Buku Pedoman 2B) yang mendeskripsikan skema sistem PLTMH khususnya desain konstruksi pipa pesat (penstock).

b. Mendapatkan informasi, diskusi dan bimbingan dari pabrikan penyedia peralatan mekanikal elektrikal atau konsultan jasa instalasi yang berpengalaman dalam pembangunan PLTMH.

c. Mengumpulkan informasi dari sumber lain pemangku (stakeholders) pembangunan mikrohidro (PLTMH) sebagai perbandingan (bench-marking) dari sisi kehandalan peralatan dan harganya.

BAB II

KETENTUAN UMUM DAN STANDAR

INSTALASI PERALATAN MEKANIKAL ELEKTRIKAL PLTMH

Komponen mekanikal hanya terdiri dari dua bagian yaitu turbin dan transmisi. Kedua sistem ini menghubungkan antara sumber energi air dengan generator yang menghasilkan listrik.

2.1. Sistem Mekanik Elektrik PLTMH

Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow capacity) sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan terjemahan bebas bisa dikatakan "energi putih". Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik seperti ini mengunakan sumber daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Suatu kenyataan bahwa alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir. Dengan teknologi sekarang maka energi aliran air beserta energi perbedaan ketinggiannya dengan daerah tertentu (tempat instalasi akan dibangun) dapat diubah menjadi energi listrik.

Seperti dikatakan di atas, Mikrohidro hanyalah sebuah istilah. Mikro artinya kecil sedangkan hidro artinya air. Dalam prakteknya istilah ini tidak merupakan sesuatu yang baku namun bisa dibayangkan bahwa mikrohidro, pasti mengunakan air sebagai sumber energinya. Yang membedakan antara istilah mikrohidro dengan minihidro adalah output daya yang dihasilkan. Mikrohidro menghasilkan daya lebih rendah dari 100 W, sedangkan untuk minihidro daya keluarannya berkisar antara 100 sampai 5000 W. Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin dan generator.

Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi air tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses Mikrohidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik.

Dari keterangan di atas maka dapat disimpulkan bahwa suatu pembangkit listrik tenaga mikro hidro tergantung dengan :

1. Debit air 2. Ketinggian (jatuh ketinggian) dan 3. Efisiensi

Dengan demikian dapat diformulakan secara sederhana daya (P) yang dibangkitkan dari suatu pembangkit PLTMH adalah :

P = 9,8 x Q x H x

dimana :

P = daya yang dibangkitkan (Watt)

Q = Debit air (m3/det)

H = Ketinggian (m)

= Efisiensi dari sistem

9,8 = Konstanta gravitasi bumi

PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan energi potensial air dan dapat diklasifikasikan atau di kelompokan berdasarkan metode mendapatkan head, sistem operasi dan jenis turbin yang dipergunakan.

2.2. Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok dan digambarkan sebagai tabel di bawah :

Turbin runner Head Pressure

High Medium Low

Impulse Pelton

Turgo

Multi-jet Pelton

Crossflow (Michel/Banki)

Turgo

Multi-jet Pelton

Crossflow (Michel/Banki)

Reaction Francis

Pump-as-Turbine (PAT)

Propeller

Kaplan

Cara kerja kedua tipe turbin tersebut digambarkan sebagai berikut :

a. Turbin impuls (cross-flow, pelton & turgo)

Turbin jenis ini, menggunakan tekanan pada setiap sisi sudut geraknya /runnernya - bagian turbin yang berputar - sama.

b. Turbin reaksi (francis, Kaplan/propeller)

Turbin ini menggunakan energi kinetik dan tekanan dikonversi di runner, biasanya jenis turbin ini tidak menerima tumbukan hanya mengikuti aliran air.

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerah operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih mendalam. Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller dikelompokkan menjadi :

a. Low head powerplant : dengan tinggi jatuhan air (head) : 10 m

b. Medium head power plant : dengan tinggi jatuhan antara low head dan high-head.

c. High head power plant : dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi persamaan.

H 100 (Q) : 0-113 m 3/s

Dimana :

H =head, m Q = desain debit, m 3/s

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH dengan tinggi jatuhan (head) 6 - 60 m, yang dapat dikategorikan pada head rendah dan medium. Berikut adalah grafik yang dapat membantu untuk pemilihan turbin.

Yang pertama dilakukan adalah menguhubungkan garis antara debit air dengan dengan ketinggian yang telah ditetapkan (garis berwarna hijau). Kemudian membuat garis tegak lurus antara kecepatan turbin dengan garis yang berwarna hijau (garis yang berwarna biru) sehingga akan mendapatkan jenis turbin apa yang ideal yang harus digunakan. Untuk daerah Indonesia turbin yang ideal adalah turbin cross flow dan turbin kaplan. Ini mengingat kondisi alam dan karakteristik geografis dari daerah Indonesia.

Yang perlu diperhatikan juga di dalam pemilihan turbin adalah putaran kecepatan generator yang tersedia. Hal ini sangat mempengaruhi umur dari generator tersebut. Kecepatan turbin (rpm) sama dengan kemampuan kecepatan (rpm) generator.

Tabel Daerah Operasi Turbin

Jenis Turbin Variasi Head, m

Kaplan dan Propeller 2

Francis 10

Pelton 50

Crossfiow 6

Turgo 50

Jadi dapat disimpulkan bahwa untuk pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :

a. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin. Sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.

b. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

c. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.

2.3. Transmisi Daya Mekanik

Transmisi daya berperan untuk menyalurkan daya dari poros turbin ke poros generator. Elemen-elemen transmisi daya yang digunakan terdiri dari : sabuk (belt), pulley, kopling dan bantalan (bearing).

Belt berfungsi untuk menyalurkan daya dari poros turbin ke poros generator. Belt harus cukup tegang sesuai dengan jenis dan ukurannya. Pulley berfungsi untuk menaikkan putaran sehingga

putaran generator sesuai dengan putaran daerah kerjanya. Sedangkan kopling, bantalan dan cone clamp merupakan komponen/elemen pendukung.

Secara umum sistem transmisi daya dapat dikelompokkan menjadi :

Sistem transmisi daya langsung (direct drives)

Sistem transmisi daya tidak langsung (indirect drives), dalam hal ini menggunakan belt.

a. Sistem Transmisi Daya Langsung

Pada sistem transmisi daya langsung ini (direct drives), daya dari poros turbin (rotor) langsung ditransmisikan ke poros generator yang disatukan dengan sebuah kopling. Dengan demikian konstruksi sistem transmisi ini menjadi lebih kompak, mudah untuk melakukan perawatan, efisiensi tinggi dan tidak memerlukan elemen mesin lain seperti belt dan pulley kecuali sebuah kopling.

Karena sistem transmisi dayanya langsung (direct drives), maka generator yang digunakan harus memiliki kecepatan (putaran) optimum yang hampir sama dengan kecepatan (putaran) poros turbin (rotor), sekitar + 15% perbedaannya. Alternatif lain adalah meng-gunakan gearbox untuk mengoreksi rasio kecepatan (putaran) antara generator dan poros turbin.

b. Sistem Trasmisi Daya dengan Sabuk (Belt)

Sabuk dipakai untuk memindahkan daya antara dua poros yang sejajar. Pemilihan jenis sabuk bergantung pada besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan.

Sabuk memainkan peranan yang penting dalam menyerap beban kejut dan meredam pengaruh getaran. Sabuk yang digunakan umumnya jenis flat belt dan V-belt (vee velt).

Flat belt banyak digunakan pada sistem transmisi daya mekanik untuk mikrohidro dengan daya yang besar. V-belt digunakan pada instalasi PLTMH dengan daya di bawah 20 kW. Penggunaan sistem transmisi sabuk ini memerlukan komponen pendukung seperti : pulley, bantalan beserta asesorisnya dan kopling.

Pada sistem transmisi daya dengan sabuk, putaran turbin dan generator yang dihubungkan dapat berbeda atau dengan kata lain ada rasio putaran. Dengan demikian range generator yang akan digunakan lebih luas dan bervariasi.

Transmisi adalah komponen yang menghubungkan antara turbin dan generator. Sistem ini hanya memiliki dua sistem yaitu menggunakan belt, atau langsung di kopel dan biasanya menggunakan gearbox.

2.4. Generator

a. Pemilihan Jenis Arus Listrik : Arus Bolak Balik (AC)

Pada umumnya tegangan yang keluar dari PLTMH adalah arus bolak-balik AC/Alternating Current) dapat juga searah (DC, direct current). Tegangan AC dapat diubah menjadi tegangan tinggi secara mudah dan murah dengan menggunakan

transformator. Dengan demikian energi listriknya dapat ditransmisikan pada jarak yang cukup jauh dari rumah pembangkit (power house) sehingga lebih ekonomis, rugi-rugi transmisinya dapat diminimalkan. Keuntungan lain dari penggunaan arus AC ialah konstruksi generator AC yang lebih sederhana.

Arus AC menuntut frekuensi sistem tetap konstan, terutama jika menggunakan motor induksi sebagai generator. Untuk itu diperlukan pengaturan kecepatan putar generator di samping pengatur tegangan (voltage regulator).

Pada prakteknya, kombinasi pengadaan tenaga listrik AC dan DC merupakan pilihan yang baik. Penyimpanan tenaga listrik AC ke baterai-baterai (accumulator) memberikan alternatif lain bagi masyarakat yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLTMH untuk dapat menikmati penerangan, televisi, radio atau penerapan lainnya yang memerlukan tenaga listrik dalam jumlah kecil.

Frekuensi yang dipakai untuk arus AC adalah 50 Hz. Tegangan standar yang dihasilkan adalah 110 V dan/atau 240 V untuk generator satu fasa, serta 240/415 V untuk generator tiga fasa.

b. Penentuan Sistem Satu Fasa atau Sistem Tiga Fasa

Pada dasarnya sistem satu fasa ini hampir sama dengan rangkaian DC. Keuntungan sistem satu fasa adalah :

Instalasi listrik dengan sistem satu fasa lebih sederhana

Sistem pengaturan beban (ELC) untuk satu fasa atau lebih murah

Ukuran (size) generator ditentukan oleh beban maksimum (kebutuhan konsumen), sementara pada sistem tiga fasa kapasitas maksimum generator yang dipilih lebih besar daripada beban maksimum (kebutuhan).

Sistem tiga fasa pada dasarnya terdiri dari tiga buah sistem satu fasa dengan satu buah penghantar netral untuk pengubahan arus. Dalam pelaksanaan/ praktek ada 2 cara membuat hubungan pada sistem tiga fasa yaitu :

Hubungan delta (segi tiga)

Hubungan bintang (Y)

Hubungan delta diperoleh dengan cara menghubungkan ujung lilitan fasa pertama ke pangkal lilitan fasa berikutnya berturut-turut, sehingga diperoleh rangkaian tertutup yang simetris. Jika beban pada setiap fasanya seimbang maka besarnya arus listrik untuk setiap fasa sama.

Pada hubungan bintang (Y) ketiga ujung yang sejenis (boleh pangkal maupun ujung) dari ketiga lilitan pada sistem tiga fasa disatukan. Titik persambungannya disebut titik bintang atau titik nol. Sistem penghantaran arus listriknya dapat menggunakan :

Tiga hantaran tanpa kawal nol (merah, kuning, biru)

Tiga hantaran kawat fasa (merah, kunig, biru) dan satu hantaran kawal nol (hitam)

Keuntungan sistem tiga fasa ini adalah :

Generator dan motor induksi tiga fasa banyak tersedia di pasaran dengan harga yang relatif murah dibandingkan bila menggunakan generator satu fasa di atas 5 kW.

Dimensi generator dan motor induksi tiga fasa lebih kecil dibandingkan generator satu fasa untuk rating (kapasitas) yang sama.

Penggunaan sistem tiga fasa menghemat pemakaian penghantar (tembaga) lebih dari 75% dibandingkan sistem satu fasa dengan tegangan yang sama.

Pada prakteknya, pemilihan penggunaan sistem satu fasa atau tiga fasa tergantung biaya yang tersedia dan kemudahan untuk mendapatkan perlengkapan instalasi listrik yang diperlukan. Umumnya untuk kapasitas di bawah 5 kW menggunakan sistem satu fasa dan untuk kapasitas di atas 5 kW menggunakan sistem tiga fasa. Bila sistem tiga fasa akan digunakan perlu dipertimbangkan batasan agar saat sistem beban satu fasa dihubungkan tetap diperoleh keseimbangan. Semua sistem beban satu fasa (rumah tangga) dapat dihubungkan ke salah satu fasa dari jala-jala sistem tiga fasa.

c. Perhitungan Daya Arus Bolak-Balik dan Faktor Daya

Besarnya daya listrik yang dipakai oleh suatu alat listrik ditentukan oleh besarnya tegangan (V) dan arus listrik (l) yang mengalir di dalam listrik tersebut. Daya sesungguhnya yang terpakai (P) adalah :

P = E x ICos

Di mana :

P = daya sesungguhnya dalam satuan watt (W)

E x l = daya semu dalam satuan volt ampere (VA)

Cos = faktor daya, Pf

= geseran sudut antara tegangan dan arus listrik

Pada peralatan listrik faktor daya ini penting sekali diketahui. Semakin tinggi faktor dayanya, semakin tinggi mutunya. Sebaliknya semakin rendah faktor dayanya, semakin rendah pula mutunya.

d. Pemilihan Generator

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTMH ini adalah :

Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) dengan menggunakan dua tumpuan bantal (two bearing)

Induction motor as Generator (IMAG) sumbu vertikal, yang umumnya digunakan bersama turbin PAT dan turbin propeller open flume.

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm, 50 Hz, 3 fasa dengan keluaran tegangan 220V/380V. Efisiensi generator secara umum adalah :

Aplikasi

Aplikasi 10 20 kVA, efisiensi 0,8 0,85

Aplikasi 20 - 50 kVA, efisiensi 0,85

Aplikasi 50 100 kVA, efisiensi 0,85 0,9

Aplikasi > 100 kVA, efisiensi 0,9 0,95

Kecepatan sinkron untuk generator arus bolak-balik dinyatakan dengan persamaan :

N = 120 . f

P

Di mana :

N = kecepatan putar (rpm)

f = frekuensi tegangan (Hz)

P = jumlah kutub

1) Pemilihan Generator Sinkron

Kapasitas sebuah generator dinyatakan dalam Volt-Ampere atau VA. Sebuah generator harus memiliki kapasitas (Volt-Ampere) yang cukup untuk memenuhi kebutuhan pada saat beban maksimum. Dengan memperhatikan rugi-rugi generator serta untuk menjamin kinerja generator maka perlu adanya faktor keamanan, biasanya 25%.

Jadi untuk memenuhi kebutuhan (beban) sebesar 100 kVA dipergunakan generator 125 kVA. Bila akan digunakan pengontrol beban (ELC, Electronic Load Controller) maka kapasitas daya tambahan (ekstra) sebesar 60%. Di samping itu perlu dipertimbangkan kemungkinan bertambahnya baban akibat adanya penambahan permintaan suplai listrik.

Efisiensi generator sinkron umumnya meningkat sebanding dengan kapasitasnya, dari 65% untuk daya 1 kVA sampai 90% untuk daya 20 kVA. Generator yang dipakai disesuaikan dengan sistem arus bolak-balik yang dipilih, apakah sistem satu fasa atau tiga fasa.

2) Generator Asinkron

Penggunaan generator asinkron (generator induksi) sebagai pembangkit listrik pada PLTMH dengan kapasitas yang kecil lebih reliable (handal) dibandingkan bila menggunakan generator sinkron. Biasanya sebagai generator asinkron digunakan motor induksi.

Sistem IMAG (asynchronous) jika dibandingkan dengan sistem syncronouse (generator sinkron) memiliki beberapa keunggulan yang sangat berarti untuk proyek-proyek PLTMH, terutama dengan kapasitas sampai 30 kW. Keunggulan utamanya antara lain :

Harga lebih murah dibandingkan generator sinkron

Produk memenuhi standar industri sehingga daya tahan lebih terjamin

Tersedia dalam beberapa ukuran mulai dari 1 kW 100 kW

Tersedia dengan tiga ukuran putaran (1000, 1500 dan 3000 rpm) sehingga lebih mudah untuk disesuaikan dengan putaran turbin

Motor tiga fasa dapat dipasang dengan sistem satu fasa tanpa perubahan apapun pada motor

3) Karakteristik Generator Induksi (IMAG)

Motor induksi umumnya berputar dengan kecepatan konstan mendekati kecepatan sinkronnya. Perubahan beban pada motor induksi mempengaruhi putaran motor induksi. Akibatnya akan terjadi perubahan frekuensi yang menimbulkan tenaga listrik. Pada generator induksi (IMAG). Tegangan akan turun dengan cepat pada saat beban bertambah, sehingga perlu adanya pengaturan tegangan dan putaran. Saat ini untuk instalasi mikrohidro, dengan menggunakan motor induksi sebagai generator, tersedia sistem pengaturan IGC (Induction Generator Controller). Pada saat motor induksi digunakan sebagai generator, tegangan yang dihasilkan umumnya 10% lebih rendah dari tegangan yang diperlukan untuk mengoperasikannya sebagai motor listrik dengan frekuensi yang sama.

2.5. Sistem Kontrol

Frekuensi dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator dipengaruhi oleh kecepatan putar generator. Perubahan kecepatan putar generator akan menimbulkan perubahan frekuensi dan tegangan listrik. Pada batas-batas tertentu perubahan tersebut tidak membahayakan.

Tujuan pengontrolan pada PLTMH adalah untuk menjaga sistem elektrik dan mesin agar selalu berada pada daerah kerja yang diperbolehkan. Semua peralatan listrik didesain untuk beroperasi pada frekuensi dan tegangan tertentu. Bila beroperasi pada frekuensi dan tegangan yang berbeda dapat mengakibatkan peralatan listrik cepat rusak. Misalnya : pada malam hari 90% rumah mematikan lampu, maka beban mikrohidro menjadi turun. Hal ini akan mengakibatkan roda gerak berputar lebih cepat (run away speed). Akibatnya frekuensi listrik akan naik dan bila terlalu tinggi akan merusak alat-alat elektronik yang digunakan di rumah-rumah.

Sistem pengontrolan pada mikrohidro meliputi :

a. Pengontrolan aliran air yang memasuki turbin

b. Pengontrolan beban / daya listrik.

Mekanisme pengontrolannya dapat berlangsung secara manual, otomatis atau semi otomatis. Sistem pengaturan yang banyak dipakai pada PLTMH adalah sistem kontrol semi otomatis (load controller) yang relatif murah dibandingkan dengan sistem kontrol otomatis. Bagian utama dari sistem kontrol ini terdari dari panel kontrol dan ballast load. Prinsip pengaturannya adalah menyeimbangkan antara daya yang dihasilkan oleh generator dengan beban (daya) konsumen. Pada saat beban konsumen berkurang, kelebihan daya yang dihasilkan generator akan dipindahkan ke ballast load sehingga beban total pada generator tidak berubah.

Beberapa system pada PLTMH yang banyak digunakan adalah :

a. Instalasi PLTMH dengan kapasitas daya kurang dari 1 kW, sistem pengaturan/kontrol dapat dilakukan secara manual.

b. IGC (Induction Generator Controller), sistem pengaturan beban untuk menggunakan motor induksi sebagai generator (IMAG). Sistem ini dapat digunakan untuk kapasitas daya kurang dari 50 kW.

c. ELC (Electronic Load Controller), sistem pengaturan beban untuk generator sinkron umumnya digunakan untuk kapasitas daya diatas 50 kW.

d. DTC System (Digital Turbin Control System), sistem pengaturan turbin secara otomatis sehingga memungkinkan untuk dihubungkan dengan jaringan PLN.

Sistem kontrol tersebut khususnya IGC dan ELC telah dapat difabrikasi secara lokal dan terbukti handal pada penggunaan di banyak PLTMH. Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol (switch gear). Fasilitas operasi panel kontrol minimal terdiri dari :

a. Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis maupun manual

b. Stop/berhenti secara otomatis

c. Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan : over under voltage, over under frequency

d. Emergency shut down, bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih).

2.6. Pentanahan

Instalasi perumahan merupakan bagian terpenting di dalam pembangunan suatu pembangkit dikarenakan hal ini juga dapat mengganggu sistem jika instalasi perumahan (konsumen) tidak benar. Instalasi perumahan hendaknya mengacu pada PUIL (Peraturan Umum Instalasi Listrik) yang merupakan standar wajib yang harus diikuti sebagai acuan yang telah disahkan oleh pemerintahan dan merupakan Standar Nasional Indonesia (SNI). Yang perlu diperhatikan di dalam penginstalasian listrik perumahan hendaknya mengacu pada Aman, Andal dan Akrab Lingkungan.

Masalah pentanahan merupakan salah satu faktor penting di dalam pelistrikan seperti pada instalasi pembangkit, sistem transmisi dan distribusi. Pentanahan berhubungan erat dengan perlindungan suatu sistem berikut semua perlengkapannya. Pengusahaan pentanahan berarti mengusahakan agar arus gangguan yang timbul pada saat tertentu, mengalir masuk tanah sehingga tidak merusak peralatan listrik yang ada. Dalam pelaksanaannya pentanahan meliputi :

Pentanahan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu titik pada penghantar arus dari sistem seperti pada sistem transmisi dan distribusi.

Pentanahan peralatan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu bagian yang tidak membawa arus dari sistem, seperti pada pipa baja, saluran tempat kabel, batang pemegang saklar.

a. Konstruksi Sistem Pentanahan

Peralatan Konstruksi Sistem Pentanahan adalah :

Elektroda tanah (grounding electrode) adalah sejenis penghantar yang ditanam di dalam tanah dan berfungsi agar potensial semua penghantar yang dihubungkan sama

dengan potensial tanah. Perlengkapan ini juga merupakan alat pelepasan arus ke tanah. Elektroda tanah memegang peran penting karena amat menentukan seberapa besar arus gangguan yang dapat dilepaskan ke tanah.

Penghantar tanah (grounding conductor) berfungsi menghubung-kan peralatan sistem yang akan ditanahkan ke bus tanah atau elektroda tanah.

b. Bahan-bahan Elektroda

Syarat-syarat utama bahan elektroda diantaranya adalah :

Tidak mudah berkarat seperti : baja dan tembaga

Kokoh atau tahan terhadap desakan, pukulan dan sebagainya

Memiliki daya hantar listrik yang baik

Penggunaan tembaga dapat membentuk sel galvanis dengan bahan logam lain yang tertanam di dalam tanah seperti saluran pembungkus kabel sehingga mempercepat terjadinya korosi pada logam tersebut. Untuk pencegahannya dilakukan pelapisan timah pada tembaga atau melapisi logam-logam lain dengan aspal, terutama yang dekat dengan elektroda tembaga. Untuk elektoda baja tidak menimbulkan masalah dan cocok untuk sistem grid maupun elektroda benam.

c. Hantaran Pentanahan

Hantaran pentanahan ialah hantaran yang menghubungkan bagian yang harus ditanahkan dengan elektroda pentanahan. Luas penampang minimum untuk hantaran :

1) Untuk hantaran dengan perlindungan mekanis yang kokoh :

Hantaran tembaga : 1,5 mm2

Hantaran aluminium : 2,5 m2

2) Untuk hantaran yang tidak diberi perlindungan mekanis yang kokoh :

Hantaran tembaga : 4 mm2

Pita baja, tebal minimum 2,5 mm : 50 mm

Hantaran aluminium tidak boleh digunakan

Sebagai perlindungan digunakan pipa baja. Jika tidak dipasang dalam pipa untuk hantaran pentanahan sebaiknya digunakan hantaran telanjang sehingga mudah dikontrol jika ada yang putus. Untuk rumah tinggal sebaiknya jangan digunakan hantaran telanjang.

Untuk satu lagi komponen elektrik yang merupakan jaringan transmisi koneksi ke PT PLN dengan skema Power Purchase Aggreemnet (PPA). (Buku Pedoman...).

BAB 3

KETENTUAN UMUM DAN STANDAR INSTALASI

JARINGAN TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

3.1. Pemilihan Jalur Transmisi

Untuk mendesain jalur transmisi pendistribusian daya listrik yang terbangkitkan beberapa hal yang dapat dijadikan dasar antara lain :

Mudah untuk akses dan perawatan

Kondisi tanah untuk tiang kuat dan stabil

Diharapkan tidak ada masalah dalam pengalihan/penggunaan lahan

Tidak ada masalah pada jarak dengan rumah dan pohon

Dipilih jalur distribusi paling pendek

Jika tiang dipasang di sekitar slope curam atau pada dasar jurang, hindarkan dari potensi longsong

Ketinggian konduktor dari atas tanah harus lebih dari 4 m

Disamping hal-hal di atas, yang dapat dijadikan referensi untuk mendesain jaringan transmisi dan distribusi dapat menggunakan standar dan petunjuk PT. PLN. Setelah beberapa hal di atas untuk pemilihan jalur, maka beberapa pada fasilitas pendukung dari jaringan transmisi dan distribusi yang perlu diperhatikan adalah :

a. Tiang

Tiang standar yang dapat digunakan untuk jaringan transmisi dapat diperlihatkan pada tabel berikut :

Struktur Pendukung Penerapan

Tiang beton Dipakai secara umum

Tiang kayu (termasuk bambu) Digunakan pada area dimana akses untuk mesin-mesin besar sulit

Tiang besi Digunakan pada area dimana akses untuk mesin-mesin besar sulit

Panjang bentangan tiang antara pendukung jaringan distribusi ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut :

Bentangan yang direkomendasikan 50 M

Untuk jalur yang melewati area di luar pemukiman, persawahan dan

Ruang terbuka maksimum 80 M

Untuk area pemukiman penduduk maksimum 50 M

Jarak bebas minimum konduktor dari atas tanah yang diijinkan dengan kriteria sebagai berikut :

Ketinggian konduktor di atas tanah 20 kV Tegangan Rendah

Memotong jalan 6.5 M 4.0 M

Sepanjang jalan 6.0 M 4.0 M

Tempat lain 6.0 M 4.0 M

Jarak bebas vertikal antara konduktor telanjang 20 kv dan konduktor berpenyengat Tegangan Rendah

0.8 M

Jarak bebas antar fasa dari konduktor telanjang 20 kV 0.8 M

Jarak bebas vertikal antar konduktor telanjang 20 kV 1.0 M

Jarak bebas antara konduktor berpenyengat Tegangan Rendah

0.2 M

Ketinggian tiang ditentukan dengan memperhitungkan faktor-faktor berikut

Ketinggian yang diperlukan konduktor feeder (penyulang) diatas tanah diamankan dibawah lendutan terbesar

Jarak bebas yang diperlukan antara konduktor feeder dan bangunan, kawat listrik lain atau pepohonan dapat diamankan di bawah kedutan minimum

Ketinggian yang direkomendasikan dari struktur pendukung adalah

Tegangan Panjang Tiang Yang Direkomendasi

20 kV 9 M

Tegangan Rendah 7 M

Kedalaman minimum pemasangan tiang adalah satu per enam dari panjang tiang (Jikan panjang 9 M, maka kedalaman 1,5 M).

Jika kondisi tanah tidak stabil, akar tiang diperkuat dengan suatu konstruksi pendukung.

Ukuran tiang harus memperhitungkan momen pada tiang dengan beban angin.

b. Tarik tegang

Tarik tegang harus dipasang untuk menyeimbangkan tiang. Jenis beban untuk struktur pendukung adalah :

1) vertikal, meliputi : berat tiang, berat kabel, beban berat dari tekanan kawat.

2) mendatar, meliputi : tekanan angin ke tiang, ketidakseimbangan beban dari panjang bentangan yang tidak sama.

3) samping, meliputi : tekanan angin ke kabel, komponen beban samping dari tekanan kawat.

c. Konduktor dan kabel

Ukuran konduktor harus dipilih dengan memperhitungkan jumlah beban sekarang, jumlah beban yang diperkirakan, hubungan pendek/konsleting, kapasitas arus konduktor,kerugian tegangan, kerugian daya, kekuatan meknikal. Terlalu banyak ukuran tidak dapat dipakai untuk percabangan feeder.

Perbandingan kelebihan dan kerugian konduktor dan kabel :

Konduktor Murah

Mudah untuk menyam-bung tiap konduktor

- Tidak aman

Kabel Aman

Dapat utk pemasangan dibawah tanah

Mahal

Susah utk menyam-bung tiap kabel

3.2. Penerapan Trafo Distribusi

Trafo distribusi step-up (menaikkan) dan step down (menurunkan) harus pada kontruksi tiga -fasa, dan kapasitas standar adalah sebagai berikut : 5 kVA, 10 kVA, 16 kVA,25 kVA dan 50 kVA.

Dalam memutuskan penempatan lokasi trafo, dimana trafo step up harus diletakkan dekat rumah pembangkit (power house), dan trafo step down harus diletakkan dalam atau dekat area pusat beban. Dalam memutuskan tersebut harus diuji dan dipertimbangkan beberapa hal sebagai berikut :

Mudah untuk akses dan pekerjaan-pekerjaan pergantian

Dipisahkan dari bangunan-bangunan lain atau pepohonan dengan jarak yang cukup.

Untuk tipe dipasang pada tiang, pemasangan tiang harus tidak rumit.

Tipe di atas tanah harus dibangun dengan tidak menimbulkan masalah umum.

Sebelum memutuskan kapasitas trafo baru, area suplai trafo baru harus ditentukan dengan mempertimbangkan beberapa hal :

Area suplai dari trafo baru tidak overlap dengan suplai trafo lain dari feeder lain.

Area suplai dari setiap trafo harus mandiri

Pembatasan kerugian tegangan harus memuaskan pada setiap bagian dari area suplai.

Kapasitas trafo baru mempertimbangkan pertumbuhan permintaan yang diharapkan dari area.

Hubungan antara kapasitas trafo dan generator digambarkan sebagai berikut :

Kapasitas trafo 5 kVA 10 kVA 16 kVA 25 kVA 50 kVA

Kapasitas generator 4 kW

8 kW

8 kW

12 .8kW

12.8 kW 20 kW

20 kW 40 kW

3.3. Sambungan Rumah (House Connection-HC)

Untuk sambungan rumah (SR) kabel twisted berinti tembaga atau berinti aluminium dapat digunakan, dengan ukuran sebagai berikut :

Ukuran dari bahan berinti tembaga

4 mm, 6 mm, 10 mm, 16 mm, 25 mm

Ukuran dari bahan berinti aluminium

10 mm,16 mm, 25 mm, 35 mm

Alangkah lebih baik untuk tidak menggunakan sebuah tiang diatap dengan jalur masuk konsumen. Penggunaaan tiang di atap hanya untuk melayani sambungan dari rumah ke rumah dan tidak diletakkan pada sisi yang sama dengan jaringan tegangan rendah, Jarak bebas minimum 3 m untuk halaman tertutup, 4 m untuk jalan umum. Untuk rumah yang ketinggiannya kurang dari 3 m diperlukan tiang untuk pencapaian jarak.

Berdasarkan pengalaman, perhitungan kerugian maksimum SR adalah :

Untuk SR mengambil dari Tegangan Rendah kerugian tegangan maksimum 2%.

Untuk SR yang mengambil langsung dari trafo, kerugian tegangan maksimum 12%.

BAB 4

ESTIMASI BIAYA PENGADAAN PERALATAN

MEKANIKAL ELEKTRIKAL

4.1. Komponen Biaya

Komponen harga untuk estimasi perkiraan biaya peralatan mekanikal elektrikal dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Biaya transportasi pengiriman dari pabrikan ke lokasi PLTMH, dan jika ada peralatan yang diimpor maka ada biaya masuk bea cukai (port clerance fee).

b. Biaya pengadaan peralatan mekanikal elektrikal yang terdiri dari :

Turbin

Alat pengontrol

Ballast load

Generator

Aksesoris, suku cadang dan peralatan

Pengesetan dan pemasangan

c. Biaya pengetesan

d. Biaya uji coba (Pre commissioning Trial Run)

e. Biaya jaringan transmisi yang terdiri dari :

Tiang transmisi

Kabel

Trafo (Transformer)

Aksesoris

f. Sambungan konsumen, yang terdiri dari :

Kabel

Saklar (switch)

Aksesoris

4.2. Formula Perhitungan Untuk Estimasi Biaya

Untuk membantu memformulasikan perhitungan estimasi biaya, digambarkan dengan tabel di bawah ini :

BAB 5

PENYUSUNAN LAPORAN SPESIFIKASI PERALATAN

MEKANIKAL ELEKTRIKAL

Sama seperti format penyusunan Laporan Hasil Studi Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH, Laporan Spesifikasi Peralatan Mekanikal dan Elektrikal tidak ada ketentuan standar, akan tetapi yang mememiliki ketentuan standar spesifikasi untuk setiap peralatan sesuai dengan desain rencana daya terbangkit yang ingin dicapai, lokasi dan jalur serta jarak jaringan transmisi dan distribusi ke pelanggan.

Dengan demikian format laporan yang disajikan dalam Buku Pedoman ini bukan merupakan standar baku. Pada pemangku (stakeholders) dapat menyusun sesuai versi masing-masing. Format penyusunan laporan dalam Buku Pedoman ini disusun justru sebagai petunjuk praktis membantu memudahkan penulisan laporan hasil studi kelayakan dan spesifikasi peralatan mekanikal elektrikal yang memudahkan untuk perencanaan dan studi kelayakan pembangunan PLTMH.

Laporan Hasil Studi Kelayakan Sipil dapat disusun sebagai berikut :

1. Halaman Sampul Laporan

2. Ringkasan Eksekutif

3. Daftar Isi

4. Daftar Gambar

5. Daftar Tabel

6. Daftar Lampiran

7. Bab Pendahuluan

Pada bab ini berisi tentang project statement PLTMH , latar belakang, maksud dan tujuan serta lingkup kegiatan studi potensi yang telah dilakukan (boleh dijelaskan dengan jadwal waktu) dan gambaran hasil yang dicapai.

Oleh karena kegiatan studi kelayakan dan spesifikasi peralatan mekanikal elektrikal tidak dapat dilakukan oleh masyarakat awam (perorangan dan institusi), maka disamping identitas maupun profil lembaga yang diuraikan identitas, status, dan alamatnya dengan jelas; profil pabrikan sebagi sumber informasi awal penetuan spesifikasi peralatan mekanikal elektrikal sebaiknya dicantumkan juga pada bab ini.

8. Bab Profil Teknis Lokasi PLTMH

Pada bab ini dijelaskan tentang gambaran teknis berdasarkan data primer yang telah dilakukan dan didapat seperti : peta topografi dengan dijelaskan skalanya, data curah hujan atau meteorologi selama periode tertentu, data hidrologi, peta geologi dengan skalanya. Menjelaskan pengumpulan data dan informasi primer berdasarkan survey awal hasil wawancara dengan penduduk.

9. Bab Lokasi dan Desain Kasar Bangunan Sipil PLTMH

Pada bab ini digambarkan layout skema sistem PLTMH dan rencana posisi bangunan sipil, profil teknis kondisi dan struktur tanahnya yang mungkin telah didukung analisis berdasarkan pengolahan data hasil studi pra-kelayakan.

Boleh juga pada bab ini dilengkapi dengan foto/gambar..... dan yang paling substansi pada bab ini adalah sketsa layout rencana sistem PLTMH, dan perkiraan potensi daya (kW) yang dapat dihasilkan.

10. Bab Spesifikasi Peralatan Mekanikal Elektrikal

Pada bab ini diuraikan spesifikasi setiap peralatan mekanikal elektrikal yang akan digunakan untuk memperoleh besar daya terbangkit yang ingin dicapai. Jika memungkinkan dijelaskan juga persyaratan standar instalasi dan pengesetan operasinya.

11. Bab Perkiraan Biaya

Pada bab ini menggambarkan profil dari aspek perkiraan biaya, perkiraan kuantitas,jumlah dan volume serta perkiraan harga satuan setiap komponen peralatan mekanikal elektrikal sesuai jumlah dan spesifikasinya, termasuk perkiraan biaya jasa transportasi , instalasi, pengujian dan komisioning.

Pada bab ini juga dapat juga dijelaskan skema kontribusi sumber pembiayaan atau kontribusi sumber investasi.

12. Bab Rekomendasi Studi Kelayakan

Pada bab ini disampaikan saran dan rekomendasi review dan beberapa pengujian menuju tahap kegiatan perencanaan Detal Desain Bangunan Sipil PLTMH, sebagai suatu syarat desain fasilitas sipil penunjang operasi PLTMH yang layak.

13. Lampiran-lampiran data, gambar, foto, brosur , referensi

14. Profil Pabrikan sebagi sumber informasi awal perencanaan spesifikasi..