Upload
lyhanh
View
248
Download
15
Embed Size (px)
Citation preview
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN
OLEH :
Nama : RONNY SAMUEL SIANTURI NIM : 050422006
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2008
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL
APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN
Oleh :
RONNY SAMUEL SIANTURI NIM : 050422006
Disetujui oleh :
Pembimbing
Ir. SATRIA GINTING NIP : 131 836 676
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : 131 459 554
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2008
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
ABSTRAK
PT. Musim Mas KIM 2 Medan adalah perusahaan pengolahan CPO
(Crude Palm Oil) menjadi beberapa bahan jadi seperti sabun, minyak makan, dan
beberapa bahan-bahan kimia lainnya yang masih berupa bahan baku untuk diolah
seperti fatty acid, alkohol, dan lain sebagainya.
Di dalam melakukan proses produksinya, perusahaan ini memiliki
pembangkit sendiri yaitu berupa Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Sedangkan sumber listrik dari PT.
PLN Persero hanya bisa memberikan daya sebesar 2000 kW. Untuk unit PLTU,
perusahaan ini memiliki empat unit mesin PLTU dengan kapasitas daya yang
diberikan berbeda-beda. Untuk unit PLTU 1 atau perusahaan ini menyebutnya
dengan nama Turbin 1 memiliki kapasitas sebesar 2400 kW, untuk PLTU 2 atau
Turbin 2 kapasitasnya adalah 3400 kW, Turbin 3 kapasitasnya 4000 kW
sedangkan yang terakhir adalah Turbin 4 dengan kapasitas 10 MW. Untuk unit
PLTD terdiri dari tujuh unit mesin yang terdiri dari 2 unit merek SKL dengan
masing-masing kapasitas 2800 kVA, 1 unit merek Caterpilliar dengan kapasitas
daya 2050 kVA, 4 unit merek MTU dengan kapasitas masing – masing 500 kVA
dan untuk masing-masing generator diesel memiliki factor daya 0,8.
Kedua jenis mesin pembangkit ini ( PLTU dan PLTD) beroperasi tidak
secara bersamaan, karena disesuaikan dengan kebutuhan daya pada perusahaan
ini. Untuk PLTU yang beroperasi secara terus-menerus hanya 2 unit yaitu Turbin
2 dan Turbin 4 sedangkan Turbin 1 dan Turbin 3 berfungsi sebagai cadangan jika
terjadi kekurangan daya. Untuk unit PLTD, biasanya digunakan untuk change
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
power atau dengan kata lain pemindahan beban dari PLN ke Turbin, karena untuk
daya dari PLN setiap pukul 18.00 sampai pukul 23.00 tidak digunakan, karena
pada jam terssebut PT. PLN Persero menggunakan dayanya untuk melayani beban
puncak di masyarakat. Di samping itu, PLTD juga berfungsi untuk memberikan
daya secara cepat jika unit PLTU mengalami gangguan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena
atas rahmat dan pertolongan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah :
STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL
APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar
Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana
Ekstension Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.
Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis mendapat bimbingan dan
arahan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta dan seluruh keluarga yang telah
memberikan bantuan baik material maupun moril sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Satria Ginting selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis.
3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro
Program Pendidikan Sarjana Ekstension USU.
4. Bapak Ir. R Sugih Arto Yusuf selaku Dosen Wali penulis.
5. Para dosen dan seluruh staff pengajar dan pegawai di Jurusan Teknik
Elektro USU.
6. Seluruh rekan kerja di bagian Pembangkit Listrik dan Electrical Instrument
di PT. Musim Mas KIM 2 Medan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro ekstension stambuk ’05
yang telah membantu penulis baik dalam perkuliahan maupun
penyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Seluruh teman sepelayanan di Departemen Profetik Blessing Community
Gereja Kristen Baithani khususnya abang Timothius Ginting selaku
pembimbing rohani penulis.
9. dan buat seseorang yang istimewa yang selalu menemani penulis dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna
disebabkan keterbatasan dari penulis. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan
saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata semoga laporan ini beermanfaat bagi mahasiswa Departemen
Teknik Elektro Fakultas Teknik USU khususnya dan seluruh pembaca pada
umumnya.
Medan, Februari 2009
Penulis
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
DAFTAR ISI
ABSTRAK………………...……………………………………………………….i
KATA PENGANTAR……………………………………………………...…….iii
DAFTAR ISI………………………………………………………………………v
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………….....vii
DAFTAR TABEL DAN GRAFIK………………………………………………x
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah………………………………………………….1
I.2 Tujuan Penulisan………………………………………………………….2
I.3 manfaat Penulisan Tugas akhir……………………………………………3
I.4 Batasan Masalah……………………………………………………….......3
I.5 Metode dan Sistematika Penulisan……………………………………..….4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap…………………………………………..6
II.2 Komponen-komponen Utama PLTU……………………………………12
II.3 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel……………………………………….22
II.4 Generator Sinkron………………………………………………………..26
II.5 Governor…………………………………………………………………53
II.6 Alat Pembagi Beban generator…………………………………………..56
II.7 Kapasitor Bank..........................................................................................62
BAB III OPERASIONAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
DAN DIESEL PT. MUSIM MAS MEDAN
III.1 Blok Diagram Uap dan Air........................................................................66
III.2 Operasional PLTU PT. Musim Mas KIM II Medan.................................75
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
III.3 Operasional PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan..................................87
III.4 Operasi Paralel Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan....................91
BAB IV PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT
IV.1 Beban Yang Dipikul Pembangkit...............................................................98
IV.2 Pembagian Beban Pembangkit.................................................................101
IV.3 Biaya Operasional PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN………..112
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan..............................................................................................118
V.2 Saran.........................................................................................................118
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................120
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 : Siklus Turbin Uap..............................................................6
Gambar II.2 : PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang.........................10
Gambar II.3 : PLTU Dengan Siklus Regeneratif....................................10
Gambar II.4 : PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S..11
Gambar II.5 : Komponen-komponen Utama PLTU...............................13
Gambar II.6 : Boiler................................................................................15
Gambar II.7 : Prinsip Kerja Turbin Reaksi............................................17
Gambar II.8 : Prinsip Kerja Turbin Impuls............................................17
Gambar II.9 : Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)......................18
Gambar II.10 : Turbin Tangensial............................................................19
Gambar II.11 : Turbin Aliran Aksial........................................................19
Gambar II.12 : Sistem Kondensor............................................................20
Gambar II.13 : Deaerator.........................................................................21
Gambar II.14 : Komponen-komponen Utama PLTD...............................22
Gambar II.15 : Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah...........................24
Gambar II.16 : Siklus Percikan Kompresi................................................24
Gambar II.17 : Generator Sinkron............................................................27
Gambar II.18 : Generator Sinkron yang menerima arus penguat
medan dari Generator DC................................................31
Gambar II.19 : Sistem Brushless Exictation…………………………….32
Gambar II.20 : Generator dengan Sistem Brushless Excitation
dan PMG..........................................................................34
Gambar II.21 : Dua Generator Bekerja Paralel …....….....……………..38
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar II.22 : Arus Sinkronisasi................................……………….…39
Gambar II.23 : Efek Tegangan Yang Tidak Sama………………….…..42
Gambar II.24 : Pembagian Beban antara Dua Generator.........................43
Gambar II.25 : Karakteristik Generator yang Bekerja Paralel.................45
Gambar II.26 : Generator yang Terhubung Paralel Dengan Infinite Bus.47
Gambar II.27 : Karakteristik Jaringan Tidak Berhingga..........................48
Gambar II.28 : Diagram Frekuensi-Daya ................................................48
Gambar II.29 : Diagram Frekuensi-Daya.................................................49
Gambar II.30 : Diagram Frekuensi-Daya.................................................50
Gambar II.31 : Hubungan Paralel Antar Generator..................................50
Gambar II.32 : Skema Rangkaian Paralel Generator................................51
Gambar II.33 : Segitiga Daya Generator Paralel Akibat
Efek Pengubahan Penguatan............................................52
Gambar II.34 : Segitiga Daya Efek Pengubahan Governor.....................52
Gambar II.35 : Skema Governor…………………………………….….54
Gambar II.36 : Pengaturan Sekunder Melalui titik B2.............................55
Gambar II.37 : Karakteristik Speed Droop...............................................55
Gambar II.38 : Pengkabelan Alat Pembagi Beban...................................59
Gambar II.39 : Penggunaan Alat Pembagi Beban Generator...................61
Gambar II.40 : Segitiga Daya…………………….……………………..62
Gambar II.41 : Kapasitor Sebagai Arus kVAr.........................................64
Gambar III.1 : Blok Diagram Alir Uap dan Air......................................66
Gambar III.2 : Blok Diagram Kondensor dan Injector............................69
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar III.3 : Sistem Kerja Injector.......................................................70
Gambar III.4 : Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................71
Gambar III.5 : Konstruksi Turbin............................................................72
Gambar III.6 : Turbin Tipe Back Pressure……………………………..73
Gambar III.7 : Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................74
Gambar III.8 : Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan............75
Gambar III.9 : Sistem Turbin 2 PT. Musim Mas KIM II Medan............84
Gambar III.10 : Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II
Medan...............................................................................88
Gambar III.11 : Panel Sinkron...................................................................91
Gambar III.12 : Panel Bus Bar...................................................................92
Gambar III.13 : Diagram Satu Garis PT. Musim Mas...............................95
Gambar III.14 : Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan)..............96
Gambar IV.1 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 09.00....103
Gambar IV.2 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 10.00....105
Gambar IV.3 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 11.00....107
Gambar IV.4 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 12.00....108
Gambar IV.5 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 19.00....110
Gambar IV.6 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 07.00....103
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
DAFTAR TABEL DAN GRAFIK
Tabel II.1 : Daftar Faktor Daya...........................................................65
Tabel III.1 : Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................78
Tabel III.2 : Turbine 1 Log Sheet.........................................................79
Tabel III.3 : Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet........................79
Tabel III.4 : Turbine 1 Pumps Log Sheet.............................................80
Tabel III.5 : Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................85
Tabel III.6 : Turbine 2 Log Sheet.........................................................85
Tabel III.7 : Turbine 2 Log Sheet.........................................................86
Tabel VI.1 : Karakteristik Beban Pembangkit.....................................98
Tabel IV.2 : Konsumsi Uap Turbin 2 Per Jam...................................113
Tabel IV.3 : Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam...................................115
Grafik IV.1 : Karakteristik Beban Setiap Pembangkit..........................99
Grafik IV.2 : Karakteristik Total Beban Pembangkit............................99
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Tenaga listrik merupakan salah satu kebutuhan yang paling pokok untuk
menunjang kehidupan manusia saat ini. Untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari
dalam rumah tangga maupun bisnis, manusia memerlukan tenaga listrik. Secara
umum dapat dikatakan bahwa tenaga listrik merupakan salah satu prasyarat
kehidupan manusia, dan perkembangan kehidupan manusia memerlukan
tambahan penyediaan tenaga listrik. Orang mengatakan bahwa untuk
pertumbuhan ekonomi, diperlukan pertumbuhan kemampuan penyediaan tenaga
listrik.
Kebutuhan tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM 2 Medan diperkirakan
masih akan terus tumbuh selama beberapa waktu ke depan, mengingat proses
pembangunan beberapa plant yang masih terus berlangsung.
Untuk penyediaan dan pelayanan energi listrik tersebut selain
mendapatkan daya dari PT. PLN Persero, maka perusahaan ini memiliki mesin-
mesin pembangkit yang terdiri dari unit PLTU dan unit PLTD.
Secara garis besar unit-unit pembangkit ini melayani beberapa plant atau
dengan kata lain beban-beban pembangkit, meliputi:
1. Oleic Acid
2. Flaker, Chiller dan Cooling Water
3. Spray Beading, TF-3 Bagging, Drumming
4. Soap Plant (Finishing dan Main Office)
5. Main Plant FA-2
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
6. Utility FA-2
7. Soap Plant (Sela dan Main Lab)
8. MCT
9. Speciallity Fat
10. Utility (RO Water, Air Comp.)
11. TF-4 dan Cooling Tower
12. Utility (TF-1, N2, Air Comp.)
13. Hydrogent (Caloric)
14. Main Plant FA-1
15. Fatty Alcohol-Turbo Compressor
16. Fatty Alcohol-Main Plant
17. Fatty Alcohol-Utilty / Hydrogent
Jenis pembangkit yang digunakan perusahaan ini adalah PLTU, karena
pembangkit jenis ini cukup ekonomis karena bahan bakar yang digunakan tidak
terlalu mahal berupa cangkang kelapa sawit dan lahan yang dibutuhkan tidak
terlalu luas.
I.2 TUJUAN PENULISAN
Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Untuk memberikan penjelasan secara sistematis tentang prinsip kerja dan
cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) di PT. Musim Mas KIM 2
Medan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
2. Untuk mendapatkan gambaran operasional PLTU dan PLTD di lapangan
dan menyesuaikannya dengan teori yang diperoleh di bangku kuliah.
I.3 MANFAAT PENULISAN TUGAS AKHIR
Laporan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi :
1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro yang ingin memperdalam wawasannya
tentang Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik
Tenaga Diesel (PLTD).
2. Penulis sendiri untuk menambah wawasan dan juga pengetahuan
mengenal operasional PLTU dan PLTD baik secara umum maupun siklus-
siklus yang terjadi pada pembangkit ini.
3. Setiap orang yang berkenan dengan penggunaan pembangkit yang efisien
dan sekaligus dapat memenuhi kebutuhannya akan tenaga listrik.
I.4 BATASAN MASALAH
Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu
membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas
Akhir ini adalah:
1. Prinsip kerja dan cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(PLTU) dan Pembangkit Listrik tenaga Diesel (PLTD).
2. Analisa termodinamika mengenai siklus tenaga uap Rankine.
3. Paralel generator dan daya yang dihasilkan oleh generator tersebut.
4. Tidak membahas secara detail tentang beban yang ditanggung oleh
pembangkit.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
I.5 METODE DAN SISTEMATIKA PENULISAN
I.5.1 Metode Penulisan
Karena Laporan Tugas Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka
penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan
melalui :
1. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal,
majalah, media elektronik (internet), dan sebagainya.
2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari PLTU dan PLTD PT.
Musim Mas KIM 2 Medan tentang prinsip kerja dan cara pengoperasian
kedua pembangkit ini.
3. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing
yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan Teknik Elektro USU, mengenai
masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini
berlangsung.
I.5.2 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis
menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
1. BAB I : Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang
latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan
masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika
penulisan.
2. BAB II : Bab ini berisi tinjauan siklus turbin Uap pada PLTU,
generator sinkron, dan PLTD.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
3. BAB III : Bab ini berisi operasional Pembangkit Listrik Tenaga Uap
(PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).
4. BAB IV : Bab ini berisi mengenai beban yang dipikul pembangkit
dan prinsip pembagian beban pembangkit.
5. BAB V : Bab ini berisikan kesimpulan dan saran-saran yang
diperoleh dari hasil pembahasan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Sesuai dengan nama pembangkitnya, PLTU adalah suatu pembangkit
tenaga listrik yang menggunakan energi bahan bakar seperti minyak residu,
batubara, cangkang kelapa sawit, gas alam atau sampah untuk memanaskan uap
secara berulang-ulang.
pompa
boileruap
turbin Ek
kondensor
air1
2
3
4 Eb
Em
1
2
34
a b entropi
suhu
(a) Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap (b) Siklus Rankine
boiler
turbin
pompa kondensor
W+ (output)
air1
A
B
uap2
uap 3
air
4 D
C
Q+ (input)
W-Q-
(c) Siklus Tenaga Uap
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar II.1 Siklus Turbin Uap
II.1.1. Siklus Tenaga Uap
Siklus Rankine, atau siklus tenaga uap, merupakan siklus teoritis paling
sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana
dipergunakan pada sebuah Pusat Listrik tenaga Uap (PLTU). Gambar II.1(a)
memperlihatkan skema dari Pusat Listrik Tenaga Uap yang terdiri atas komponen-
komponen terpenting yaitu : boiler, turbin uap, dan kondensor. Jumlah energi
masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah Em, sedangkan energi efektif
yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja Ek. Energi yang terbuang
melalui kondensor adalah sebesar Eb. Dengan menganggap semua kerugian
lainnya termasuk Eb, maka dapat dikatakan bahwa berlaku :
Em = Ek + Eb
sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis :
η EkEm
==Eb
Em
Em -
Dalam gambar II.1(b), yang merupakan suatu diagram suhu-entropi bagi
konstelasi menurut gambar II.1(a), luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran Ek,
sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang Eb (entropy : besaran
termodinamika yang menyertai perubahan setiap keadaan dari keadaan awal
sampai keadaan akhir sistem). Luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi
masukan Em. Meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan
menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah
dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
atau udara yang dipakai sebagai penerima. Dalam diagram suhu-entropi hal ini
berarti menurunkan garis suhu 4-3. Hal ini dapat dilakukan dengan air pendingin
pada kondensor yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Akan tetapi hal ini
sangat terbatas, karena air pendingin yang dapat dipakai hanyalah apa yang
tersedia, yaitu air laut, air sungai, atau air danau yang ada.
Dalam gambar II.1(c) adalah identik dengan gambar sebelumnya yaitu
gambar II.1(a) dan II.1(b), hanya saja melalui gambar ini akan dijelaskan secara
rinci mengenai kondisi termodinamika dari siklus Rankine dengan melakukan
penurunan formulasi sebagai berikut :
1. Kerja pompa (A) :
Wpompa = h4 – h1 (tanda negatif menyatakan pompa menerima kerja luar).
2. Energi panas yang dimasukkan ke sistem (B) :
qboiler = h2 – h1
3. Kerja turbin (C) :
Wturbin = h2 – h3
4. Sistem kondensor (D) :
qkond = h4 – h3 ( tanda negatif menyatakan panas keluar dari kondensor).
5. Panas netto yang masuk ke sistem :
qnet = Qboiler + Qkondensor
6. Kerja netto (net work) yang dihasilkan sistem,
Wnet = Wturbin + Wpompa
7. Efisiensi siklus :
η = boiler
net
qW
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Keterangan :
Wpompa : kerja yang diperlukan untuk menggerakkan pompa (joule/kgm)
Wturbin : kerja yang diperlukan untuk menggerakkan turbin (joule/kgm)
Wnet : kerja netto yang dihasilkan sistem (joule/kgm)
h1 : entalpy air keluar dari pompa / entalpy air masuk ke boiler
(joule/kgm)
h2 : entalpy uap keluar dari boiler / entalpy uap masuk ke
turbin (joule/kgm)
h3 : entalpy uap keluar dari turbin / entalpy uap masuk ke kondensor
(joule/kgm)
h4 : entalpy air keluar dari kondensor / entalpy air masuk ke pompa
(joule/kgm).
qboiler : panas yang diberikan ke boiler (joule/kgm)
qkond : panas yang dibuang kondensor (joule/kgm)
qnet : panas netto yang masuk ke turbin (joule/kgm)
(entalpy suatu sistem : penjumlahan dari energi dalam / internal energy dengan
hasil kali tekanan dan volume sistem).
Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan proses pemanasan ulang.
Proses pemanasan ulang ini terlihat pada Gambar II.2(a). Turbin uap terbagi dua
bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah (TR). Uap
yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3 dan
dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan lagi ke
turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
a b entropi
suhu
1
23
645
78
boiler
uap tekanan tinggi box turbin
kondensor
air
1
2 3
Ek
Eb
5
4
678
Em
G
uap tekanan rendah
Luas 1-2-3-4-5-6 dari Gambar II.2(b) adalah jumlah energi yang
dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi
termal dari pusat tenaga listrik menjdi besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih
besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga 2 kali, dan turbin uap terbagi atas
tiga bagian, yaitu bagian Teknan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan
Tekanan Rendah (TR).
pompa
boiler
uap tekanan tinggi kotak turbin
kondensor
air1
2
3 4
Em 56
Ek
Eb
G
uap tekanan rendah 1
2
3
6
a b entropi
suhu
4
5
(a) (b)
Gambar II.2 PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang
Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagian dari energi yang
berada di dalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal
demikian dilakukan dengan misalnya memanaskan air yang keluar dari kondensor
dengan uap yang dipakai dari turbin sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana
terlihat pada Gambar II.3(a). Lengkung suhu entropi menjadi sebagaimana tampak
pada Gambar II.3(b).
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
(a) (b)
Gambar II.3 PLTU Dengan Siklus Regeneratif
Siklus Rankine merupakan siklus standar PLTU yang dapat digambarkan
pada Diagram T-S (temperature-Entropy) seperti yang ditunjukkan pada gambar-
gambar sebelumnya, atau lebih jelasnya terlihat pada gambar berikut ini.
0
100
200
300
400
-100
-200
-2731 2 3 4 5 6 7 8 9
tem
pera
tur
0 C
entropy, kJ/kg K
24,1
rejected heat
usefull heat
D`
DP2
A`
A
A``
B C
E
P1
Gambar II.4 PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S
Kondisi uap yang keluar dari boiler masuk ke dalam turbin ada pada titik
C yang merupakan uap jenuh kering (dry saturated). Diasumsikan tidak ada losses
pada pipa uap boiler dengan turbin. Di turbin, uap diekspansikan secara isentropic
dari titik C ke titik D.
Kondensor mengkondensasikan seluruh uap sehingga menjadi air jenuh
dan prosesnya berjalan dari titik D ke titik A pada tekanan P2. Air yang
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
bertekanan P2 ini dikompresikan isentropic sehingga tekanannya naik menjadi P1
(garis proses kenaikan tekanan tidak digambarkan dan kerja pompa diabaikan).
Dengan tekanan sebesar P1, temperaturnya dinaikkan menjadi TB.
Dari titik B sampai titik C terjadi proses penguapan atau mengubah fasa
air menjadi fasa uap pada tekanan P1. Selama perubahan fasa ini tidak terjadi
perubahan tekanan maupun temperatur.
Proses A-B terjadi pada sistem air kondensat dan sistem air pengisi, sedangkan
proses B-C terjadi di dalam boiler pada siklus Rankine, energi yang masuk ke
dalam sistem adalah panas yang masuk ke boiler. Energi yang keluar dari sistem
sebagai losses adalah panas terbuang di kondensor.
II.2 KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA PLTU
Keterangan Gambar II.3 :
1 : Boiler P : Pompa
2 : Drum Q1 : Pipa-pipa Boiler
3 : Turbin Tekanan Tinggi Q2 : Superhiter
4 : Turbin Tekanan Menengah Q3 : Pemanas Ulang
5 : Turbin Tekanan Rendah
6 : Kondensor
7 : Pemanasan Awal
8 : Pembakaran Bahan Bakar
9 : Kipas Udara Masuk
10 : Kipas Gas Buang
11 : Generator
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
12
3 4 5
6
P
7
118P
9
10Q3Q2
Q1
P
air pendingin
uap tekanan tinggi
uap tekanan menengah
uap tekanan rendah
turbin
Gambar II.5 Komponen-komponen Utama PLTU
II.2.1 Boiler
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air
sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu
kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media
yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air
dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali,
menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,
sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan
sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem
bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis
sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan
perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna.
Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau
dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang
digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang
dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada
jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk
dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1)
Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air
makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang
boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi,
digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah
panas pada gas buang.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar II.6 Boiler
II.2.2 Turbin Uap
Turbin uap pada umumnya lebih banyak digunakan untuk memutar
generator pembangkit listrik. Cara kerjanya adalah sebagai penggerak mula
(prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros turbin dikopel dengan poros
generator untuk menghasilkan energi listrik.
Ditinjau dari cara kerja transfer energi uap ke poros, turbin uap dapat
dibedakan atas dua tipe :
1. turbin reaksi
2. turbin impuls
Apabila ditinjau dari aliran uap, turbin uap dapat diklasifikasikan atas tiga tipe,
yaitu :
i. turbin aliran radial
ii. turbin aliran tangensial
iii. turbin aliran aksial
II.2.2.1 Turbin Reaksi
Dirancang pertama kali oleh Hero 120 tahun sebelum masehi. Reaksi ini
pancaran uap yang keluar dari nosel (nozzle) mendorong rotor sehingga berputar
(gambar II.7).
II.2.2.2 Turbin Impuls
Jenis turbin ini pertama kali dibuat oleh Branca pada tahun 1629, lihat
gambar II.8 untuk prinsip kerjanya. Pancaran uap yang keluar dari nosel
menghembus daun-daun rotor (disebut blade) sehingga rotor berputar
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
(a) Turbin reaksi (b) Diagram Sudu Turbin reaksi
Ket : Sudu diam (A, A1, A2), sudu bergerak (B, B1, B2)
Gambar II.7 Prinsip Kerja Turbin Reaksi
(a) Turbin Buatan Branca 1629 (b) Diagram Sudu Turbin Impuls
Ket : nozzle (A, AA), sudu bergerak (B1, B2, BB1, BB2), sudu diam (C, CC)
Gambar II.8 Prinsip Kerja Turbin Impuls
II.2.2.i Turbin Aliran Radial
Turbin terdiri dari dua rotor dengan blades dipasang berselangan. Turbin
aliran ini dikembangkan oleh Ljungstorm (gambar II.9). Kedua rotor berputar
dengan arah saling berlawanan, dan masing-masing rotor dikopel terhadap dua
generator terpisah. Arah aliran uapnya radial (tegak lurus menjauhi poros), oleh
karena itu dinamakan turbin aliran radial.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
II.2.2.ii Turbin Aliran Tangensial
Jenis turbin ini memliki konstruksi yang kokoh akan tetapi efisiensinya
sangat rendah. Pancaran uap dari nosel diarahkan untuk menghembus bucket yang
dipasang melingkar pada rotor (gambar II.10). arah hembusan uap adalah
tangensial (pada garis singgung putaran bucket).
II.2.2.iii Turbin Aliran Aksial
Tipe ini yang paling populer dan sangat cocok untuk kapasitas besar.
Turbin ini dapat merupakan tipe reaksi dan juga merupakan tipe impuls. Arah
aliran uap sejajar dengan poros (gambar II.11).
Gambar II.9 Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar II.10 Turbin Tangensial Gambar II.11 Turbin Aliran Aksial
II.2.3 Kondensor
Kondensor merupakan peralatan untuk mengembunkan kembali uap yang
telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk
menghemat sumber air yng ada di sekitarnya serta menkamin kemurnian air yang
digunakan dalam sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun
kotoran-kotoran yang dapat merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya
menggunakan air dingin seperti air sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses
melalui water treatment terlebih dahulu.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
air pendingin masuk ke pipa
sekat
arah aliran air
air pendingin dari pipa
pompa air pendingin
pipa
uap dari turbin
air hasil kondensasi
Gambar II.12 Sistem Kondensor
II.2.4 Deaerator
Fungsi deaerator adalah untuk membuang gas-gas atau udara yang tidak
terkondensasi yang terbawa ke dalam air pengisi. Jenis deaerator ada yang
langsung terintegrasi dengan steam drum dan ada yang terpisahkan atau tersendiri.
Gas yang tidak bisa terkondensasi sifatnya merugikan yaitu menghambat
perpindahan panas dan udara bisa menyebabkan korosi di bagian dalam pipa-pipa
air.
Air yang telah dijernihkan maupun air yang telah jernih perlu dilunakkan
dengan proses kimia. Reaksi kimia ini menimbulkan berbagai endapan yang harus
disaring oleh saringan atau proses pemurnian pendahuluan. Langkah berikutnya
adalah demineralisasi, yaitu suatu proses kimia untuk menghilangkan mineral-
mineral yang masih terdapat dalam air. Kemudian air yang keluar dari instalasi
deminearalisasi masih mengandung gas-gas oksigen dan amoniak. Untuk
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
mengeluarkan gas-gas ini, air yang keluar dari instalasi demineralisasi dialrkan ke
deaerator.
Gambar II.13 Deaerator
II.2.5 Pompa-pompa Pelumasan
Pompa-pompa pelumasan adalah alat bantu pelumasan oli pada sistem
mesin pembangkit, di antaranya adalah :
• Pompa Pelumasan Utama
Pompa ini dikopel dengan poros turbin, pompa ini berfungsi untuk memberikan
suplai pelumasan pada turbin ketika turbin telah berputar pada putaran normalnya.
Selain itu, pompa pelumas utama juga mensuplai oli untuk keperluan sistem
governor seperti power oil dan pilot oil.
• Pompa Pelumas Bantu (Auxiliary Oil Pump)
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Pompa ini digerakkan oleh motor listrik AC dan mensuplai minyak ke turbin bila
pompa minyak pelumas utama tidak dapat mensuplai misalnya ketika putaran
rendah atau pada saat start turbin. Seperti pompa minyak utama, selain mensuplai
sistem pelumasan, pompa ini juga untuk mensuplai power oil dan pilot oil.
II.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL
II.3.1 Komponen-komponen Utama PLTD
12
3
4
5
6
7
8 9
10 11
12
13
14
15
1617
18
19
Gambar II.14 Komponen-komponen Utama PLTD
Keterangan gambar :
1 : mesin diesel 10 : tangki udara start
2 : generator 11 : kompresor
3 : saringan udara 12 : tangki air
4 : peredam kebisingan 13 : pompa air
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
5 : tangki bahan bakar harian 14 : menara pendingin
6 : tangki bahan bakar 15 : suplesi air
7 : pompa bahan bakar 16 : pendingin minyak pelumas
8 : saringan bahan bakar 17 : tangki minyak pelumas
9 : pompa injeksi bahan bakar 18 : pompa minyak pelumas
19 : pembersih minyak pelumas
II.3.2 Prinsip Kerja Mesin Diesel
Pembangkit Listrik tenaga Diesel atau PLTD adalah suatu stasiun
pembangkit tenaga, di mana sebagai penggerak mulanya adalah sebuah mesin
diesel yang mendapat energi dari bahan bakar cair yang dikenal sebagai minyak
solar, dan merubah energi tersebut menjadi energi mekanik dan dikopel dengan
sebuah generator untuk mengubah energi mekanik dari mesin diesel menjadi
energi listrik.
Kebanyakan mesin diesel siklus operasinya empat langkah, karena lebih
efisien dibandingkan dengan mesin dua langkah. Diesel mendapatkan daya dari
hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder mesin atau dengan kata lain
proses kerja ini ini disebut siklus Otto yang ditemukan oleh insinyur jerman
bernama Otto pada tahun 1876. pembakaran bahan bakar tersebut menghasilkan
kenaikan temperatur dan tekanan di dalam silinder mesin. Dan tahanan yang
dibangkitkan mendorong piston yang terdapat pada silinder mesin.
Daya mekanik yang dibangkitkan, diteruskan ke batang engkol
(connecting rod), yang dipasang pada poros engkol (crank shaft) untuk
meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
P
V
12
3 4
5
T
S
1
2
3
4
5
P
V
ekspansiawal injeksi
kompresi
masuk & keluar
udara & bahan bakar masuk
poros engkol
silinder
torak
tangan engkol
batang penghubung
busi katub masuk
katub keluar
gas buang keluar
(1) Langkah pemasukan dan penghisapan
(2) Langkah kompresi
(3) Langkah ekspansi & kerja
(4) Langkah pembuangan
Gambar II.15 Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah
Pada sebuah mesin yang mempergunakan siklus percikan kompresi tidak
dipergunakan busi. Percikan terjadi karena suhu tinggi disebabkan oleh kompresi
udara yang tinggi di silinder. Gambar II.16 memperlihatkan suatu siklus teoritis
dan actual untuk jenis mesin yang demikian.
(a) (b) (c)
Gambar II.16 Siklus Percikan Kompresi
Proses yang terjadi dalam mesin diesel ini adalah sebagai berikut :
1-2 : kompresi isentropic
2-3 : penambahan panas pada volume konstan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
3-4 : penambahan panas pada tekanan konstan
4-5 : ekspansi isentropik
5-1 : pembuangan panas pada volume konstan
Mesin ini sering disebut juga motor diesel sesuai dengan nama dari pembuatnya,
yaitu seorang Jerman yang bernama Diesel. Pada mesin ini penambahan panas
atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Efisiensi termal dari
motor diesel adalah sebagai berikut :
η = 4332
154332
−−
−−−
+−−
QQQQQ = 1
2
5
1−
k
VV
di mana :
Q2-3 = energi yang ditambahkan pada keadaan 2-3,
Q3-4 = energi yang ditambahkan pada keadaan 3-4,
Q5-1 = energi yang dibuang pada keadaan 5-1,
V5 = volume pada keadaan 5,
V2 = volume pada keadaan 2,
k = rasio panas spesifik = 1,3 – 1,4 untuk udara.
Gambar II.16(a) memperlihatkan diagram Tekanan-Volume (P-V) untuk keadaan
teoritis, sedangkan gambar II.16(b) memperlihatkan untuk suatu siklus yang
sebenarnya bagi sebuah motor diesel.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
II.4 GENERATOR SINKRON
II.4.1 Umum
Generator sinkron merupakan komponen penting untuk pembangkitan
daya tiga fasa dalam suatu pembangkit listrik. Generator sinkron mengubah energi
mekanik dari turbin menjadi energi listrik.
Konversi energi mekanik menjadi energi lisrtrik secara besar-besaran
praktis hanya dilakukan dengan generator sinkron. Hal ini dikarenakan generator
sinkron sebagai mesin pembangkit dapat dibuat untuk pembangkit tenaga listrik
berkapasitas besar dan dapat diparalelkan dengan generator lain maupun infinite
bus dalam suatu sistem interkoneksi.
Sebuah generator sinrkon standar utamanya terdiri dari sebuah rotor yang
dimagnetisasi oleh arus medan DC dan sebuah stator dengan belitan tiga fasa AC.
Istilah mesin sinkron didasarkan pada kenyataan bahwa rotor berputar secara
sinkron dengan medan putaran magnettik stator.
II.4.2 Komponen Utama Generator Sinkron
Generator sinkron merupakan generator yang paling umum digunakan
dalam pembangkitan energi listrik boloak-balik. Konstrtuksi generator sinkron
dapat dilihat pada gambar II.17.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar II.17 Generator Sinkron
Komponen terpenting dari generator sinkron terdiri dua bagian utama yaitu
stator dan rotor.
1. Stator
Stator terdiri dari tiga komponen utama :
a. Rangka Stator
Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga jangkar
generator, yang terbuat dari besi tuang dan dilengkapi dengan slot-slot (parit)
sebagai tempat melekatnya kumparan jangkar. Rangka stator memilki celah yang
berfungsi sebagai ventilasi udara, sehingga udara dapat keluar masuk dalam inti
stator sebagai pendingin.
b. Inti Stator
Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic
khusus yang terpasang ke rangka stator. Laminasi-laminasi diisolasi satu sama
lain dan mempunyai jarak antara laminasi yang memungkinkan udara pendingin
lewat. Di sekeliling inti terdapat slot-slot tempat melekatkan konduktor / belitan
jangkar.
c. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Kumparan jangkar merupakan kumparan tempat timbulnya ggl induksi,
sehingga melalui terminal output kumparan jangkar, yang merupakan terminal
output generator, diperoleh energi listrik yang siap untuk disalurkan.
2. Rotor
Rotor terdiri dari tiga komponen utama, yaitu :
a. Slip Ring
Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi
dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip
ring. Slip ring ini kemudian dihubungkan ke sumber DC daya luar melalui sikat
(brush) yang ditempatkan menempel pada slip ring. Sikat ini merupakan batang
grafit yang terbuat dari senyawa karbon yang bersifat konduktif dan memiliki
koefisien gaya gesekan yang sangat rendah.
b. Kumparan Rotor (medan)
Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam
menghasilkan medan magnet. Kumparan medan ini ditempatkan di bagian rotor
dari generator. Kumparan ini mendapatkan arus searah dari sumber eksitasi
tertentu.
c. Poros Rotor
Poros rotor merupakan tempat peletakan kumparan medan, di mana pada
poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor
sehingga penempatan kumparan medan dapat diatur sesuai dengan rancangan
yang dikehendaki.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
II.4.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron
Suatu mesin listrik (generator atau motor) akan berfungsi bila memiliki :
1. kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet;
2. kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor-konduktor
yang terletak pada alur-alur jangkar; dan
3. celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan
magnet
Untuk menghasilkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan maka fluks
magnetic yang memotong kumparan harus berubah. Dengan kata lain ggl induksi
yang timbul pada ujung-ujung penghantar atau kumparan adalah sebanding
dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar
tersebut, yang dirumuskan oleh :
E = – N dtdΦ
= – N dt
BAd )cos( θ
= – NBAdt
d )(cosθ
Laju perubahan fluks magnetik ini bisa disebabkan oleh salah satu
perubahan berikut :
1. perubahan luas bidang kumparan A (B dan θ tetap)
2. perubahan besar induksi magnetik B(A dan θ tetap)
3. perubahan sudut θ antara arah B dan dengan arah normal bidang
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Khusus untuk generator, timbulnya ggl induksi disebabkan oleh perubahan
sudut θ antara B dan arah normal bidang. Inilah yang mendasari bagaimana
generator sinkron dapat menghasilkan energi listrik.
Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai
berikut :
1. Kumparan medan yang diletakkan di rotor dihubungkan dengan sumber
eksitasi yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan.
Dengan adanya arus yang mengalir melalui kumparan medan akan
menimbulkan fluks magnetik yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.
2. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopeldengan rotor segera
dioperasikan sehingga rotor akan berputar dengan kecepatan tertentu
sesuai dengan diharapkan.
3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang
dihasilkan oleh kumparan medan. Dengan demikian, kumparan jangkar
yang terletak di stator akan dilingkupi oleh fluks magnetik yang berubah-
ubah besarnya setiap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik terhadap
yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada
ujung-uung kumparan tersebut. Untuk generator sinkron tiga fasa,
digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun
dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang
sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan
jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sma lain. Setelah
itu ketiga terminal kumparan siap dioperasikan untuk menghasilkan energi
listrik.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
II.4.4 Sistem Penguatan (Exiter) Generator Sinkron
Sistem penguatan generator sinkron terus mengalami perkembangan
seiring dengan penigkatan kapasitas generator itu sendiri. Pada generator sinkron,
arus medan yang diperlukan untuk membangkitkan medan magnet rotor disuplai
dari sumber daya DC tertentu. Karena kumparan medan terletak pada rotor yang
berputar, maka diperlukan perancangan khusus untuk membentuk rangkaian
sumber daya DC terhadap kumparan medan.
a. DC Exicter
Prinsip DC exicter ini adalah pengkopelan poros secara mekanis dari suatu
generator sinkron dengan sebuah generator arus searah untuk mensuplai arus
searah pada belitan medan di rotornya diperlihatkan pada gambar II.16.
generator sinkron
generator DC
Gambar II.18 Generator Sinkron yang menerima arus penguat
medan dari Generator DC
Dari gambar di atas terlihat bahwa pada generator sinkron tersebut antara
generator utama dan generator DC sebagai pensuplai arus medan pada belitan
medannya dikopel secara langsung dengan shaft pada masing-masing generator.
b. Brushless Exicter
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Brushless Exicter (exicter tanpa sikat) diaplikasikan pada mesin sinkron,
di mana suplai arus searah ke belitan medan dilaksanakan tanpa melalui sikat.
Biasanya arus searah yang disuplai ke belitan medan berasal dari generator arus
bolak-balik yang memiliki shaft yang sama dengan generator utama. Output dari
generator bolak-balik (exicter) ini dikonversikan menjadi arus searah dengan
penyearah yang diletakkan pada bagian shaft ataupun pada bagian dalam dari
rotor generator sinkron. sistem kerjanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
input tiga fasa (arus rendah)
kumparan medan exicter
RF
roto
rst
ator
output tiga fasa
kumparan jangkar generator utama
kumparan medangenerator utama
kumparan jangkarexicter
exicter penyearah tiga fasa generator sinkron
IF
Gambar II.19 Sistem Brushless Exictation
Pada gambar di atas terlihat bahwa untuk menghindari adanya kontak
geser pada bagian rotor generator sinkron, maka exicter-nya dirancang sedemikian
sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung disampaikan ke
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
bagian belitan medan dari generator sinkron. Hal ini dimungkinkan karena dioda
penyearah ditempatkan pada bagian shaft yang dimiliki bersama-sama oleh rotor
generator sinkron dan exicter-nya, kemudian pada shaft inilah dioda penyearah
tadi dilekatkan.
Arus medan pada generator sinkron langsung dikontrol oleh arus yang
mengalir pada medan exicter, dan dalam hal ini exicter berfungsi sebagai suatu
power amplifier. Dioda penyearah yang dipergunakan dirancang sedemikian rupa
sehingga mampu bertahan melawan daya sentrifugal yang dirasakannya.
c. Permanent Magnet Generator (PMG)
Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang
berputar agar generator tersebut dapat menghasilkan tegangan pada statornya.
Medan magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber
listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor adalah
dengan magnet permanen yang dilekatkan pada shaft dari generator tersebut.
Generator yang menggunakan magnet permanen sebagai eksitasinya disebut
dengan Permanent Magnet Generator (PMG).
Biasanya PMG ini dipergunakan pada mesin-mesin berkapasitas kecil saja.
Hal ini disebabkan karena kesulitandalam mencegah efek magnet permanen yang
dapat menarik benda-benda logam di sekitarnya, sehingga sulit dalam perawatan
dan pemasangannya. Selain itu PMG biasanya dipergunakan sebagai pilot exiciter
yang mensuplai arus medan pada bagian rotor suatu generator sinkron sehingga
generator tersebut dapat men-starting sendiri.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Pada suatu generator besar biasanya mempergunakan paduan dari sistem
brushless excitation yang dilengkapi PMG. Hal ini dimaksudkan agar sistem
eksitasi dari generator sama sekali tidak tergantung dari sumber daya listrik dari
luar mesin itu. Bentuk skematik dari sistem ini digambarkan sebagai berikut.
penyearah tiga fasa
kumparan medan exicter
RF
roto
rst
ator
output tiga fasa
kumparan jangkar generator utama
kumparan medangenerator utama
kumparan jangkarexicter
exicter penyearah tiga fasa generator sinkron
IF
kumparan jangkarpilot exiciter
IF
magnet permanen
pilot exciter
medan pilot exicter
Gambar II.20 Generator dengan Sistem Brushless Excitation dan PMG
Terlihat pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat magnet
permanen, kumparan jangkar exicter, kumparan utama medan dari generator. Hal
ini memungkinkan generator tersebut untuk tidak menggunakan slip ring dan sikat
dalam pengoperasiannya secara keseluruhan sehingga lebih efektif dan efisien.
II.4.5 Proteksi Pada Generator Sinkron
Sistem proteksi generator sinkron terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :
- proteksi stator
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
- proteksi rotor
Proteksi stator meliputi proteksi tegangan lebih, proteksi arus lebih,
proteksi impedansi, proteksi stator terhadap gangguan tanah, proteksi arus
diferensial, proteksi terhadap cairan yang masuk ke generator.
Proteksi rotor meliputi pembatas sudut beban, proteksi underexcitation,
proteksi beban tidak seimbang, proteksi rotor terhadap gangguan tanah. Umumnya
sistem proteksi juga terbagi menjadi proteksi mekanik dan proteksi elektrik.
1. proteksi tegangan lebih
Di dalam generator biasanya sudah dilengkapi dengan pengatur tegangan
otomatis (AVR), yang akan mengatur kestabilan tegangan keluarannya. Namun
demikian untuk mengantisipasi kalau pengatur tegangan otomatis tidak bekerja,
maka relai tegangan lebih digunakan sebagai pengaman. Relai tegangan lebih
(Over Voltage Relay) yang digunakan dilengkapi dengan piranti tunda waktu
(time delay) agar diperoleh selektivitas yang memadai, khususnya untuk
koordinasi dengan karakteristik pengatur tegangan otomatis. Relai tegangan lebih
digunakan pada generator-generator yang mempunyai kapasitas sekitar 10 MVA
keatas dengan tegangan kerja 6 KV atau lebih.
2. proteksi arus lebih
Relai arus lebih digunakan sebagai pengaman generator, terutama terhadap
gangguan-gangguan didepan pemutus tenaga (PMT) generator, baik antar fase
maupun gangguan fase ketanah. Penyetelan tunda waktu dari relai harus
mempertimbangkan kemampuan generator untuk bertahan terhadap kondisi
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
hubung singkat yang terjadi didepan generator. Sebagaimana diketahui bahwa
pada saat terjadi hubung singkat, ada tiga kondisi arus atau reaktansi yang ada
pada generator , yaitu arus subperalihan (subtransient), arus peralihan (transient),
dan arus tetap (steady state). Oleh karena itu, penyetelan (settings) arus dan tunda
waktu hendaknya juga mempertimbangkan kondisi-kondisi tersebut . Penyetelan
arus hendaknya lebih besar dari nilai arus nominal generator sehingga
memungkinkan generator mampu menahan beban lebih untuk beberapa detik. Hal
yang penting pada pengaman generator terhadap arus lebih adalah adanya
koordinasi relai, baik koordinasi besaran arus maupun waktu tundanya (time
delay). Disamping itu perlu dipertimbangkan pula adanya relai-relai pengaman
cadangan (back-up) pada generator.
3. proteksi stator terhadap hubungan tanah
Pengaman ini digunakan untuk mendeteksi adanya gangguan-gangguan stator
hubung tanah pada generator yang dihubungkan dengan transformator tenaga.
Relai ini dapat mendeteksi gangguan-gangguan tanah sampai 95% dari kumparan
generator. Sedangkan dengan peralatan kompensasi khusus dapat mendeteksi
sampai 100% dari kumparan generator. Adanya gangguan hubung tanah pada
stator harus segera diatasi, sebab gangguan ini dapat menimbulkan panas yang
berlebihan, kerusakan laminasi alur generator bahkan kebakaran. Oleh karena itu,
jika terjadi gangguan seperti itu: pemutus generator, pemutus arus penguat medan,
dan penggerak awal harus secepatnya dimatikan.
4. proteksi arus diferensial
Relai diferensial digunakan untuk mengamankan generator dari kerusakan akibat
adanya gangguan internal pada kumparan stator. Dua unit transformator arus (CT)
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
masing-masing dipasang pada kedua sisi kumparan generator, Sekunder CT
terhubung bintang yang ujung-ujungnya dihubungkan melalui kawat-kawat pilot.
Pada kondisi normal dan tidak ada gangguan internal, besarnya arus kedua sisi
kumparan sama, sehingga arus yang mengalir pada sisi-sisi sekunder CT juga
sama. Hal ini menyebabkan tidak ada arus yang mengalir pada relai. Pada saat
terjadi gangguan pada kumparan generator, mungkin fase dengan fase atau fase
dengan ground, maka arus yang mengalir pada kedua sisi kumparan akan berbeda,
sehingga ada arus yang mengalir pada relai. Relai bekerja menarik kontak
sehingga kumparan triping mendapat tenaga dari catudaya searah yang
selanjutnya akan menarik kontak pemutus tenaga untuk memutuskan hubungan
generator dengan sistem.
II.4.6 OPERASI PARALEL GENERATOR
Operasi paralel pusat-pusat tenaga listrik pada asasnya merupakan
perluasan bekerja paralel satu generator dengan generator lain, dengan tambahan
resistansi dan reaktansi saluran-saluran interkoneksi. Proses menghubungkan
paralel satu generator dengan generator lain dinamakan sinkronisasi.
1. Syarat-Syarat Operasi Paralel Generator
Dalam melakukan sinkronisasi, generator yang akan diparalelkan harus
memenuhi syarat-syarat operasi paralel, di antaranya adalah sebagai berikut :
1. tegangan apitan dari generator yang akan diparalelkan harus sama dengan
tegangan di jaringan
2. frekuensi generator harus sama dengan frekuensi jaringan
3. sudut fasa dari fasa-fasa yang dihubungkan satu sama lain harus sama
besar
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
4. urutan fasa kedua generator harus sama atau urutan fasa generator yang
akan diparalelkan harus sama dengan jaringan.
2. Dua Generator Bekerja Paralel
Umpamakan dua generator G1 dan G2 yang bekerja paralel sebagaimana
terlihat pada Gambar II.8. Masing-masing generator memiliki impedansi Z1 dan
Z2 yang terdiri atas resistansi R1 dan R2 serta X1 dan X2. Gaya gerak listrik E yang
diinduksikan dalam masing-masing mesin adalah E1 dan E2.
G1
G2
X1 R1
Z 1 }X2 R2
Z 2 }E 1
E 2
Gambar II.21 Dua Generator Bekerja Paralel
Is
E2
0
E1
Er
Gambar II.21a Reaktansi Diabaikan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
0
E1
Er
E2
Is
Gambar II.21b Resistansi Diabaikan
Misalkan kini suatu keadaan khusus di mana dari kedua mesin
reaktansinya dapat diabaikan. Dalam keadaan demikian kedua ggl E1 dan E2
memiliki selisih fasa sekitar 1800 (Gambar II.8a), dan resultan Er hampir tegak
lurus pada E1 dan E2. Besar arus sinkronisasi dinyatakan dengan rumus :
( )21 ZZEI r
sy +=
Misalkan kini kedua mesin hanya memiliki reaktansi mendekati nol. Arus
sinkronisasi Is kan tegak lurus terhadap ggl Er atau sefasa dengan ggl salah satu
mesin, misalkan E2 (Gambar II.8b). Dalam hal ini mesin 2 akan memberi daya
nyata kepada mesin 1, agar mesin ini dapat berjalan. Dengan demikian dapat
disimpulkan bahwa untuk memungkinkan generator beroperasi paralel, adanya
reaktansi mutlak diperlukan.
Bilamana dua generator berada dalam keadaan sinkronisasi penuh maka
kedua ggl yang diinduksikan adalah sama dan berbeda fasa 1800, sebagaimana
terlihat pada Gambar II.9a, dan tidak terdapat arus mengalir dalam rangkaian
setempat. Bilamana kedua ggl sama besarnya tapi berbeda fasa tidak tepat 1800,
maka resultan ggl Er bergerak di dalam rangkaian setempat dan mengakibatkan
mengalirnya apa yang dikenal sebagai arus sinkronisasi.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
00E2 E1
E2
E2
Er
IsE1
θα
φ2
φ1
(a) Sinkronisasi Penuh (b) Sinkronisasi Tidak Penuh
Gambar II.22 Arus Sinkronisasi
Misalkan perbedaan fasa antara kedua ggl sebesar α dan E1 = E2 = E, maka
resultan ggl Er adalah :
Er = 2E cos
−2
1800 α
= 2E cos
−
2900 α
= 2E sin
2α
= 2E
2α
= α E
Pendekatan di atas berlaku jika sudut α memilki nilai yang kecil sekali. Besar
sinkronisasi Is adalah :
Is = ZEr
= ZEα
dengan catatan bahwa Is tertinggal fasa sebesar θ, di mana :
θ = arc tg
RX s
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
di mana Z merupakan impedansi gabungan per fasa dari kedua generator atau
generator dengan jaringan yang memilki kekuatan yang tak terhingga. Bilamana
reaktansi generator diketahui, maka arus sinkronisasi adalah :
Is = sX
E
tertinggal fasa 900 dengan gerak listrik resultan Er.
Dalam keadaan di atas mesin 1 memberi daya sebesar E1 Is cosΦ1
sedangkan mesin 2 menerima daya sebesar E2 Is cos Φ2. Karena daya yang
dipasok mesin 1 adalah sama dengan daya diterima mesin-mesin ditambah rugi-
rugi, maka berlaku :
E1 Is cosΦ1 = E2 Is cos Φ2 + rugi-rugi
Daya yang dipasok mesin 1 dinamakan daya sinkronisasi dan dinyatakan
dengan rumus :
Ps = E1 Is cos Φ1 = E1 Is
karena :
E1 = E
dan Φ1 kecil sekali, maka :
Ps = E
sXEα
= sX
E 2α
Untuk daya sinkronisasi sistem tiga fasa dengan demikian adalah :
Ps3 = sX
E 23α
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Bilamana Ts merupakan torsi sinkronisasi (berdimensi newton meter)
maka daya sinkronisasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut :
Ps3 = Ts 2π 60
sn
Ts = Ps3 snπ2
60
di mana :
ns : kecepatan putar sinkron = p
f120
f : frekuensi
p : jumlah kutub
Misalkan kembali dua generator yang memiliki ggl tepat sefasa (relatif
terhadap beban luar), akan tetapi besaran E1 dan E2 tidak sama (E1 lebih besar dari
E2). Resultan Er adalah sebesar E1 – E2 dan bertindak di dalam rangkaian setempat
dan menyebabkan terjadinya arus sinkronisasi Is di dalam rangkaian lokal. Arus
sinkronisasi Is ini terbelakang fasa pada Er atau E1 sebesar 900. Sebaliknya E2
tertinggal fasa 900 pada Is, sebagaimana terlihat pada Gambar II.10. Dengan
demikian arus sinkronisasi memiliki efek demagnetisasi pada mesin pertama,
sehingga menghasilkan penurunan E1 serta efek demagnetisasi pada mesin kedua
dan mengakibatkan peningkatan E2. Dengan demikian perbedaan antara E1 dan E2
diperkecil dan kondisi stabil diperoleh kembali.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
0
900900E2 E1
Is
Er
Gambar II.23 Efek Tegangan Yang Tidak Sama
Misalkan dua mesin dengan karakteristik kecepatan-beban yang tepat
sama yang bekerja paralel dengan suatu tegangan apitan bersama sebesar V dan
dengan beban impedansi sebesar Z. Misalkan selanjutnya ggl dari mesin 1 dan
mesin 2 sebesar E1 dan E2 sedangkan impedansi fasa masing-masing Z1 dan Z2.
Tegangan apitan mesin 1 adalah :
V = E1 – I1 Z1, dan
tegangan apitan mesin 2 adalah :
V = E2 – I2 Z2
E1
E2
Z 1
Z 2
Z
I1
I2
I
Gambar II.24 Pembagian Beban Antara Dua Generator
Juga berlaku :
V = I Z = (I1 + I2) Z
Dari persamaan-persamaan di atas diperoleh :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
I1 = 1
1
ZVE − , dan
I2 = 2
2
ZVE − ,
selanjutnya dapat diperoleh pula :
I1 + I2 = 1
1
ZVE − +
2
2
ZVE −
Atau :
V 2
2
1
1
21
111ZE
ZE
ZZZ+=
++
Atau :
V = ZZZ
ZE
ZE
11121
2
2
1
1
++
+
II.4.7 JENIS OPERASI PARALEL GENERATOR
Ketika generator beroperasi sendiri dalam melayani beban, besarnya daya
nyata P dan daya reaktif Q yang disuplai oleh generator pasti sebesar total beban
yang dipikul oleh generator. Atau dengan kata lain, besarnya daya nyata P dan
daya reaktif Q dari generator tidak dapat diatur melalui kontrol generator. Untuk
setiap kondisi beban, setting governor yang dikenakan hanyalah untuk mengatur
frekuensi operasi generator, begitu juga dengan fungsi pengaturan besarnya arus
medan generator hanyalah untuk mengendalikan tegangan terminal sistem VT
(bukan untuk mengatur besarnya output daya reaktif generator). Pada operasi
paralel karena perubahan beban pada pelayanannya akan menyebabkan tegangan
terminal berubah, sehingga tegangan terminal perlu diubah yang juga akan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
mengubah daya reaktif, kita perlu mengatur daya reaktif yang dihasilkan karena
akan mempengaruhi daya reaktif yang merupakan daya yang disuplai ke beban.
Karakteristik pembebanan generator yang beroperasi paralel dalam hubungannya
dengan pengaturan frekuensi dan tegangan terminal generator dapat dilihat pada
Gambar II.25.
N
kW0 Pbp
Nbp
Nbn
(a) Kurva Kecepatan Poros Rotor Terhadap Daya Aktif P
f
kW0 Pbp
fbp
fbn
(b) Kurva Frekuensi-Daya Aktif P
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
V
0 Qbp
Vbp
Vbn
Q (daya reaktif) suplai kVAr-Q
konsumsi kVAr
+-
(c) Kurva Tegangan Terminal-Daya Reaktif (Q)
Gambar II.25 Karakteristik Generator yang Bekerja Paralel
Keterangan gambar :
N : putaran generator (ppm-putaran per menit)
f : frekuensi
V : tegangan terminal
P : daya nyata
O : daya reaktif
bn : kondisi beban nol (tanpa beban)
bp : kondisi beban penuh
Tanda positif (+) pada Gambar II.25 (c) di atas, generator memasok daya rektif,
sedangkan tanda minus (-) berarti generator menyerap / mengkonsumsi daya
reaktif. Dari Gambar II.25 (b) dapat diturunkan rumus hubungan frekuensi dan
daya listrik sebagai berikut :
Pout = kk . (fbn – fsis)
di mana :
Pout : daya keluaran generator (kW)
kk : kemiringan kurva (kW/Hz) atau (MW/Hz)
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
fbn : frkuensi beban nol generator (Hz)
fsis : frekuensi sistem listrik keseluruhan (Hz).
Secara umum ada dua jenis operasi paralel generator yang ditemukan
dalam sistem tenaga listrik, yaitu :
1. operasi paralel generator dengan sistem daya yang besar
2. operasi paralel generator dengan generator lain yang berkapasitas sama
besar.
1. Operasi Paralel Generator dengan Sistem Daya yang Besar
Sistem daya yang besar sering disebut dengan infinite bus. Infinite bus
adalah suatu sistem daya yang berkapasitas sangat besar sehingga tegangan dan
frekuensi dari sistem tersebut tidak lagi dipengaruhi oleh besarnya daya nyata P
dan daya rektif Q yang dibutuhkan oleh beban. Karena daya listrik jaringan ini
jauh lebih besar dari pada generator, maka efek yang ada pada generatortersebut
hampir tidak berpengaruh (untuk idealnya dianggap tidak berpengaruh sama
sekali) pada jaringan yang ada tersebut. Karena itu pula jaringan listrik tersebut
untuk idealnya disebut sebagai jaringan / jala-jala tidak berhingga (infinite bus).
generator
infinite bus beban
Gambar II.26 Generator yang Terhubung Paralel Dengan Infinite Bus
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Karakteristik frekuensi-daya nyata P, karakteristik tegangan-daya reaktif Q
untuk jenis operasi paralel generator dengan infinite bus dapat dilihat pada
Gambar II.27 berikut ini.
f
0 P (daya aktif) suplai kW
-Pkonsumsi
+-
(a) Karakteristik frekuensi-Daya Aktif P
V
0 Q (daya reaktif) suplai kVAr
-Qkonsumsi
+-
(b) Karakteristik Tegangan-Daya Reaktif Q
Gambar II.27 Karakteristik Jaringan Tidak Berhingga
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa jaringan tidak berhingga dapat
bertindak sebagai pemasok maupun sebagai konsumen daya listrik. Jadi apabila
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
generator memasok daya yang melebihi dari yang dibutuhkan beban, maka daya
listrik tersebut akan dikonsumsi oleh jaringan tersebut.
Berikut ini adalah gambar / diagram frekuensi-daya generator yang
dihubungkan paralel dengan jaringan tidak berhingga.
f (Hz)
fbp
fbn
Pb Pj Pg= +
kWgeneratorPgPj
Pb
kWjaringan
Gambar II.28 Diagram Frekuensi-Daya Generator
Paralel Dengan Jaringan
Di mana :
Pj : daya aktif jaringan
Pg : daya aktif generator
Pb : daya aktif beban
fbn : frekuensi tanpa beban
fbp : frekuensi beban penuh
pada saat kondisi sinkron dengan jaringan tercapai, maka generator akan
mengambang (floating) pada jaringan tersebut dan memasok daya nyata yang
kecil, serta dengan daya reaktif yang kecil pula (atau tidak sama sekali). Hal ini
dapat dilukiskan pada diagram frekuensi-daya sebagai berikut :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
f (Hz)
fbp
fbn
kWPg
kW
Gambar II.29 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel
Dengan Jaringan Pada Saat Sinkron
Tapi kadang-kadang ada kalanya ketika kondisi sinkron dengan jaringan
tercapai, frekuensi generator lebih rendah dari frekuensi jaringan, maka secara
otomatis generator akan beroperasi sebagai motor (mengkonsumsi daya listrik)
lihat Gambar II.30. Dalam sistem tenaga listrik modern, biasanya untuk
menghindari hal tersebut di atas, panel kontrol generator selalu dilengkapi dengan
rele anti daya balik (power reverse relay). Rele ini secara otomatis memutuskan
hubungan antara generator dan jaringan bila generator bertindak sebagai motor.
f (Hz)
fbp
fbn
kWPg
kW+-
Pg < 0
Gambar II.30 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
generator2
bebangenerator1
Dengan Jaringan Pada Saat Sinkron, di mana Frekuensi Generator
Sedikit Lebih Rendah Dari Frekuensi Jaringan
2. Operasi Paralel Generator Dengan Generator Lain Yang Berkapasitas
Sama Besar.
Operasi paralel ini adalah salah satu jenis operasi paralel generator di
mana generator-generator yang dioperasikan secara paralel mempunyai rating
daya yang sama besar, kalaupun berbeda selisihnya tidak terlalu jauh.
Keberadaan sistem jenis operasi pralel ini dpat dilihat pada Gambar II.31
berikut ini.
Gambar II.31 Hubungan Paralel Antar Generator
Pembagian beban generator yang bekerja paralel dipengaruhi oleh dua hal,
yaitu :
a. efek pengubahan penguatan
b. efek pengubahan setelan governor
a. Efek Pengubahan Penguatan
Misalkan generator GA dan GB bekerja paralel dan masing-masing
memasok arus sebesar I, sehingga total arus beban yang dipasok sebesar 2I.
Kemudian penguatan GA dinaikkan, sehingga EA > EB yang berakibat
mengalirnya arus sirkulasi :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
2I
2I
Ia
IS
IbEA EB
GA GB
IS
Ia Ib= I=
Gambar II.32 Skema Rangkaian Paralel Generator
IS = S
BA
ZEE
2−
(dengan catatan ZA = ZB, sehingga ZA + ZB = 2ZS, di mana EA = ggl generator A,
dan EB = ggl generator B).
Arus IS ini mempengaruhi arus beban pada GA dan GB secara vektoris,
sehinnga besarnya arus GA sebesar Ia dengan factor daya sebesar cos φA dan arus
GB sebesar Ib dengan factor daya cos φB.
Perubahan ini hamper tidak berpengaruh pada besarnya daya nyata beban,
namun berpengaruh pada perubahan daya reaktif yang dipikul oleh generator.
Berikut ini gambar segitiga daya akibat perubahan penguatan pada
generator yang bekerja paralel :
GA
GB
φA
φB
S
Pbeban
Qbeban
PA PB Pbeban12= =
φA φB=
GA
GB
φA
φB
S
Pbeban
Qbeban
QA
QB
kondisi 1 kondisi 2
Gambar II.33 Segitiga Daya Generator Paralel Akibat
Efek Pengubahan Penguatan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Pada kondisi 1 beban yang dipikul GA dan GB sama besarnya, namun
ketika penguatan GA dinaikkan maka cos φA meningkat dan mengakibatkan
besarnya daya reaktif yang ditanggung GA menurun yang berakibat GB
menanggung limpahan daya reaktif GA dan cos φB pun menurun.
b. Efek Perubahan Setelan Governor
Jika penguatan antar dua generator yang diparalelkan dijaga tetap, dam
misalkan setelan governornya (pasokan bahan bakar / daya masukan penggerak
mula) generator GA dinaikkan, karena GA dan GB terhubung parallel, maka
kecepatan GA tidak dapat melebihi kecepatan (over run) GB. Sebagai
kompensasainya maka GA akan menaggung beban (PA) lebih besar dari pada (PB)
yang ditanggung oleh GB.
GA
GB
φA
φB
S
Pbeban
Qbeban
PA PB Pbeban12= =
φA φB=
GA
GB
φA
φB
S
Pbeban
Qbeban
QA
QB
kondisi 1 kondisi 2
Gambar II.34 Segitiga Daya Efek Pengubahan Governor
II.5 GOVERNOR
Governor adalah suatu alat yang harus digunakan di semua sistem
pembangkit, untuk mengatur bahan bakar yang masuk ke sistem pembangkit
tersebut di dalam menyesuaikan kebutuhan bahan bakar tersebut terhadap
perubahan frekuensi. Misalkan pada suatu keadaan tertentu frekuensi turun pada
nilai di bawah normal, penurunan frekuensi ini dirasakan oleh governor dan
governor akan beraksi untuk mengembalikan frekuensi ke nilai normal dengan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
mengatur bahan bakar yang masuk sistem pembangkit agar dapat memutar turbin
ke putaran normalnya sehingga frekuensi menjadi normal kembali.
Terdapat dua tipe governor yang biasa digunakan yaitu tipe elektronik dan
hidrolik mekanik. Governor elektronik dipasang pada mesin yang baru tetapi yang
paling umum digunakan adalah governor hidrolik mekanik.
Pada governor mekanis, kecepatan putar poros generator yang sebanding
dengan frekuensi yang dihasilkan generator didapat dengan menggunakan bola-
bola berputar yang menghasilkan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal ini
dibandingkan dengan gaya mekanik yang didapat dari pegas referensi. Selisih
besarnya gaya sentrifugal dengan pegas ini menjadi sinyal penggerak sistem
mekanis atau sistem hidrolik yang selanjutnya akan menambah uap.
Gambar II.35 Skema Governor
Gambar II.35 menggambarkan skema dan prinsip kerja governor hidrolik
di mana pengukuran frekuensi didapat melalui gaya sentrifugal dari bola-bola
berputar. Tampak adanya sistem umpan balik melalui engsel E untuk
menghentikan kerja governor. Hal ini diperlukan untuk menghindari osilasi
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
(keadaan tidak stabil) pada governor. Besarnya umpan balik dapat diatur melalui
penyetelan posisi engsel E.
Pada governor elektronik, deteksi frekuensi dilakukan melalui generator
kecil yang mempunyai magnet permanen sehingga tegangan jepitnya sebanding
dengan putarannya. Karena generator kecil ini dikopel secara mekanis dengan
poros generator utama maka putarannya sebanding dengan putaran generator
utama, sehingga tegangan jepit generator kecil ini sebanding dengan frekuensi
generator utama. Selanjutnya tegangan jepit generator kecil ini dibandingkan
dengan tegangan referensi di mana selisihnya menajdi sinyal penggerak sistem
elektronik seperti halnya pada governor hidrolik.
Gambar II.36 Pengaturan Sekunder Melalui titik B2
Untuk menghindari terjadinya osilasi pada governor, perlu adanya umpan
balik melalui engsel E yang menghentikan kerja governor. Adanya umpan balik
menyebabkan timbul speed droop, yaitu turunnya frekuensi yang diatur governor.
Intervensi ini disebut pengaturan sekunder. Pengaturan oleh governor sendiri
tanpa intervensi yang menghasilkan speed droop disebut pengaturan primer.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar II.37 Karakteristik Speed Droop
Adanya speed droop governor terlihat pada garis S1 dan S2. Garis S2
menggambarkan keadaaan speed droop yang lebih besar dari pada keadaan garis
S1 yang artinya umpan balik untuk menghasilkan garis S2 lebih besar dari pada
garis S1. Besar kecilnya umpan balik ini diatur dengan melakukan pengaturan
posisi engsel E. Semakin ke kiri letak engsel E, maka semakin besar umpan balik
yang terjadi. Sedangkan sebaliknya, semakin ke kanan letak engsel E ini, maka
semakin kecil umpan balik yang terjadi. Pengaturan sekunder melalui titik B2 dan
mengubah nilai speed droop. Oleh karena itu, pada gambar di atas, pengaturan
sekunder digambarkan sebagai proses pergeseran sejajar garis speed droop yang
telah ada sebelumnya (pada gambar di atas diambil garis S1).
II.6 ALAT PEMBAGI BEBAN GENERATOR
Pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator,
kemudian secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan
kemampuan generator tersebut, selanjutnya menghidupkan lagi generator
berikutnya dan memparalelkan dengan generator pertama untuk memikul beban
yang lebih besar lagi. Saat generator kedua diparalelkan dengan generator
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
pertama yang sudah memikul beban diharapkan terjadinya pembagian beban yang
semula ditanggung generator pertama, sehingga terjadi kerjasama yang
meringankan sebelum beban-beban selanjutnya dimasukkan. Seberapa besar
pembagian beban yang ditanggung oleh masing-masing generator yang bekerja
paralel akan tergantung jumlah masukan bahan bakar atau uap ke generator diesel
atau turbin uap untuk menggerakkan turbin dalam memutar generator. Jumlah
masukan bahan bakar/ udara, uap ini diatur oleh peralatan atau katub yang
digerakkan governor yang menerima sinyal dari perubahan frekuensi listrik yang
stabil pada 50Hz, yang ekivalen dengan perubahan putaran (rpm) mesin
penggerak utama generator listrik. Bila beban listrik naik maka frekuensi akan
turun, sehingga governor harus memperbesar masukan ( bahan bakar atau uap) ke
mesin penggerak utama untuk menaikkan frekuensinya sampai dengan frekuensi
listrik kembali ke normalnya. Sebaliknya bila beban turun, governor mesin-
mesin pembangkit harus mengurangi masukan bahan bakar atau uap ke mesin-
mesin penggerak sehingga putarannya turun sampai putaran normalnya atau
frekuensinya kembali normal pada 50 Hz. Bila tidak ada governor maka mesin-
mesin penggerak utama generator akan mengalami overspeed bila beban turun
mendadak atau akan mengalami overload bila beban listrik naik.
II.6.1 Prinsip Alat Pembagi Beban Generator
Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator
menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0 % sampai dengan 100%
kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran
arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0 % sampai dengan
100 % sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100 % pada tegangan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
dan frekuensi yang konstan. Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan
sinyal masukan dari keluaran arus generator berupa elektris, sehingga masukan ini
perlu diubah ke mekanis dengan menggunakan elektric actuator untuk
menggerakkan motor listrik yang menghasilkan gerakan mekanis yang diperlukan
oleh governor.
Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya
disamakan tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban
listrik tidak akan dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran tegangan
dan frekuensinya selama beban masih dibawah kapasitas total paralelnya,
sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak digunakan sebagai sumber sinyal bagi
governor. Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator
sebagai sumber sinyal pembagian beban sistem paralel generator-generator
tersebut. Saat diparalelkan pembagian beban generator belum seimbang/sebanding
dengan kemampuan masing-masing generator. Alat pembagi beban generator
dipasangkan pada masing-masing rangkaian keluaran generator, dan masing-
masing alat pembagi beban tersebut dihubungkan secara paralel satu dengan
berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masing-
masing generator dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing
generator. Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban akan
merupakan petunjuk posisi governor berapa % , atau arus yang lewat berapa %
dari kemampuan generator. Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alat-
alat pembagi beban dengan jumlah arus kemampuan generator -generator yang
beroperasi paralel dikalikan 100 (%) merupakan nilai posisi governor yang harus
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
dicapai oleh setiap mesin penggerak utama sehingga menghasilkan keluaran
arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan masing-masing generator.
Bila ukuran generator sama maka jumlah arus yang dideteksi oleh masing-
masing alat pembagi beban dibagi jumlah generator merupakan arus beban yang
harus dihasilkan oleh generator setelah governornya diubah oleh electric
actuator yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sesaat setelah generator
diparalelkan .
II.6.2 Instalasi Teknis
Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan
komponen-komponen seperti berikut : trafo arus, trafo tegangan (sebagai pencatu
daya), electric actuator, potensiometer pengatur kecepatan dan saklar-saklar
bantu. Lihat pengkabelannya dalam Gambar II.38.
.
Gambar II.38 Pengkabelan Alat Pembagi Beban
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
a. Trafo arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai
dengan sebesar arus sinyal yang sesuai untuk alat pembagi beban
generator (biasanya maksimum 5 A atau = 100 % kemampuan maksimum
generator)
b. Trafo tegangan berfungsi sebagai sumber daya bagi alat pembagi beban,
umumnya dengan tegangan 110 V AC, 50 Hz; dibantu adapter untuk
keperluan tegangan DC.
c. Electric actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat
pembagi beban sehingga mampu menggerakkan motor DC di governor
sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang diharapkan.
d. Potensiometer pengatur kecepatan adalah alat utama untuk mengatur
frekuensi dan tegangan saat generator akan diparalelkan atau dalam proses
sinkronisasi. Tegangan umumnya sudah diatur oleh AVR, sehingga naik
turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin
penggerak. Setelah generator dioperasikan paralelkan atau sudah sinkron
dengan yang telah beroperasi kemudian menutup Mccb generator, fungsi
potensiometer pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban
generator. Untuk lebih akuratnya pengaturan kecepatan dalam proses
sinkronisasi secara manual, biasanya terdapat potensiometer pengatur
halus dan potensiometer pengatur kasar.
e. Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh
SPM (modul pemaralel generator) dengan mengatur tegangan dan
frekuensi keluaran dari generator, kemudian mencocokan dengan tegangan
dan frekuensi sistem yang sudah bekerja secara otomatis, setelah cocok
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
memberikan sinyal penutupan ke Mccb generator sehingga bergabung
dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat
dilihat dalam satu panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa
generator di mana masing-masing panel generator mempunyai saklar
sinkron di samping SPM-nya.
Dalam Gambar II.39 ditunjukkan penggunaan alat pembagi beban
generator dalam suatu sistem kontrol tenaga generator, kontrol mesin penggerak
dan managemen beban.
Gambar II.39 Penggunaan Alat Pembagi Beban Generator
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Saklar-saklar bantu pada alat pembagi beban generator berfungsi sebagai
alat manual proses pembagian (pelepasan & pengambilan) beban oleh suatu
generator yang beroperasi dalam sistem paralel. Misalnya *saklar 1 ditutup untuk
meminimumkan bahan bakar diesel yang berarti melepaskan beban.* Saklar 3
ditutup untuk menuju pada kecepatan kelasnya (rated speed) yang berarti
pengambilan beban dari generator yang perlu diringankan beban listriknya.
Setelah generator beroperasi secara paralel, generator-generator dengan alat
pembagi bebannya selalu merespon secara aktif segala tindakan penaikan atau
penurunan beban listrik, sehingga masing-masing generator menanggung beban
dengan prosentasi yang sama diukur dari kemampuan masing-masing.
II.7 KAPASITOR BANK
Pembangkit listrik AC mengeluarkan daya listrik dalam bentuk ; daya aktif
(kW) yang akan diubah menjadi daya mwkanik, panas, cahaya dan sebagainya
dan daya reaktif (kVAr) diperlukan oleh peralatan listrik yang bekerja dengan
sistem elektromagnet untuk pembentukan medan magnet. Penjumlahan daya aktif
dan daya reaktif menghasilkan daya nyata (kVA). Di mana perbandingan antara
daya aktif dan daya nyata menghasilkan faktor daya (cos φ). Pada umumnya yang
dimaksud daya listrik dengan kualitas baik adalah bila faktor daya > 0.85.
Sedangkan sebagian besar beban di industri adalah motor-motor induksi yang
memilki sifat induktif yang menyebabkan rendahnya nilai faktor daya (cos φ).
Untuk mengatasi hal tersebut maka perlu dipasang perangkat kapasitor bank.
II.7.1 Daya Aktif dan Daya Reaktif
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Daya aktif, diukur dalam kilowatt (kW), merupakan daya nyata (daya
poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas
tertentu. Terdapat beban tertentu seperti motor, yang memerlukan bentuk lain dari
daya yang disebut daya reaktif (kVAR) untuk membuat medan magnet. Walaupun
daya reaktif merupakan daya yang tersendiri, daya ini sebenarnya merupakan
beban (kebutuhan) pada suatu sistim listrik. Berikut dapat dilihat hubungan dari
ketiga daya listrik dalam segitiga daya pada Gambar IV.3 di bawah ini.
P-daya aktif (kW)
Q-daya reaktif (kVAr)
S-daya total (kVA)
cos φ
Gambar II.40 Segitiga Daya
Penjumlahan vektor daya aktif dan reaktif merupakan daya total (nyata),
diukur dalam kVA (kilo Volts-Amperes). Daya ini merupakan daya yang dikirim
oleh pembangkit ke beban. Secara matematis hal ini dapat dinyatakan sebagai:
kVA = 22 )()( kVArkW +
II.7.2 Koreksi Faktor Daya
Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya total
(kVA), atau kosinus sudut antara daya aktif dan total. Daya reaktif yang tinggi
akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih
rendah. Untuk lebih jelasnya dapat kembali dilihat pada gambar sebelumnya yaitu
Gambar IV.3.
Faktor Daya = totaldayaaktifdaya
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= kVAkW
= cos φ
Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika
seluruh beban daya yang dipasok oleh pembangkit listrik memiliki faktor daya
satu, daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim
pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya
berkisar dari 0,2 hingga 0,3, kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan.
Jadi, daya reaktif (kVAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama
dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (kVA).
II.7.3 Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya
Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor pengkoreksi
faktor daya pada sistim distribusi daya pabrik. kapasitor bertindak sebagai
pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah daya
reaktif, juga daya total yang dihasilkan oleh bagian utilitas.
Gambar II.41 Kapasitor Sebagai Arus kVAr
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Tabel II.1 Daftar Faktor Daya
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Sebelum Kompensasi Sesudah Kompensasi (Faktor Daya Yang Diinginkan)
cos φ0,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490,500,510,520,530,540,550,560,570,580,590,600,610,620,630,640,650,660,670,680,690,700,710,720,730,740,750,760,770,780,790,800,810,820,830,840,850,860,870,880,890,90
0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,921,671,601,541,481,421,361,311,261,21
1,70 1,72 1,75 1,78 1,81 1,84 1,871,63 1,66 1,68 1,71 1,74 1,77 1,801,57 1,59 1,62 1,65 1,68 1,71 1,731,51 1,53 1,56 1,59 1,62 1,64 1,671,45 1,47 1,50 1,53 1,56 1,59 1,611,39 1,42 1,44 1,47 1,50 1,53 1,561,34 1,36 1,39 1,42 1,45 1,47 1,501,28 1,31 1,34 1,37 1,39 1,42 1,451,23 1,26 1,29 1,32 1,34 1,37 1,40
0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,001,901,831,771,701,651,591,541,481,43
1,93 1,96 2,00 2,04 2,09 2,15 2,291,86 1,90 1,93 1,97 2,02 2,08 2,221,80 1,83 1,87 1,91 1,96 2,02 2,161,74 1,77 1,81 1,85 1,90 1,96 2,101,68 1,71 1,75 1,79 1,84 1,90 2,041,62 1,66 1,69 1,73 1,78 1,84 1,981,57 1,60 1,64 1,68 1,73 1,79 1,931,52 1,55 1,59 1,63 1,67 1,74 1,881,46 1,50 1,54 1,58 1,62 1,69 1,83
1,16 1,19 1,21 1,24 1,27 1,29 1,32 1,351,111,071,020,980,940,900,860,820,78
1,14 1,17 1,19 1,22 1,25 1,28 1,311,09 1,12 1,15 1,17 1,20 1,23 1,261,05 1,08 1,10 1,13 1,16 1,19 1,221,01 1,03 1,06 1,09 1,12 1,140,97 0,99 1,02 1,05 1,07 1,100,93 0,95 0,98 1,01 1,03 1,060,89 0,91 0,94 0,97 1,00 1,020,85 0,87 0,90 0,93 0,96 0,990,81 0,84 0,86 0,89 0,92 0,95
1,38 1,42 1,45 1,49 1,53 1,58 1,64 1,781,341,291,251,201,161,121,081,051,01
1,37 1,40 1,44 1,48 1,53 1,59 1,731,32 1,36 1,39 1,44 1,48 1,54 1,691,28 1,31 1,35 1,39 1,44 1,50 1,641,24 1,27 1,31 1,35 1,40 1,46 1,601,20 1,23 1,27 1,31 1,36 1,42 1,561,16 1,19 1,23 1,27 1,32 1,38 1,521,12 1,15 1,19 1,23 1,28 1,34 1,481,08 1,11 1,15 1,19 1,24 1,30 1,441,04 1,08 1,11 1,15 1,20 1,26 1,40
0,75 0,78 0,80 0,83 0,86 0,88 0,910,710,680,650,610,580,550,520,490,46
0,74 0,77 0,79 0,82 0,85 0,880,71 0,73 0,76 0,79 0,81 0,840,67 0,70 0,73 0,75 0,78 0,810,64 0,67 0,69 0,72 0,75 0,780,61 0,63 0,66 0,69 0,72 0,740,58 0,60 0,63 0,66 0,68 0,710,54 0,57 0,60 0,63 0,65 0,680,51 0,54 0,57 0,60 0,62 0,650,48 0,51 0,54 0,57 0,59 0,62
0,97 1,01 1,04 1,08 1,12 1,17 1,23 1,370,940,900,870,840,810,770,740,710,68
0,97 1,00 1,04 1,08 1,13 1,19 1,330,94 0,97 1,01 1,05 1,10 1,16 1,300,90 0,94 0,97 1,01 1,06 1,12 1,270,87 0,90 0,94 0,98 1,03 1,09 1,230,84 0,87 0,91 0,95 1,00 1,06 1,200,81 0,84 0,88 0,92 0,97 1,03 1,170,78 0,81 0,85 0,89 0,94 1,00 1,140,75 0,78 0,82 0,86 0,90 0,97 1,110,72 0,75 0,79 0,83 0,88 0,94 1,08
0,43 0,46 0,48 0,51 0,54 0,56 0,590,400,370,340,320,290,260,240,210,18
0,43 0,45 0,48 0,51 0,54 0,560,40 0,43 0,45 0,48 0,51 0,540,37 0,40 0,42 0,45 0,48 0,510,34 0,37 0,40 0,42 0,45 0,480,32 0,34 0,37 0,40 0,42 0,450,29 0,32 0,34 0,37 0,40 0,430,26 0,29 0,32 0,34 0,37 0,400,24 0,26 0,29 0,32 0,34 0,370,21 0,24 0,26 0,29 0,32 0,35
0,65 0,69 0,72 0,76 0,80 0,85 0,91 1,050,620,600,570,540,510,490,460,430,41
0,66 0,69 0,73 0,77 0,82 0,88 1,020,63 0,66 0,70 0,74 0,79 0,85 0,990,60 0,64 0,67 0,71 0,76 0,82 0,960,57 0,61 0,64 0,69 0,73 0,79 0,940,55 0,58 0,62 0,66 0,71 0,77 0,910,52 0,55 0,59 0,63 0,68 0,74 0,880,49 0,53 0,56 0,60 0,65 0,71 0,860,47 0,50 0,54 0,58 0,63 0,69 0,830,44 0,47 0,51 0,55 0,60 0,66 0,80
0,16 0,18 0,21 0,24 0,26 0,29 0,320,130,100,080,050,030,00
---
0,16 0,18 0,21 0,24 0,27 0,290,13 0,16 0,18 0,21 0,24 0,270,10 0,13 0,16 0,19 0,21 0,240,08 0,10 0,13 0,16 0,19 0,220,05 0,08 0,10 0,13 0,16 0,190,03 0,05 0,08 0,11 0,13 0,160,00 0,03 0,05 0,08 0,11 0,14
- 0,00 0,03 0,05 0,08 0,11 0,14- - 0,00 0,03 0,06 0,08 0,11
0,38 0,41 0,45 0,48 0,53 0,57 0,63 0,780,350,330,300,280,250,220,200,170,14
0,39 0,42 0,46 0,50 0,55 0,61 0,750,36 0,40 0,43 0,47 0,52 0,58 0,720,34 0,37 0,41 0,45 0,49 0,56 0,700,31 0,34 0,38 0,42 0,47 0,53 0,670,28 0,32 0,35 0,40 0.44 0,50 0,650,26 0,29 0,33 0,37 0,42 0,48 0,620,23 0,26 0,30 0,34 0,39 0,45 0,590,20 0,24 0,28 0,32 0,36 0,42 0,570,18 0,21 0,25 0,29 0,34 0,40 0,54
--
- - - 0,00 0,03 0,06 0,09- - - - 0,00 0,03 0,06
0,120,09
0,15 0,18 0,22 0,26 0,31 0,37 0,510,12 0,16 0,19 0,23 0,28 0,34 0,48
1,131,091,051,020,980,940,910,870,840,810,770,740,710,680,650,620,590,570,540,510,480,460,430,400,380,350,320,300,270,250,220,190,17
1,17
BAB III
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
OPERASIONAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
DAN DIESEL PT. MUSIM MAS MEDAN
III.1 BLOK DIAGRAM UAP DAN AIR
Gambar III.1 Blok Diagram Alir Uap dan Air PT. Musim Mas
Keterangan gambar :
P-1 : pipa uap utama boiler 1
P-2 : pipa uap utama boiler 2
P-3 : pipa uap utama boiler 3
P-4 : pipa uap utama boiler 4
V-1 : valve / keran uap dari boiler 1 ke header
V-2 : valve / keran uap dari boiler 2 ke header
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
V-3 : valve / keran uap dari boiler 3 ke header
V-4 : valve / keran uap dari boiler 4 ke header
V-5 : control valve uap dari header ke plan alkohol
V-6 : control valve uap dari header ke plan speciallity fat
V-7 : control valve uap dari header ke plan MTC
V-8 : control valve uap dari header ke plan fatty acid I / II
V-9 : valve uap dari boiler 4 ke turbin 4
V-10 : valve uap dari header ke turbin 1 dan 3
V-11 : valve uap dari header ke turbin 2
V-12 : valve uap dari header ke turbin 1
V-13 : main valve uap ke turbin 4
V-14 : main valve uap ke turbin 3
V-15 : control valve air kondensat turbin 4 ke deaerator 3
V-16 : control valve air kondensat turbin 3 ke deaerator 1 dan 2
V-17 : valve manual air ke feed tank 1
V-18 : valve manual air ke feed tank 2
V-19 : valve manual air ke feed tank 3
V-20 : main valve uap ke turbin 1
V-21 : main valve uap ke turbin 2
V-22 : control valve air kondensat turbin 1 ke deaerator 1 dan 2
V-23 : Back Pressure Valve (control valve)
Sistem pembangkit di PT. Musim Mas Medan menggunakan empat unit
boiler sebagai pemanas airnya untuk menghasilkan uap. Untuk boiler 1 sampai
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
boiler 3 memiliki kapasitas yang sama yaitu tekanan uap maksimal 30 bar dengan
temperatur maksimal 300 0C. Sedangkan untuk boiler 4 memilki kapasitas yang
berbeda dengan boiler lainnya yaitu tekanan uap 40 bar dengan temperatur uap
400 0C.
Di dalam operasi normal turbin artinya tidak kekurangan daya listrik ke
beban, maka turbin yang beroperasi adalah turbin 2 dan turbin 4. Sedangkan
turbin 1 dan turbin 3 adalah cadangan untuk beban puncak dan apabila ada
gangguan di turbin 2 dan turbin 4. Begitu juga dengan boiler, untuk operasi
normal, boiler yang beroperasi hanya tiga unit dari empat unit yang ada yaitu dua
dari boiler 1, 2, 3 dan satu lagi boiler 4. Untuk boiler 1, 2, 3 mensuplai uapnya
terlebih dahulu ke header sebelum diberikan ke turbin. Oleh karena itu perlu
dilakukan sinkronisasi boiler sebelum uap-uapnya di masukkan ke header, yaitu
dengan menyamakan tekanan uapnya yaitu sebesar 30 bar untuk setiap bolier yang
akan disinkron. Untuk boiler 4 digunakan khusus untuk mensuplai uap ke turbin 4
yang memiliki daya yang cukup besar yaitu 10 MW.
Ada dua jenis tipe turbin yang dipergunakan pada sistem pembangkit ini,
yaitu :
1. turbin tipe kondensing
2. turbin tipe back pressure.
III.1.1. Turbin Tipe Kondensing
Turbin tipe kondensing adalah turbin yang menggunakan kondensor, di
mana uap yang dipakai ke turbin akan diembunkan kembali menjadi air di
kondensor untuk dikembalikan ke boiler melalui deaerator. Selain dari itu,
kondensor juga berfungsi untuk meringankan kerja turbin dengan menambahkan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
sistem injector ke sistem kondensor pada pembangkit ini. Prinsip kerja sistem
injector ini yaitu dengan meng-inject-kan uap untuk menghasilkan vakum di
kondensor, sehingga vakum ini akan membantu kerja turbin dengan cara
menghisap udara dari turbin, sehingga meringankan kerja turbin untuk memutar
generator. Uap yang di-inject-kan ke injector langsung berasal dari uap boiler
dengan tekanan uap maksimal 15 bar yang dikontrol oleh keran kontrol (control
valve).
turbine
kondensor
Inlet steam 30 barMain valve
uap exhaust
pompa kondensat
boiler
control valvemotive steam 15 bar Sistem injector
exhaust
air kondensat
Control valveControl valve ke boiler
air pendingin injector
air dari injector
hot well
P-15
P-17P-20 P-17
kondensor
ruptured disc
safety valve
Gambar III.2 Blok Diagram Kondensor dan Injector PT. Musim Mas
Di dalam operasionalnya, pembangkit jenis ini harus benar-benar dijaga
kevakumannya karena sangat berpengaruh terhadap kinerja turbin di dalam
memutar generator. Dalam kondisi pembangkit stop atau keluar dari sistem
jaringan listrik, maka nilai tekanan di dalam kondensor adalah 1000 mbar atau
nilai kevakumannya (daya hisap uap exhaust turbin ke injector) adalah 0 mmHg
atau dengan kata lain sistem injector tidak aktif menghisap udara dari kondensor.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Dalam kondisi operasi normal atau pembangkit berada di sistem jaringan listrik,
nilai tekanan kondensor dijaga berada di nilai 60 mbar sampai 200 mbar sesuai
dengan beban yang dipikulnya.
Berikut ini adalah contoh perhitungan nilai kevakuman kondensor :
misalkan di lapangan dengan daya pembangkit (P) = 1200 kW, didapat :
tekanan kondensor (P) = 60 mbar
maka nilai vakumnya = -
mmHgx760
mbar 1000P - mmHg 760
= -
mmHgx760
mbar 1000mbar 60 - mmHg 760
= - 714,4 mmHg
Artinya dengan tekanan kondensor 60 mbar (gauge pressure) sama dengan 714,4
mmHg (absolute pressure / tanda minus menunjukkan absolute) injector
menghisap udara dari kondensor.
exhaust
motive steam /control valve 15 bar
pipa dari kondensor
uap 30 bar boilerauger valve
exhausttabung injector
tekanan tinggitekanan rendah
air kondensat masuk
air kondensat keluar
air pendingin injector
Gambar III.3 Sistem Kerja Injector PT. Musim Mas
Untuk konsumsi uap, turbin jenis ini mempunyai karakter tersendiri. Di
dalam operasionalnya, semakin tinggi beban yang dipikul pembangkit maka
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
pembangkit akan mensuplai daya yang semakin besar pula diikuti dengan
konsumsi uap yang besar untuk memutar rotor turbin.
Pembangkit tipe kondensing di perusahaan ini ada 3 unit, yaitu Turbin 1
kapasitas 2400 kW, Turbin 3 kapasitas 4000 kW dan Turbin 4 kapasitas 10 MW.
Ketiga unit pembangkit ini memiliki karakter dan prinsip kerja yang sama. Oleh
karena itu, maka diambil Turbin 3 sebagai contoh. Berikut ini adalah karakteristik
konsumsi uap dari pembangkit ini.
Tekanan uap masuk (barG) : 30.0
Suhu uap masuk (0C) : 300.0
Tekanan uap keluar (barA) : 0.100
Putaran per menit (RPM) : 4500
Stea
m F
low
(kg
/ HR
)
Power Output (kW)
5000
10000
15000
20000
25000
0500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000
4500 RPM
all HV closed
2 HV closed
1 HV closed
no HV closed
Gambar III.4 Kurva Karakteristik Pembangkit
Dari Gambar III.4 di atas, maka dapat dicari konsumsi uap untuk 1 kW
melalui perhitungan di bawah ini :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Untuk daya 500 kW, konsumsi uap (steam flow) = 5200 kg / HR dengan catatan
seluruh hand valve dalam kondisi tertutup, maka :
Untuk 1 kW, steam flow (X) ⇒ kW
kW1
500 = X
HRkg5200
⇒ 500(X) = HRkg5200
⇒ X = 500
5200 HRkg
⇒ X = HRkg4,10
Atau dengan kata lain, pembangkit ini mengkonsumsi uap untuk 1 kW adalah
sebesar 10,4 kg setiap jamnya.
casing turbin
hand valve
noozle
}uap masuk
uap ke kondensor
penampang noozle
rotor turbin
Gambar III.5 Konstruksi Turbin
III.1.2. Turbin Tipe Back Pressure
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Turbin tipe back pressure adalah turbin yang menggunakan tangki
penampung uap dari turbin, di mana uapnya masih digunakan untuk keperluan
lain. Turbin jenis ini dirancang agar uap keluarannya (exhaust steam) memiliki
tekanan yang sudah ditentukan untuk keperluan tertentu. Misalkan untuk
perusahaan PT. Musim Mas, turbinnya dirancang agar tekanan uap keluarannya
(exhaust steam pressure) berkisar di 4,0 bar, dan di tangki back pressure tekanan
itu dijaga sekitar 3,0 sampai 3,6 bar. Untuk menjaga tekanan di tangki, maka
ditambahkan pada sistem back pressure sebuah keran kontrol (control valve)
untuk menjaga tangki back pressure tidak kelebihan tekanan. Dan apabila terjadi
kelebihan tekanan di tangki, maka control valve akan membuka mebuang uap
sampai tekanan di tangki seperti yang diharapkan. Jika terjadi kekurangan tekanan
di tangki, maka pembangkit perlu ditambah beban sekitar beberapa kW, sehingga
governor akan membuka memasukkan uap ke turbin sesuai dengan kebutuhan
beban yang ditambah, sehingga tekanan keluaran turbin akan bertambah diikuti
dengan naiknya tekanan di tangki back pressure.
turbine
main valve
tangki back pressure
drain valve
uap exhaust
by pass valve
Back Pressure Valve (BPV)
uap buangan
uap yang dipakai
inlet steam 30 bar
boiler
Gambar III.6 Turbin Tipe Back Pressure
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Stea
m F
low
(kg
/ HR
)
Power Output (kW)
5000
0
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
500 1000 1500 2000 2500 3000 35000
Turbin back pressure memiliki karakteristik yang berbeda dibanding
dengan turbin tipe condensing. Perbedaannya terletak pada banyaknya konsumsi
uap untuk turbin. Turbin jenis ini mengkonsumsi lebih banyak uap dari pada
turbin jenis kondensing dengan tujuan uap keluaran dari turbin (steam exhaust)
masih akan dipakai untuk keperluan lain, dalam hal ini uap tersebut dipakai untuk
keperluan proses dari pabrik yaitu untuk memanaskan bahan baku. Berikut ini
akan dijelaskan mengenai karakteristik dari turbin tipe back pressure.
Tekanan uap masuk (barG) : 30.0
Suhu uap masuk (0C) : 300.0
Tekanan uap keluar (barG) : 3,2
Putaran per menit (RPM) : 7000
Gambar III.7 Kurva Karakteristik Pembangkit
Dari gambar III.7 di atas dapat dilihat konsumsi uap untuk setiap beban
yang dipikul dari pembangkit jenis ini. Dapat juga diketahui konsumsi uap untuk
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
1000 kW adalah 17000 kg / hr. Maka untuk 1 kW adalah sekitar 17 kg / hr. Ini
berarti konsumsi uap untuk turbin jenis back pressure mengkonsumsi uap lebih
banyak dari pada turbin jenis kondensing.
III.2 OPERASIONAL PLTU PT. Musim Mas KIM II Medan
Pembangkit Listrik Tenaga Uap di PT. Musim Mas terdiri dari empat unit
yaitu :
1.1. Turbin 1 dengan kapasitas 2400 kW
1.2. Turbin 2 dengan kapasitas 3200 kW
1.3. Turbin 3 dengan kapasitas 4000 kW
1.4. turbin 4 dengan kapasitas 10 MW
1.1. Turbin 1
Turbin 1 adalah turbin jenis kondensing dengan kapasitas terpasangnya
adalah 2400 kW. Untuk operasional pembangkit ini, ada beberapa parameter
penting yang harus diperhatikan agar pembangkit ini dapat beroperasi dengan
normal. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar sistem pembangkit
berikut ini.
pompa cooling tower
cooling tower
turbin uap G
gear box
kondensorexhaust steam
inlet steam 30 barmanual valve
governor
steam boiler
hot well
pompa kondensor
ke deaerator(boiler)
control valve
pompa vacuum
pipa air water treatmentairair cooling toweruap
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar III.8 Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan
Sistem dari turbin 1 terdiri dari satu unit turbin uap dengan kecepatan
putaran 6792 rpm dengan unit gear box sebagai transformer putaran menjadi 1500
rpm di generatornya sehingga generator dapat menghasilkan frekuensi listrik 50
Hz. Generator yang digunakan untuk turbin 1 ini adalah generator sinkron dengan
spesifikasi sebagai berikut :
- generator AVK
- pf : 0.80
- rotation direct : left
- rotation : 1500 rpm
- excitation : 57 V, 4.7 A
- insul class : H
- Aux excitation : 80 V 50 Hz
Beberapa komponen pendukung kerja turbin 1 adalah sebagai berikut :
1. Cooling tower berfungsi sebagai pendingin air yang digunakan untuk
kondensor dan pendingin oli pelumasan mesin.
2. Kondensor berfungsi sebagai tempat terjadinya kondensasi di mana uap
berubah menjadi air. Di dalam operasionalnya, kondensor harus dijaga
tekanannya atau nilai kevakumannya, karena sangat berpengaruh terhadap
kinerja turbin.
3. Pompa cooling tower berfungsi untuk sirkulasi air ke kondensor.
4. Pompa kondensor berfungsi untuk memompakan air dari hot well ke
deaerator boiler atau kembali ke hot well kondensor agar level air tetap
terjaga di hot well. Di mana pengaturan ini diatur oleh sebuah control
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
valve, jika level air di hot well terlalu rendah, maka control valve akan
membuka banyak memasukkan air ke hot well dan jika sudah sesuai
dengan level yang diinginkan, maka control valve akan menutup sehingga
air akan dialirkan ke deaerator. Ini sangat penting karena sangat
mempengaruhi nilai kevakuman dari kondensor yaitu jika level air naik
maka vakum akan turun di mana vakum dijaga minimal 30 cmHg.
5. Pompa vakum berfungsi untuk menghisap udara dari kondensor sehingga
kevakuman di kondensor terjaga.
6. Pompa oli berfungsi untuk mensirkulasikan oli ke mesin turbin seperti
gear box, bearing turbin, bearing generator, dengan tujuan untuk
mendinginkan komponen-komponen mesin tersebut. Pompa oli ini terdiri
dari dua yaitu pompa oli utama (mechanical pump) yang dikopelkan
langsung ke gearbox turbin dan pompa oli bantu (auxilary oil pump) yaitu
berupa motor induksi yang beroperasi ketika turbin proses start dan stop
running.
Di dalam memulai operasi turbin 1, ada beberapa prosedur kerja atau urutan
kerja yang harus dilakukan antara lain :
1. mengaktifkan terlebih dahulu pompa oli bantu (auxilary oil pump) untuk
melakukan pelumasan ke mesin agar suhu mesin tidak terlalu tinggi.
2. setiap pompa-pompa pendukung diaktifkan yaitu pompa cooling tower,
pompa kondensat, pompa vakum dan kipas cooling tower agar air cooling
tower tetap dingin.
3. buka sedikit valve utama (manual valve) untuk mengatur sealing steam di
mana sealing steam diatur dengan tekanan 0.5 sampai 0.8 kgf/cm2. Sealing
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
steam berfungsi untuk menjaga casing turbin tidak dimasuki udara atau
uap yang di dalam turbin tidak keluar dari casing.
4. setelah vakum mencapai 50-55 cmHg, aktifkan governor dengan
mengaktifkan hand-trip pada governor agar uap dapat masuk ke turbin.
5. jalankan turbin melalui panel kontrol dengan kecepatan awal 500 rpm
terlebih dahulu, 700 rpm, 1000 rpm sampai kecepatan normalnya 1500
rpm.
6. setelah turbin berjalan normal 1500 rpm, cek semua kondisi turbin untuk
memastikan semua komponen aman dan turbin siap untuk disinkronkan ke
jaringan.
7. setelah sinkron, lakukan pembebanan perlahan sesuai dengan kapasitas
turbin. Dalam hal ini, turbin 1 berkapasitas 2400 kW.
Berikut ini adalah beberapa parameter yang harus diperhatikan ketika
turbin 1 sedang beroperasi di dalam beberapa tabel berikut ini.
Tabel III.1 Daya per Jam (13 Januari 2009)
waktu kuat arus (A) daya (kW)
actuator (%)
tegangan (V)
frekuensi (Hz) pf
R S T 9:00 1950 1950 1950 1250 44 400 50 0.92 10:00 1900 1900 1900 1200 43 400 50 0.92 11:00 1850 1850 1850 1100 42 400 50 0.91 12:00 2250 2250 2250 1400 48 400 50 0.91 13:00 2150 2150 2150 1350 45 400 50 0.92 14:00 1900 1900 1900 1150 42 400 50 0.92 15:00 1800 1800 1800 1100 40 400 50 0.9 16:00 1900 1900 1900 1250 44 400 50 0.91 17:00 2300 2300 2300 1500 51 400 50 0.93 18:00 2050 2050 2050 1250 44 400 50 0.91 19:00 2300 2300 2300 1500 51 400 50 0.92 20:00 2050 2050 2050 1250 44 400 50 0.91 21:00 2200 2200 2200 1400 49 400 50 0.91 22:00 2400 2400 2400 1600 49 400 50 0.92 23:00 1700 1700 1700 1050 39 400 50 0.9 0:00 1450 1450 1450 850 35 400 50 0.89 1:00 1950 1950 1950 1200 44 400 50 0.92
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
2:00 2000 2000 2000 1300 45 400 50 0.92 3:00 1800 1800 1800 1150 44 400 50 0.92 4:00 1700 1700 1700 1050 41 400 50 0.9 5:00 1800 1800 1800 1200 42 400 50 0.9 6:00 1800 1800 1800 1150 44 400 50 0.92 7:00 1700 1700 1700 1050 41 400 50 0.9 8:00 1800 1800 1800 1200 42 400 50 0.9
Tabel III.2 Turbine 1 Log Sheet
waktu
inlet steam press (bar)
steam chest (kgF/ cm2)
exh. steam press (cm Hg)
sealing steam (kgF/ cm2)
speed (rpm)
lub oil to
brg(kgF/cm2)
oil cooler temp (0C ) reduction gear bearing temp (0C)
oil in oil out CW
in CW out
tbn brg
pinion brg (tbn side)
pinon brg (gen side)
wheel brg (tbn side)
wheel brg (gen side)
9:00 27.8 14 66 0.74 1500 1.3 52 44.4 30 32 56.4 57.6 57.7 52.5 46.5 10:00 27.7 13 65 0.73 1500 1.3 54 44.9 30 32 56.7 57 57.7 52.8 46.9 11:00 27.5 12.5 64 0.73 1500 1.3 55 45.3 30 32 56.8 57.4 58.2 53.1 47.5 12:00 27.5 15 65 0.72 1500 1.3 55 45.1 30 32 57 57.1 58.9 54 47.4 13:00 27.3 14 65 0.72 1500 1.3 54 45.1 30 32 56.8 57 58.6 53.6 47.3 14:00 27.8 12 64 0.72 1500 1.3 53 44.8 30 32 56.7 57.1 57.5 52.7 47.1 15:00 27.3 11.5 66 0.77 1500 1.3 52 44.5 30 32 55.4 56.9 57.2 51.9 46.8 16:00 27.3 11.5 66 0.73 1500 1.3 52 44.8 30 32 56.1 57.1 58 52.8 47.1 17:00 27.5 17 65 0.71 1500 1.3 53 45.4 31 33 57.3 57.1 59.3 54.4 47.6 18:00 27.7 13.5 65 0.72 1500 1.3 54 45.6 31 33 57.2 57.6 59 53.8 47.9 19:00 27.4 17 65 0.7 1500 1.3 54 45.8 31 33 58.3 57.3 59.7 55.2 47.9 20:00 27.7 13.5 65 0.72 1500 1.3 54 45.7 31 33 58.2 57.4 59.6 55.2 47.8 21:00 27.2 16 64 0.7 1500 1.3 55 46.2 31 33 58.2 57.8 59.7 55.2 48.3 22:00 27.5 17 62 0.7 1500 1.3 55 46.9 32 34 58.2 57.5 59.4 55.1 47.9 23:00 27.2 11.5 67 0.7 1500 1.3 53 44.3 30 32 55.8 56.7 56.7 51.7 46.2 0:00 27.5 9.4 69 0.7 1500 1.3 53 43.7 30 32 54.7 56.6 56 50.6 45.8 1:00 27.5 13.6 66 0.71 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.5 56.7 58 52.9 46.5 2:00 27.5 14.2 66 0.7 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.8 56.7 58.3 53.2 46.6 3:00 27 14.7 66 0.71 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.8 56.7 58.1 53.1 46.8 4:00 27 11.7 66 0.7 1500 1.3 53 43.9 30 32 55.5 56.4 56.5 51.5 45.9 5:00 27.6 12.2 66 0.7 1500 1.3 53 44.2 30 32 55.9 56.7 56.9 51.8 46.3 6:00 27 14.7 66 0.71 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.8 56.7 58.1 53.1 46.8 7:00 27 11.7 66 0.7 1500 1.3 53 43.9 30 32 55.5 56.4 56.5 51.5 45.9 8:00 27.6 12.2 66 0.7 1500 1.3 53 44.2 30 32 55.9 56.7 56.9 51.8 46.3
Tabel III.3 Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet
waktu condenser
press (cm.Hg)
hot well temp (0C)
hot well level
CW. Temp (0C) positioner air press (kgF/cm2) liquid level controller
(kgF/cm2)
inlet outlet air
supply press
output press signal press air supply control press
9:00 60 45 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 10:00 60 45 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 11:00 60 44 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.7 12:00 61 45 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
13:00 61 46 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 14:00 62 43 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 15:00 62 42 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 16:00 61 45 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 17:00 60 49 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 18:00 61 47 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 19:00 59 50 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.6 20:00 61 48 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 21:00 60 48 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 22:00 59 49 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.62 23:00 62 42 normal 28 35 2.6 1.5 0.75 1.5 0.7 0:00 62 39 normal 27 34 2.6 1.5 0.75 1.5 0.73 1:00 61 44 normal 28 35 2.6 1.4 0.68 1.5 0.65 2:00 62 45 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 3:00 62 45 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 4:00 62 42 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.66 5:00 62 43 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.68 6:00 62 45 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 7:00 62 42 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.66 8:00 62 43 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.68
Tabel III.4 Turbine 1 Pumps Log Sheet
waktu
cooling water pump condensate pump vacuum pump suc. press
(cm.Hg)
disc. Press
(kgF/cm2)
current (A)
pump no.
suc. press (cm.Hg)
disc. Press (kgF/cm2)
pump no.
vacuum (cm.Hg)
pump no.
9:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 10:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 11:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 12:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 13:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 14:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 15:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 16:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 17:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 18:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 52 1 19:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 20:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 21:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 22:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 23:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 0:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 54 1 1:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 2:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 3:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 4:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 5:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 6:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 7:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 8:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Keterangan :
Exh. : exhaust Tbn : turbine
Lub. : lubrication Disc. : discharge
Brg : bearing Suc. : suction
CW : Cooling Water Gen : generator
Dapat dilihat dari beberapa tabel operasional turbin di atas, kondisi
parameter turbin 1 ketika beroperasi setiap jamnya. Naik turunnya beban yang
dipikul turbin 1 akan sangat mempengaruhi beberapa parameter salah satunya
adalah governor. Parameter governor ini dapat dilihat pada Tabel III.1 Daya per
Jam yaitu nilai actuator dalam persen (%). Misalkan untuk pukul 9.00 actuatornya
adalah 44 yang berarti untuk beban 1250 kW pada pukul 9.00 WIB valve
governor terbuka sebesar 44 % dalam memasukkan uap ke turbin atau dengan
kata lain, semakin besar beban yang dipikul turbin 1 maka valve governor akan
membuka semakin besar pula untuk memasukkan uap atau sebaliknya. Nilai
beban juga mempengaruhi nilai steam chest, di mana steam chest adalah nilai
tekanan uap yang diperlukan untuk beban generator yang sedang beroperasi. Nilai
steam chest ini berbanding lurus dengan nilai beban yang sedang dilayani oleh
generator turbin 1. Untuk perhitungan nilai steam chest dapat dilihat di bawah ini :
• dari tabel di atas untuk jam 09.00 WIB
- inlet steam press = 27.8 bar
- Maka untuk beban penuh 2400 kW,
Steam chest = inlet steam press = 27.8 bar
Untuk beban pukul 09.00 WIB, nilai steam chest-nya adalah :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
)()(
)( kWgeneratordipikulyangbebankWpenuhbeban
barpenuhbebancheststeam×
Steam chest = 12502400
8.27×
= 14.48 bar (1 bar = 0.9806 kgF/cm2)
= 14.199088 kgF/cm2
• Untuk jam 10.00 WIB
Inlet steam press = 27.7 bar
Steam chest = 12002400
7.27×
= 13.85 bar
= 13.58131 kgF/cm2
Demikian seterusnya nilai perhitungan steam chest untuk setiap beban
yang dipikul oleh turbin 1. Atau dengan kata lain nilai yang diperoleh melalui
perhitungan identik sama dengan nilai yang diperoleh di lapangan (nilai
pengukuran).
Ada beberapa parameter lain selain dari dua parameter yang sudah
diuraikan di atas yang sangat mempengaruhi kinerja dari turbin 1. Parameter-
parameter tersebut merupakan parameter yang benar-benar harus diperhatikan
agar turbin 1 tidak trip, antara lain adalah sebagai berikut :
1. nilai vakum, di mana vakum dijaga minimal 30 cmHg.
2. nilai exhaust steam minimal 10 cmHg
3. tekanan lub oil
4. vibrasi dari mesin turbin dan generator
5. suhu mesin tidak lebih dari 75 0C
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
6. over speed pada putaran 1750 rpm.
Dalam pengoperasiannya, turbin 1 hanya digunakan ketika beban puncak,
atau penggunaannya hanya berlangsung dalam beberapa jam saja di mana PLN
tidak mensuplai listriknya ke PT. Musim Mas yaitu beban yang seharusnya
dipikul PLN akan dipindahkan ke turbin 1. Setelah beberapa jam beban puncak
atau dengan kata lain PLN kembali mensuplai listriknya ke PT. Musim Mas, maka
beban PLN yang ada di turbin 1 dikembalikan ke PLN dan turbin 1 segera
dihentikan operasinya. Di dalam menghentikan turbin 1, ada beberapa prosedur
yang harus dilakukan antara lain adalah sebagai berikut :
1. mengurangi beban yang dipikul turbin 1 sampai 0 kW
2. setelah CB turbin 1 terbuka, maka hentikan turbin 1 melalui panel kontrol
turbin, dalam hal ini turbin 1 menggunakan panel control merek
Woodward 505 dengan menekan ”STOP” lalu “YES”. Maka secara
otomatis putaran turbin akan berkurang sampai 0 rpm.
3. mengaktifkan pompa oli Bantu (auxiliary oil pump), hal ini diperlukan
karena minyak adalah medium pendingin untuk menghilangkan panas
pada mesin turbin dan generator.
4. menutup valve utama uap dan memastikan uap tidak masuk ke turbin
selama turbin stop dan meg-off-kan hand trip pada turbin.
5. membuka semua valve drain untuk membuang air yang ada di turbin agar
turbin tidak mengandung air yang dapat menyebabkan turbin korosi.
6. memastikan semua motor pompa seperti pompa kondensat, vakum telah
stop kecuali pompa cooling tower, motor kipas cooling tower, pompa oli
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
bantu tetap dibiarkan beroperasi selama ± 30 menit untuk proses
pendinginan turbin dan generator.
1.2. Turbin 2
Turbin 2 adalah turbin tipe back pressure dengan daya maksimalnya
adalah sebesar 3200 kW. Turbin ini dirancang dengan jenis back pressure karena
uap keluarannya (exhaust steam) masih digunakan lagi untuk keperluan lain,
dalam hal ini digunakan untuk memanaskan bahan baku di beberapa plant-plant
lain di perusahaan ini. Sehingga dalam pengoperasiannya turbin ini harus
mengikuti nilai tekanan back pressure-nya melalui parameter seting BPV (Back
Pressure Valve) yaitu sebesar 3.5 bar. Back Pressure Valve (BPV) ini sudah
dilengkapi barometer elektronik untuk mengukur nilai tekanan yang ada di dalam
tangki back pressure dan diseting 3.5 bar yang berarti jika tekanan uap di tangki
melebihi setingan BPV maka BPV akan terbuka otomatis untuk membuang uap
dan menjaga tekanan di tangki back pressure tetap di antara 3.4-3.5 bar. Jika
tekanan di tangki turun di bawah 3.4 bar, maka beban di generator turbin 2 harus
ditambah sampai tekanan dapat terjaga berkisar di 3.4-3.5 bar tersebut.
G
gear box
main valvesteam boiler
BPV (3,5 bar)
bypass
turbin
governor
to plant
exhaust steamcontrol valve BPV
uap
Gambar III.9 Sistem Turbin 2 PT. Musim Mas KIM II Medan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Turbin 2 juga mempunyai beberapa parameter yang harus diperhatikan
ketika turbin ini beropearasi. Parameter-parameter tersebut dapat dilihat dari
tabel-tabel berikut ini.
Tabel III.5 Daya per Jam (13 Januari 2009)
waktu kuat arus (A) daya (kW)
Gov. Load Limit ×10 (%)
Tegangan (V)
frekuensi (Hz) pf R S T
9:00 980 980 1000 500 3.3 400 50 0.88 10:00 1000 950 1020 550 3.4 400 50 0.89 11:00 1020 930 1020 550 3.4 400 50 0.93 12:00 820 820 980 480 3.2 400 50 0.91 13:00 1050 1120 1100 550 3.4 400 50 0.88 14:00 1000 1020 1050 550 3.4 400 50 0.9 15:00 900 860 1000 500 3.3 400 50 0.91 16:00 900 900 950 450 3.3 400 50 0.89 17:00 950 950 1000 500 3.3 400 50 0.89 18:00 1000 1000 1100 600 3.5 400 50 0.91 19:00 1000 1000 1100 600 3.5 400 50 0.92 20:00 1050 1050 1150 650 3.6 400 50 0.92 21:00 1050 1050 1150 650 3.6 400 50 0.92 22:00 1000 1000 1100 600 3.5 400 50 0.91 23:00 1050 1050 1150 650 3.6 400 50 0.91 0:00 1000 1000 1100 600 3.4 400 50 0.9 1:00 1100 1100 1180 650 3.7 400 50 0.92 2:00 1100 1100 1170 650 3.6 400 50 0.92 3:00 1180 1160 1200 700 3.7 400 50 0.93 4:00 1100 1100 1180 700 3.8 400 50 0.94 5:00 1100 1100 1150 650 3.7 400 50 0.94 6:00 1180 1160 1200 700 3.7 400 50 0.93 7:00 1100 1100 1180 700 3.8 400 50 0.94 8:00 1100 1100 1150 650 3.7 400 50 0.94
Tabel III.6 Turbine 2 Log Sheet
waktu inlet steam control
oil press (bar)
gear box oil press (bar) exh. steam nozzle
press (bar)
flow (ton/h)
inlet oil to gear box temp (0C) temp
(0C) press (bar) gear 1 gear 2 temp
(0C) press (bar)
9:00 303 28 4.6 4.4 1.7 174 3.8 9 12.56 48 10:00 304 28 4.6 4.4 1.7 175 4 9.5 12.5 48 11:00 305 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 9.5 12.49 49 12:00 305 27.8 4.6 4.4 1.7 175 3.8 8.8 10.81 49 13:00 305 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 9.8 11.68 49 14:00 305 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 10 13.03 49 15:00 303 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 9 11.3 49 16:00 303 28 4.5 4.4 1.7 175 3.9 9 10.5 49 17:00 303 28 4.5 4.4 1.7 175 3.9 9 10 49
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
18:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 14.96 49 19:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11.5 14.7 49 20:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 3.9 11.5 14.71 49 21:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 14.48 49 22:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 14.03 47 23:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 15.32 47 0:00 303 27.5 4.5 4.4 1.65 175 3.9 11 14.98 46 1:00 303 27.5 4.6 4.4 1.65 175 3.9 12 14.28 47 2:00 300 27.5 4.6 4.4 1.65 175 3.9 11.5 14.5 47 3:00 300 27 4.6 4.4 1.65 175 3.9 12.1 14.7 47 4:00 303 27.5 4.6 4.4 1.65 175 4 12.5 14.46 47 5:00 303 27.3 4.5 4.4 1.65 175 4 12.5 14.4 47 6:00 300 27 4.6 4.4 1.65 175 3.9 12.1 14.7 47 7:00 303 27.5 4.6 4.4 1.65 175 4 12.5 14.46 47 8:00 303 27.3 4.5 4.4 1.65 175 4 12.5 14.4 47
Tabel III.7 Turbine 2 Log Sheet
waktu
gear box high speed shaft temp (0C)
gear box low speed shaft temp (0C)
oil cooler water
temp (0C) BPV (bar)
tbn brg oil press
(bar)
speed (rpm)
no. 1 no. 2 no. 1 No. 2 in out 9:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6917 10:00 62 67 58 53 31 33 3.4 1.5 6848 11:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6854 12:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6825 13:00 62 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6840 14:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6909 15:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6917 16:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6825 17:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6854 18:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6825 19:00 63 68 59 54 31 33 3.5 1.5 6884 20:00 63 68 59 54 31 33 3.5 1.5 6825 21:00 63 68 59 54 31 33 3.5 1.5 6884 22:00 62 67 58 53 30 32 3.5 1.5 6913 23:00 62 67 58 53 30 32 3.5 1.5 6804 0:00 62 67 58 52 29 31 3.4 1.5 6854 1:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6880 2:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6825 3:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6884 4:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6917 5:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6910 6:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6884 7:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6917 8:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6910
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Perubahan nilai beban pada Tabel III.5 di atas akan mempengaruhi nilai
gov. Limit Load (%). Gov. Limit Load adalah nilai membukanya governor untuk
memasukkan uap ke turbin untuk menghasilkan daya yang dibutuhkan. Semakin
besar nilai beban pembangkit, maka semakin besar nilai Gov. Limit Load.
Beberapa parameter lain yang berpengaruh terhadap perubahan beban adalah nilai
noozle dan flow pada Tabel III.6. Noozle pressure adalah nilai tekanan uap yang
dipakai untuk beban yang sedang dipikul oleh generator. Semakin tinggi nilai
beban generator maka akan semakin tinggi juga nilai noozle pressure untuk
melayani nilai beban tersebut. Flow adalah konsumsi uap untuk nilai beban yang
sedang dilayani oleh turbin tersebut. Semakin besar nilai beban yang sedang
dilayani oleh pembangkit, maka semakin banyak uap yang dipakai dalam satuan
ton/jam.
III.3 OPERASIONAL PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel atau yang lebih dikenal dengan Genset
(Generator Set) diesel di PT. Musim Mas KIM II Medan terdiri dari tujuh unit
dengan klasifikasi yang berbeda-beda. Ketujuh unit itu adalah sebagai berikut :
1. dua unit diesel SKL : 1000 rpm, generator excitasi 43 V 3.6 A, kelas
isolasi : H, pf : 0.8, 2250 kW.
2. satu unit diesel Caterpillar : 1500 rpm, generator excitasi 22 V, 5.8 A,
kelas isolasi : H, pf : 0.8, 400 V 1640 kW.
3. empat unit diesel MTU : 400 kW, 400 V.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Masing-masing unit diesel adalah sama untuk setiap bagian komponen
pendukung kerja mesin-mesin tersebut. Di bawah ini digambarkan skema diagram
mesin diesel yang dipakai di PT. Musim Mas KIM II Medan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar III.10 Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II Medan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar III.10 di atas memperlihatkan skema generator diesel sebagai
suatu stasiun sistem pembangkit tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM II Medan
yang terdiri dari beberapa bagian unit mesin, yaitu :
1. unit bahan bakar ;
bahan bakar dari tangki penimbun diteruskan ke tangki harian yang
dilakukan oleh pompa. Bahan bakar tersebut dilewatkan melalui saringan,
untuk menjaga agar tidak terjadi pencemaran dan lain sebagainya. Dari
tangki harian, melalui saringan dan pompa injeksi diteruskan ke mesin
untuk proses pembakaran.
2. unit pemasukan udara ;
kebutuhan udara tujuan kompresi pada masing-masing siklus, disuplai
melalui saringan untuk menjaga partikel-partikel abu tidak masuk ke
silinder.
3. unit pendingin mesin ;
untuk mendinginkan silinder mesin, air pendingin dilewatkan melalui
dinding silinder (jacket). Air pendingin yang dibutuhkan diusahakan bebas
dari kotoran, agar ruang pendinginan silinder tidak tersumbat. Untuk
tujuan ini, maka pada tangki pembuangan gelombang udara ditempatkan
suatu peralatan yang disebut hot well.
4. unit pelumasan ;
minyak pelumas dari tempat penampungan, oleh pompa dialirkan melalui
saringan (filter). Umumnya pelumas dalam keadaan panas bila mengalir
dari tempat penampungan. Bila minyak pelumas tidak dalam keadaan
panas, maka perlu dipanaskan sebelum minyak pelumas tersebut dialirkan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
melalui filter. Minyak pelumas tersebut didinginkan pada heat exchanger
sebelum dikirim kembali ke mesin.
Dari ketujuh unit generator diesel yang dipakai di perusahaan ini, masing-
masing memiliki prosedur start yang berbeda-beda. Prosedur start untuk generator
diesel tersebut adalah sebagai berikut :
1. menjalankan dengan kompresi udara ;
udara bertekanan ± 20 kg / cm2 yang disuplai dari botol udara,
didistribusikan ke kutub hisap mesin. Pada mesin yang mempunyai
silinder yang banyak, udara kompresi dimasukkan ke dalam satu silinder
dan menekan piston sehingga mengakibatkan poros engkol (crank shaft)
berputar. Dengan mensuplai bahan bakar pada saat yang tepat dari siklus
yang terdapat pada mesin, maka mesin akan beroperasi. Generator diesel
yang menggunakan metode start ini adalah diesel dengan merek SKL 2
unit.
2. menjalankan dengan motor listrik ;
motor listrik mengerakkan roda gigi piston yang dikopel pada gigi yang
terdapat di sekeliling roda gila (fly wheel) mesin. Tenaga listrik yang
disuplai untuk motor, dibuat mampu untuk menggerakkan mesin. Setelah
mesin mulai berjalan, secara otomatis motor listrik terlepas (tidak terkopel
dengan roda gila). Metode seperti ini dipakai untuk diesel generator merek
MTU 4 unit dan Caterpillar 1 unit.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
III.4 OPERASI PARALEL PEMBANGKIT PT. Musim Mas KIM II Medan
Pembangkit listrik di perusahaan ini ada dua jenis, yaitu pembangkit listrik
tenaga uap dan diesel. Kedua jenis pembangkit ini dirancang untuk operasi paralel
karena sudah dilengkapi dengan panel sinkron. Untuk melakukan operasi paralel
pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator, kemudian
secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan
generator tersebut. Operasi sinkron yang dilakukan antara lain antara generator
uap dengan generator uap, generator uap dengan generator diesel, generator diesel
dengan generator diesel dan generator diesel dengan jaringan PLN. Keempat
operasi paralel tersebut memiliki prosedur yang sama di dalam melakukan operasi
paralel. Di dalam melakukan operasi paralel, setelah turbin sudah dalam kondisi
running atau siap untuk disinkronkan, maka yang harus diperhatikan adalah panel
sinkron. Berikut ini adalah gambar panel sinkron dan panel bus bar.
fastslow
synchronoscope
400
500600
300
100
400
500600
300
100
I
II
V
50 52 5347 48
Hz
50 52 5347 48
Hz
frekwensi meter
0
1
2
3
Synchrone Switch
Synchrone Lamp
Synchrone Kit
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar III.11 Panel Sinkron
1000
1500
2000
500
0
2500
kW2000
3000
0
4000
A2000
3000
0
4000
A2000
3000
0
4000
A
50 52 5347 48
Hz
frekwensi meter400
500600
300
100
1(-)
2(+)
Lower and upper frequency
0.91
0.9
0.8
0.7
0.6cos θ 0.70.8
0.6
off on
starter key switch
man autooff
V
BUS BAR TURBINE PANEL
Gambar III.12 Panel Bus Bar
Langkah-langkah melakukan sinkronisasi generator :
1. karena CB yang digunakan adalah tipe ACB (Air Circuit Breaker), maka
pompa terlebih dahulu (charger) dengan udara agar CB dapat menutup
pada saat generator sudah paralel terhadap jaringan.
2. aktifkan panel sinkron dengan memutar starter key switch ke arah on yang
terdapat di panel bus bar
3. arahkan synchrone switch ke posisi 2 di mana 2 adalah salah satu
penomoran dari bus bar generator yang akan disinkronkan ke jaringan.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
4. karena sinkronisasi yang akan dilakukan adalah otomatis, maka atur posisi
selector switch man auto ke posisi auto agar CB bisa menutup secara
otomatis jika generator sudah sinkron.
5. perhatikan panel sinkron terutama sinkronoskop. Jika arah jarum berputar
cepat ke arah tanda positif (+) maka frekuensi generator lebih tinggi dari
pada di jaringan, sedangkan jika berputar ke arah tanda negatif (-) maka
artinya frekuensi generator lebih rendah dari pada di jaringan. Usahakan
frekuensi generator yang akan diparalelkan lebih tinggi dari pada di
jaringan. Jika tidak, maka naikkan frekuensi generator dengan upper and
lower frequency switch dengan menggerakkan switch ini ke arah 2 (+),
maka frekuensi dan beban akan bertambah ke generator yang akan
diparalelkan, dan jika generator sudah sinkron dengan jaringan maka CB
akan menutup secara otomatis dan generator sudah masuk ke sistem
jaringan.
6. kembalikan switch-switch yang dipakai tadi ke posisi semula seperti
synchrone switch ke posisi 0, switch man auto ke posisi off, starter key
switch ke posisi off.
7. lakukan pembebanan ke generator disesuaikan dengan kapasitas mesin
tersebut.
Di dalam kondisi beban puncak, yaitu dari jam 18.30 sampai jam 22.30
maka turbin akan melakukan koordinasi dengan pembangkit diesel untuk
melakukan pemindahan beban dari PLN ke turbin atau dengan kata lain disebut
dengan istilah change power. Karena pada kondisi beban puncak, PLN akan
memutus dayanya untuk melayani pasokan listrik ke masyarakat dalam waktu
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
beberapa jam (sekitar jam 18.30 sampai jam 22.30) setelah itu PLN kembali lagi
memasok daya listriknya kembali ke perusahaan.
Dengan memperhatikan diagram satu garis pada gambar III.14, maka
dapat dilihat langkah-langkah untuk melakukan proses pemindahan beban (change
power) dari jaringan PLN ke jaringan turbin dengan perantaraan generator diesel :
1. Generator diesel dijalankan 2 unit yaitu SKL 1 dan SKL 2, kemudian
melakukan sinkronisasi terhadap generator uap (turbin).
2. generator diesel menarik beban sebesar 800 kW dari turbin melalui ACB
Turbin 5000 A.
3. setelah bus bar SKL terbebani 800 kW, maka ACB Turbin 5000 A dibuka
kemudian diesel SKL melakukan sinkronisasi ke jaringan PLN dengan
menutup coupler 2 SKL to PLN dan kemudian diesel SKL segera menarik
beban dari PLN (±1300 kW).
4. setelah diesel SKL terbebani dengan beban PLN (±1300 kW) ditambah
beban 800 kW yang dari turbin, maka diesel SKL melakukan sinkronisasi
dengan turbin dengan menutup kembali ACB turbin 5000 A (coupler 2
SKL to PLN dibuka kembali).
5. SKL melakukan pengiriman beban setiap 200 kW ke turbin sampai beban
di diesel SKL 0 kW.
6. setelah beban di diesel SKL terkirim semua ke turbin, maka diesel SKL
melepas sinkron dengan jaringan turbin dan turbin melakukan pembagian
beban agar setiap turbin memikul beban dengan seimbang sesuai dengan
kemampuan tiap-tiap turbin.
7. Setelah kondisi turbin aman, maka diesel SKL segera di-stop.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar III.13 Diagram Satu Garis PT. Musim Mas
Gambar III.14 Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan)
Keterangan gambar :
1 : transformator 3000 kVA “SHINKO”
2 : turbin 1 2400 kW
3 : coupler turbin 1 ke turbin 2
4 : link MDP turbin ke MDP SKL
A : transformator 3000 kVA turbin
B : turbin 2 3200 kW
KE-1 : turbin 3 4 MW
KA-1 : link sub stasiun turbin ke sub stasiun SKL
KA-2 : turbin 4 10 MW
KA-3 : transformator 3000 kVA “SHINKO”
KA-4 : sub stasiun turbin 3
KA-5 : spare
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
KA-6 : sub stasiun alkohol plant
KA-7 : VT
KC-1 : incoming dari sub stasiun turbin
KC-2 : transformator 2000 kVA turbo compressor
KC-3 : transformator 4000 kVA utility
KC-4 : transformtor 4000 kVA plant
KB-1 : link sub stasiun SKL ke sub stasiun turbin
KB-2 : transformator 4000 kVA SKL
KB-3 : sub stasiun speciallity fats
KB-4 : transformator 3500 kVA turbin
KB-5 : VT
KD-1 : transformator 3500 kVA speciallity fats
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
BAB IV
PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT
IV.1 BEBAN YANG DIPIKUL PEMBANGKIT
Jenis beban yang dipikul oleh pembangkit ada dua jenis yaitu beban statis
yang berupa pemanas dan lampu-lampu penerangan serta beban dinamis yang
berupa motor-motor listrik. Dalam setiap waktu, tiap-tiap pembangkit memikul
beban yang berbeda-beda setiap harinya. Berikut ini adalah contoh dari
karakteristik beban yang dipikul oleh pembangkit tanggal 19 November 2008.
Tabel VI.1 Karakteristik Beban Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan
waktu (per jam)
beban turbin1-2.4MW (kW)
beban turbin2-3.2MW (kW)
pf
beban turbin4-10MW (kW)
pf
beban PLN-2MW (kW)
total beban turbin (kW)
beban turbin
+ PLN (kW)
09.00 1400 950 0.95 7200 0.91 900 9550 10450 10.00 450 750 0.91 8300 0.94 950 9500 10450 11.00 1500 900 0.95 7200 0.92 980 9600 10580 12.00 1300 800 0.93 7200 0.92 900 9300 12540 13.00 1250 750 0.92 7200 0.92 950 9200 10150 14.00 1200 900 0.92 7300 0.92 1000 9400 10400 15.00 1400 800 0.93 7300 0.92 900 9500 10400 16.00 1400 860 0.94 7300 0.92 1000 9560 10560 17.00 1150 900 0.92 7350 0.92 1000 9400 10400 18.00 1450 1080 0.95 8050 0.94 - 10580 10580 19.00 1700 1050 0.95 7950 0.93 - 10700 10700 20.00 1850 850 0.96 7950 0.93 - 10650 10650 21.00 1500 1000 0.95 8000 0.94 - 10500 10500 22.00 1650 950 0.95 7900 0.92 - 10500 10500 23.00 1350 830 0.94 7050 0.91 1100 9230 10330 24.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100 01.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100 02.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100 03.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
04.00 1250 850 0.92 7070 0.92 1000 9170 10170 05.00 1150 850 0.92 7040 0.92 1050 9040 10090 06.00 1050 850 0.91 7070 0.92 1000 8970 9970 07.00 1200 700 0.92 6950 0.91 1000 8850 9850 08.00 1300 800 0.93 7030 0.92 950 9130 10080 Maka jika Tabel VI.1 di atas dikonversikan ke grafik adalah sebagai berikut :
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
09.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
24.00
01.00
02.00
03.00
04.00
05.00
06.00
07.00
08.00
waktu (per jam)
beba
n (k
W)
beban turbin 1 (kW) beban turbin 2 (kW)beban turbin 4 (kW) beban PLN (kW)
Grafik IV.1 Karakteristik Beban Setiap Pembangkit
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
09.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
24.00
01.00
02.00
03.00
04.00
05.00
06.00
07.00
08.00
waktu (per jam)
beba
n (k
W)
total beban (kW)
Grafik IV.2 Karakteristik Total Beban Pembangkit
Dilihat dari Tabel IV.1 dan gambar kedua grafik di atas, rata-rata beban
dari pukul 09.00 sampai 17.00 adalah 9445.556 kW dengan catatan beban PLN
±1100 kW berada di jaringan PLN. Kemudian pada pukul 17.30 adalah proses
pemindahan beban (change power) dari jaringan PLN ke jaringan turbin yaitu
memindahkan beban PLN ±1100 kW ke jaringan turbin karena PT. PLN Persero
melakukan pemutusan daya sekitar empat jam ( dari pukul 18.30-22.30) untuk
melayani beban puncak di masyarakat. Oleh karena itu pada pukul 18.00 beban
turbin bertambah sekitar ±1100 kW dari beban 9400 kW menjadi 10700 kW,
tetapi terlihat di tabel beban untuk pukul 18.00 adalah 10580 kW dikarenakan
pada jam tersebut adalah jam makan malam dan istirahat selama ±45 menit di
mana mesin-mesin sebagian di-stop, sehingga ada pengurangan daya sekitar
120 kW. Kemudian pada pukul 19.00, aktifitas pabrik kembali dilakukan dan
beban juga bertambah menjadi 10700 kW. Beban puncak terjadi dari pukul 18.00
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
sampai 22.00 dengan rata-rata beban sekitar ±10586 kW. Pada pukul 22.30, PT.
PLN Persero kembali memasok dayanya ke pabrik, sehingga dilakukan proses
pemindahan beban dari jaringan turbin ke jaringan PLN dengan perantaraan
generator diesel. Beban yang dipindahkan adalah sebesar ±1300 kW sehingga
beban turbin berkurang menjadi sekitar 9200 kW sampai 9230 kW. Pada pukul
24.00 sampai pukul 07.00 beban rendah dikarenakan aktifitas berkurang, dan pada
pukul 08.00 aktifitas pabrik kembali dimulai dan akan naik kembali seperti hari
sebelumnya.
IV.2 PEMBAGIAN BEBAN PEMBANGKIT
Dalam operasi paralel pembagian beban pembangkit listrik di PT. Musim
Mas KIM II Medan terutama generator uap, harus dilakukan dengan tujuan
penyesuaian terhadap kapasitas generator, jenis turbin dan pengaturan frekuensi.
Dari Gambar III.13 Bab III diagram satu garis PT. Musim Mas KIM II Medan,
generator uap dibagi dua kelompok pembangkit, yaitu kelompok pertama adalah
Turbin 1 dan Turbin 2, sedangkan kelompok kedua adalah Turbin 3 dan Turbin 4,
sehingga dalam operasionalnya beban dibagi ke dalam kedua kelompok
pembangkit tersebut. Untuk pembangkit kelompok 1 yaitu Turbin 1 dan Turbin 2,
pembagian beban di kelompok ini tergantung dengan Turbin 2 karena turbin ini
berbeban disesuaikan dengan tekanan BPV (Back Pressure Vessel), di mana
tekanan uap di tangki ini jika di bawah 3.0 bar, maka beban harus dinaikkan, atau
jika BPV sudah buang uap, maka beban Turbin 2 harus dikurangi sampai tangki
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
BPV tidak membuang uap lagi. Sisa beban Turbin 2, diberikan ke Turbin 1 atau
dipindahkan ke Turbin 4 atau Turbin 3 jika beroperasi.
Ada 2 jenis tipe pembebanan di PT. Musim Mas KIM II Medan yaitu tipe
Droop Load dan tipe Base Load. Tipe Droop Load yaitu pembangkit beroperasi
mengikuti perubahan beban di jaringan, sedangkan tipe Base Load yaitu
pembangkit beroperasi pada beban tertentu, di mana beban yang ditanggung
pembangkit tidak dapat naik turun tanpa dilakukan oleh operator. Untuk
pembangkit tipe Droop Load adalah Turbin 1 dan Turbin 4, sedangkan tipe Base
Load adalah Turbin 2 dan Turbin 3.
Secara matematis, pembagian beban untuk daya aktif, reaktif, semu dan
faktor daya sistem dari pembangkit generator uap dapat dilihat pada perhitungan
berikut ini :
Dari data beban turbin uap pada Tabel IV.1 dapat dilihat :
• Jam 09.00 WIB :
beban total (Pt) = 9550 kW
Ptbn4 = 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.91
Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4
9550 = Ptbn1,2 + 7200
Ptbn1,2 = 9550 – 7200
= 2350 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95
Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)
= 7200 tan (cos-1 0.91)
= 7200 tan 24.494
= 7200 × 0.4556
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= 3280.32 kVAr
Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2)
= 2350 tan (cos-1 0.95)
= 2350 tan 18.194
= 2350 × 0.3286
= 772.408 kVAr
Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4
= 3280.32 + 772.408
= 4052.728 kVAr
S2 = P2 + Q2
= 95502 + 4052.7282
= 91202500 + 16424604.24
= 107627104.24
S = 24107627104.
= 10374.34 kVA
Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam
09.00 WIB adalah :
pf = SP
= 10374.34
9550
= 0.9205
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
cos φ = 0.9205P = 9550 kW
S = 10374.34 kVA
Q =
405
2.72
8 kV
Ar
Gambar IV.1 Segitiga Daya Generator Uap
19 November 2008 Jam 09.00 WIB
• Jam 10.00 WIB :
beban total (Pt) = 9500 kW
Ptbn4 = 8300 kW, cos ϕ = 0.94
Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4
9500 = Ptbn1,2 + 8300
Ptbn1,2 = 9500 – 8300
Ptbn1,2 = 1200 kW, cos ϕ = 0.91
Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕ)
= 8300 tan (cos-1 0.94)
= 8300 tan 19.948
= 8300 × 0.363
= 3012.5 kVAr
Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1 ϕtbn1,2)
= 1200 tan (cos-1 0.91)
= 1200 tan 24.495
= 1200 × 0.45
= 546.73 kVAr
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4
= 546.73 + 3012.5
= 3559.23 kVAr
S2 = P2 + Q2
= 95002 + 3559.232
= 90250000 + 12668118.1929
= 102918118.1929
S = 1929102918118.
= 10144.85 kVA
Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam
10.00 WIB adalah :
pf = SP
= 10144.85
9500
= 0.936
cos φ = 0.936P = 9500 kW
10144.85 kVA
Q =
355
9.23
kV
Ar
Gambar IV.2 Segitiga Daya Generator Uap
19 November 2008 Jam 10.00 WIB
• Jam 11.00 WIB :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
beban total (Pt) = 9600 kW
Ptbn4 = 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.92
Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4
9600 = Ptbn1,2 + 7200
Ptbn1,2 = 9600 – 7200
= 2400 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95
Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)
= 7200 tan (cos-1 0.92)
= 7200 tan 23.074
= 7200 × 0.4259
= 3067.187 kVAr
Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2)
= 2400 tan (cos-1 0.95)
= 2400 tan 18.194
= 2400 × 0.3286
= 788.64 kVAr
Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4
= 788.64 + 3067.187
= 3855.827 kVAr
S2 = P2 + Q2
= 96002 + 3855.8272
= 92160000 + 14867401.853929
= 107027401.85
S = 85107027401.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= 10345.405 kVA
Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam
11.00 WIB adalah :
pf = SP
= 10345.405
9600
= 0.9279
cos φ = 0.9279P = 9600 kW
10345.405 kVAQ
= 3
855.
827
kV
Ar
Gambar IV.3 Segitiga Daya Generator Uap
19 November 2008 Jam 11.00 WIB
• Jam 12.00 WIB :
beban total (Pt) = 9300 kW
Ptbn4 = 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.92
Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4
9300 = Ptbn1,2 + 7200
Ptbn1,2 = 9300 – 7200
= 2100 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.93
Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= 7200 tan (cos-1 0.92)
= 7200 tan 23.074
= 7200 × 0.4259
= 3067.187 kVAr
Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2)
= 2100 tan (cos-1 0.93)
= 2100 tan 21.56
= 2100 × 0.395
= 829.973 kVAr
Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4
= 829.973 + 3067.187
= 3897.16 kVAr
S2 = P2 + Q2
= 93002 + 3897.162
= 86490000 + 15187856.0656
= 101677856.0656
S = 0656101677856.
= 10083.54 kVA
Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam
12.00 WIB adalah :
pf = SP
= 10083.54
9300
= 0.9223
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
cos φ = 0.9223P = 9300 kW
10083.54 kVA
Q =
389
7.16
kV
Ar
Gambar IV.4 Segitiga Daya Generator Uap
19 November 2008 Jam 12.00 WIB
• Beban puncak jam 19.00 WIB :
beban total (Pt) = 10700 kW
Ptbn4 = 7950 kW, cos ϕtbn4 = 0.93
Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4
10700 = Ptbn1,2 + 7950
Ptbn1,2 = 10700 – 7950
= 2750 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95
Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)
= 7950 tan (cos-1 0.93)
= 7950 tan 21.565
= 7950 × 0.395
= 3142.041 kVAr
Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2)
= 2750 tan (cos-1 0.95)
= 2750 tan 18.195
= 2750 × 0.3287
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= 903.881 kVAr
Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4
= 903.881 + 3142.041
= 4045.922 kVAr
S2 = P2 + Q2
= 107002 + 4045.9222
= 114490000 + 16369484.83
= 130859484.83
S = 83130859484.
= 11439.38 kVA
Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap untuk
beban puncak jam 19.00 WIB adalah :
pf = SP
= 11439.38
10700
= 0.935
cos φ = 0.935P = 10700 kW
11439.38 kVA
Q =
404
5.92
2 kV
Ar
Gambar IV.5 Segitiga Daya Generator Uap
19 November 2008 Beban Puncak Jam 19.00 WIB
• Beban puncak jam 07.00 WIB :
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
beban total (Pt) = 8850 kW
Ptbn4 = 6950 kW, cos ϕtbn4 = 0.91
Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4
8850 = Ptbn1,2 + 6950
Ptbn1,2 = 8850 – 6950
= 1900 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.92
Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)
= 6950 tan (cos-1 0.91)
= 6950 tan 24.495
= 6950 × 0.4556
Qtbn4 = 3166.51 kVAr
Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2)
= 1900 tan (cos-1 0.92)
= 1900 tan 23.074
= 1900 × 0.426
= 809.396 kVAr
Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4
= 809.396 + 3166.51
= 3975.906 kVAr
S2 = P2 + Q2
= 88502 + 3975.9062
= 78322500 + 15807828.52
= 94130328.52
S = 294130328.5
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= 9702.08 kVA
Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap untuk
beban puncak jam 07.00 WIB adalah :
pf = SP
= 9702.08
8850
= 0.912
cos φ = 0.912P = 8850 kW
11439.38 kVAQ
= 3
975.
906
kVA
r
Gambar IV.6 Segitiga Daya Generator Uap
19 November 2008 Jam 07.00 WIB
IV.3 BIAYA OPERASIONAL PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN
Biaya operasional PLTU di PT. Musim Mas KIM II Medan meliputi biaya
perawatan dan perbaikan, spare part, dan bahan bakar. Dari ketiga biaya tersebut,
pada umumnya yang merupakan biaya terbesar dalam operasional adalah biaya
bahan bakar. Bahan bakar yang dipakai untuk PLTU ini adalah cangkang kelapa
sawit. Pada sub bab ini akan dilakukan perhitungan terhadap pemakaian bahan
bakar selama satu hari operasional untuk tanggal 19 November 2008 sesuai
dengan data yang sudah diperoleh dari lapangan.
Pada Bab III Gambar III.1 Blok Diagram Alir Uap dan Air PT. Musim
Mas dapat dilihat sistem pembangkit generator uap yang dipakai di perusahaan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
ini. Boiler yang digunakan ada empat unit dengan kapasitas yang berbeda-beda.
Masing-masing boiler tersebut adalah Boiler Cangkang 1 (BC-1) berkapasitas 32
ton uap / jam, Boiler Cangkang 2 (BC-2) dan Boiler Cangkang 3 (BC-3)
berkapasitas sama yaitu 45 ton uap / jam, dan Boiler Cangkang 4 (BC-4)
berkapasitas 55 ton uap / jam. Untuk tanggal 19 November 2008, boiler yang
beroperasi ada 3 unit yaitu BC-2, BC-3 dan BC-4. Artinya kapasitas uap kering
yang tersedia untuk Turbin 1 dan 2 adalah 90 ton uap / jam, sedangkan kapasitas
uap kering yang tersedia dari BC-4 ke Turbin 4 adalah 55 ton uap / jam. Data dari
perusahaan didapat bahwa BC-1,2,3 memerlukan 195 kg cangkang kelapa sawit
untuk menghasilkan 1 ton uap kering, sedangkan untuk BC-4 memerlukan 230 kg
cangkang kelapa sawit untuk menghasilkan 1 ton uap kering. Di bawah ini
ditunjukkan perhitungan konsumsi bahan bakar untuk setiap generator uap yang
beroperasi tanggal 19 November 2008 yang lalu.
• Turbin 2
Tabel VI.2 Konsumsi Uap Turbin 2 Per Jam
waktu
(per jam)
beban turbin2-
3.2MW (kW)
konsumsi uap (ton/jam)
09.00 950 16.25
10.00 750 14.60
11.00 900 16.05
12.00 800 15.00
13.00 750 14.58
14.00 900 15.95
15.00 800 15.02
16.00 860 15.75
17.00 900 16.07
18.00 1080 17.75
19.00 1050 17.45
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
20.00 850 15.60
21.00 1000 17.01
22.00 950 16.48
23.00 830 15.38
24.00 850 15.60
01.00 850 15.65
02.00 850 15.63
03.00 850 15.71
04.00 850 15.58
05.00 850 15.61
06.00 850 15.63
07.00 700 14.46
08.00 800 15.03
Jumlah : 18220 kWh
377.84 tonh
Lama beroperasi = 24 jam
Energi listrik yang dihasilkan = 18220 kWh
Jumlah uap yang dikonsumsi = 377.84 tonh
Turbin 2 mengkonsumsi uap dari BC-2 dan 3,
1 ton uap = 195 kg cangkang,
maka untuk 377.84 ton uap = 377.84 × 195
= 73678.8 kg cangkang kelapa sawit
Atau dengan kata lain, untuk setiap 1 kWh
= jamxselamalistrikenergijamxselamauapkonsumsi
= 18220
84.377
= 0.0207 ton uap kering
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
Maka untuk 1 kWh = 20.7 kg uap kering.
Data di lapangan diperoleh :
1 ton uap kering = 195 kg cangkang kelapa sawit
Maka, untuk 0.0207 ton uap kering adalah
= 0.0207 × 195
Maka untuk 1 kWh = 4.04 kg cangkang kelapa sawit
∴untuk tanggal 19 November 2008, Turbin 2 mengkonsumsi bahan bakar
cangkang kelapa sawit sebanyak 73.7 ton dengan konsumsi uap kering
adalah 20.7 kg / kWh atau membutuhkan cangkang kelapa sawit sebesar
4.04 kg / kWh.
Biaya cangkang kelapa sawit = Rp 400 / kg, maka biaya bahan bakar
Turbin 2 untuk tanggal 19 November 2008 adalah :
73678.8 kg × Rp 400 = Rp 29.471.520
• Turbin 4
Tabel VI.3 Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam
waktu
(per jam)
beban turbin4-
10MW (kW)
konsumsi uap (ton/jam)
09.00 7200
33.84
10.00 8300
39.13
11.00 7200
33.75
12.00 7200
33.82
13.00 7200
33.85
14.00 7300
34.31
15.00 7300
34.32
16.00 7300
34.29
17.00 7350
34.55
18.00 8050
37.84
19.00 7950
37.37
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
20.00 7950
37.36
21.00 8000
37.65
22.00 7900
37.15
23.00 7050
33.14
24.00 7000
32.95
01.00 7000
32.93
02.00 7000
32.91
03.00 7000
32.94
04.00 7070
33.22
05.00 7040
33.09
06.00 7070
33.26
07.00 6950
32.67
08.00 7030
33.04
Jumlah :
176410
kWh
829.38
tonh
Data dari perusahaan diperoleh untuk 1 MW membutuhkan 4.7 ton uap kering.
Lama beroperasi = 24 jam
Energi listrik yang dihasilkan = 176410 kWh
Jumlah uap yang dikonsumsi = 829.38 tonh
Turbin 4 mengkonsumsi uap dari BC-4,
1 ton uap = 230 kg cangkang kelapa sawit,
maka untuk 829.38 ton uap = 829.38 × 230
= 190.7574 ton
= 190757.4 kg cangkang kelapa sawit
Atau dengan kata lain, untuk setiap 1 kWh
= jamxselamalistrikenergijamxselamauapkonsumsi
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
= 176410829.38
= 0.0047 ton uap kering
Maka untuk 1 kWh = 4.701 kg uap kering.
Data di lapangan diperoleh :
1 ton uap kering = 230 kg cangkang kelapa sawit
Maka, untuk 0.0047 ton uap kering adalah
= 0.0047 × 230
Maka untuk 1 kWh = 1.081 kg cangkang kelapa sawit
∴untuk tanggal 19 November 2008, Turbin 4 mengkonsumsi bahan bakar
cangkang kelapa sawit sebanyak 190.7574 ton.
Biaya cangkang kelapa sawit = Rp 400 / kg, maka biaya bahan bakar
Turbin 4 untuk tanggal 19 November 2008 adalah :
190757.4 kg × Rp 400 = Rp 76.302.960
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 KESIMPULAN
Berdasarkan uraian dan pengamatan terhadap Studi Pembangkit Tenaga
Uap dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut :
1. operasi paralel kedua jenis pembangkit di dalam prakteknya sedikit
berbeda dengan teori yang dipelajari, di mana pada saat sinkronisasi
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
frekuensi generator yang akan diparalelkan harus sedikit lebih tinggi dari
frekuensi jaringan.
2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap tipe kondensing mengkonsumsi bahan
bakar lebih sedikit dari pada Pembangkit Listrik tenaga Uap tipe back
pressure.
3. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel merupakan pembangkit cadangan
apabila terjadi kekurangan daya dan juga digunakan untuk melakukan
pemindahan beban dari jaringan PLN ke jaringan turbin dan sebaliknya.
V.2 SARAN
Dari studi koordinasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan Pembangkit
Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Medan, penulis ingin
menyampaikan beberapa saran sebagai berikut :
1. Perlu dilakukan pengecekan atau up grade terhadap boiler agar dapat
menghasilkan tekanan uap yang benar-benar maksimal sehingga masing-
masing generator dapat beroperasi secara maksimal dalam memberikan
daya ke beban.
2. Atau untuk mendapatkan hasil tekanan dan konsumsi uap yang maksimal,
maka unit boiler untuk pembangkit harus dipisah dengan unit boiler yang
dipakai ke bagian proses produksi.
3. walaupun saat ini kapasitas pembangkit mampu untuk memenuhi
kebutuhan beban, untuk ke depan perlu dilakukan penambahan
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
pembangkit atau up grade sistem pembangkit, karena pembangunan
beberapa plant yang masih terus berlangsung di perusahaan ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Abdul Kadir, Prof, Pembangkit Tenaga Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta,
1990
2. Djiteng Marsudi, Ir, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit Dan
Humas ISTN Bhumi Srengseng Indah, Jakarta, 1990.
3. Djiteng Marsudi, Ir, Pembangkitan Energi Listrik, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 2005.
4. Neno Suhana, Rangkaian Kontrol Genset Seri Teknik, Penerbit ITB,
Bandung, 2002.
Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009
5. P. Shlyakhin, Turbin Uap Teori Dan Rancangan, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1990.
6. Sumanto, MA, Drs, Mesin Sinkron, Penerbit Andi, Yogyakarta, 1996.
7. Werlin. S. Nainggolan, Teori Dan Penyelesaian Thermodinamika, Penerbit
Armico, Bandung, 1978.
8. Woodruff and Lammers, Steam Plant Operation, McGraw-Hill Book
Company, New York, 1984.