BAB -4 DESAIN PERENCANAAN PLTM OKSIBIL 4.1
Struktur Bangunan Sipil
4.1.1
Rencana Desain Saluran Pengambilan (Intake) tanpa Bendung Konstruksi bendung sebetulnya merupakan satu sistem dalam pembuatan
PLTMH,
namun
dengan
mempertimbangkan
beberapa hal baik secara teknis maupun non teknis dapat mempengaruhi keberadaan suatu bendung. Sesuai dengan fungsi dan definisi keberadaannya, maka perlu bagi suatu saluran pengambil (intake) untuk menaikkan muka air sungai agar dapat mengalir melalui saluran yang selanjutnya menuju pada bak-bak struktural lainnya seperti bak pengendap, bak penenang dan pipa pesat (penstock). Namun hal ini akan sulit ditempuh apabila kondisi normal aliran sungai, kondisi topografi, besaran debit andalan dan rencana, maupun besarnya anggaran yang disiapkan sangat terbatas.
4-1
Secara detail hal-hal tersebut diatas dapat dijelaskan sebagai berikut : 1.
Debit rencana yang diperlukan, dibawah 20% atau diatas 95% debit andalan rerata minimum dalam setahun. Debit rencana yang diperlukan untuk membangkitkan potensi energi PLTM sebesar hampir 20% debit andalan, sangat menyulitkan secara geomorfologis aliran maupun topografis untuk dibendung mengingat daya seret aliran (drag force) dan debit aliran sungai yang cukup besar. Apalagi kalau debit dan kondisi aliran tersebut dalam keadaaan normal, belum terhitung kondisi banjir 5 tahunan, 10 atau bahkan 20 tahunan. Demikian pula dengan tingkat probabilitas debit aliran yang tertuang dalam grafik FDC, dimana dengan kondisi 7 m3/detik (sesuai analisis kebutuhan PLTM Oksibil) terhitung dalam waktu setahun periode kejadiannya bisa mencapai 95%, artinya sepanjang tahun itu debit yang terjadi bisa melebihi dari analisis yang dibutuhkan oleh PLTM. Sehingga selama kurun waktu satu tahun debit diatas 7 m3/detik dapat terjadi sepanjang tahun dengan prosentasi 5% yang dibawah 7 m3/detik.
4-2
Secara detail hal-hal tersebut diatas dapat dijelaskan sebagai berikut : 1.
Debit rencana yang diperlukan, dibawah 20% atau diatas 95% debit andalan rerata minimum dalam setahun. Debit rencana yang diperlukan untuk membangkitkan potensi energi PLTM sebesar hampir 20% debit andalan, sangat menyulitkan secara geomorfologis aliran maupun topografis untuk dibendung mengingat daya seret aliran (drag force) dan debit aliran sungai yang cukup besar. Apalagi kalau debit dan kondisi aliran tersebut dalam keadaaan normal, belum terhitung kondisi banjir 5 tahunan, 10 atau bahkan 20 tahunan. Demikian pula dengan tingkat probabilitas debit aliran yang tertuang dalam grafik FDC, dimana dengan kondisi 7 m3/detik (sesuai analisis kebutuhan PLTM Oksibil) terhitung dalam waktu setahun periode kejadiannya bisa mencapai 95%, artinya sepanjang tahun itu debit yang terjadi bisa melebihi dari analisis yang dibutuhkan oleh PLTM. Sehingga selama kurun waktu satu tahun debit diatas 7 m3/detik dapat terjadi sepanjang tahun dengan prosentasi 5% yang dibawah 7 m3/detik.
4-2
Q = 7,0 m3/det
Q = 7,0 m3/det
GAMBAR 4-1 ; POSISI DEBIT RENCANA DALAM FDC
2.
Besarnya potensi banjir tahunan baik 2, 5, 10, 25 bahkan 50 tahunan. Melihat besarnya potensi banjir di aliran sungai PLTM Oksibil, maka apabila diambil untuk banjir tahunan selang waktu 2 tahunan dipastikan akan sulit bagi konstruksi
4-3
bendung untuk bertahan terhadap dampak buruk banjir di lokasi tersebut.
GAMBAR 4-2 ; POSISI BESARAN BANJIR TAHUNAN
Sehingga kekhawatiran berupa bahaya longsor, amblas terbawa arus sungai maupun tergerusnya pondasi dasar bendung bisa terjadi. Bahkan hasil analisis debit banjir rancangan pada jam ke-0~2 jam pertama debit yang terjadi berkisar antara 15 m3/det sampai 101 m3/det sehingga dapat mengakibatkan terjadinya gerusan (scouring) dan runtuhnya pondasi (instability drag force). 3.
Elevasi permukaan air di aliran sungai dan lokasi pengambilan air (intake) berada pada elevasi yang sama. Dari pengukuran topografi elevasi normal muka air
sungai berada pada ketinggian 424 dpl, dengan wilayah daratan tepi sungai yang relatif landai dan datar untuk
4-4
dibuat bak penampung dan pengendap. Demikian pula dengan kondisi topografi sepanjang titik pengambilan sampai lokasi bak penenang berada pada garis kontur utama (tiap 10 m) yang sama dengan perbedaan ketinggian berkisar antara 5-8 m. Sehingga dapat dikatakan bahwa muka air normal dan elevasi permukaan tanah di lokasi pengambilan (intake) berada pada elevasi yang sama. Namun
yang
perlu
diperhatikan
adalah
perlunya
penghalang atau tanggul (barrier/backdrop) saat air sungai akan memasuki saluran pengambilan (intake) yang berfungsi mencegah adanya batuan (sedimen/debris) masuk ke saluran pembawa dan bak pengendap sekaligus untuk memberi dorongan pada kecepatan awal di saluran pengambilan.
MAN +424.0
MTA +424.0
DASAR +422.0
TANGGUL MAN +424.0
ELEV SALURAN
DASAR +422.0
GAMBAR 4-3 ; POTONGAN MELINTANG SUNGAI DAN RENCANA SALURAN INTAKE
4-5
4.
Volume dan Dimensi Konstruksi Bendung Tetap atau Bendung Sementara yang besar. Melihat nilai debit dan lebar penampang sungai yang relatif besar, maka perlu analisis stabilitas struktur dengan volume yang cukup besar. Dengan hasil pengukuran dan analisis yang telah dilakukan bahwa rata-rata debit normal minimum yang berkisar 36.44 m3/detik dengan kedalaman rata-rata dasar sungai 2-3 m diperkirakan membutuhkan volume diatas 36 m 2 untuk menahan air sungai sebesar itu. Perlu diperhatikan bahwa dalam pemilihan lokasi bendung ini juga sangat dipengaruhi oleh kondisi topografi, kondisi hidraulik dan morfologi sungai serta kondisi geoteknik tanah dibawah bendung. Pada prinsipnya dimanapun bisa, namun pemakaian volume dan jenis material akan spesifik dan kondisional demikian pula dengan pembiayaannya. Demikian pula dengan persyaratan keamanan bendung baik terhadap geser, guling dan rembesan (piping) akan meningkat seiring dengan besarnya debit yang melalui bendung tersebut.
4-6
Akibatnya konstruksi geoteknik dan hidraulik bendung harus mampu bekerja terhadap :
Berat sendiri konstruksi bendung
Tekanan air normal setinggi bendung dan setinggi muka air banjir rencana
Tekanan lumpur, sedimen pasir bahkan material terbawa arus lainnya (kayu/binatang).
Gaya gempa, tekanan bawah bendung (uplift force)
Sehingga
secara
makro
dibutuhkan
biaya
untuk
pembuatan bendung dengan material beton normal tanpa besi penulangan sebesar 36.06 m2 x 30 m (panjang sungai) x Rp. 9.000.000,- (Analisa Harga Satuan Oksibil) , maka didapat biaya kurang lebih 9 milyar, biaya ini belum termasuk pekerjaan pendukung seperti pembuatan cofferdam / kisdam / bangunan pengelak, waktu yang tepat untuk pembuatannya karena harus menunggu saat surut yang tepat. Serta volume pekerjaan pengecoran yang memerlukan sarana konstruksi yang banyak menuntut mobilisasi yang tidak sedikit. Demikian pula dengan bendung sementara dari kawat bronjong, secara teknis tidak memungkinkan untuk dibuat.
4-7
Perencanaan dan desain intake dari PLTM Oksibil dapat diuraikan sebagai berikut : a.
Perhitungan perencanaan intake mengacu pada kondisi debit yang direkomendasikan dalam analisa hidrologi, yaitu : Qdesign = Q andalan minimum rerata dalam setahun x 19.2% = 36,44 x 0,192 = 7,00 m3/detik
b.
Tinggi tekanan (desain head),
dihitung dengan
rumus : Ha
= He – v2/2g = 1,5 – 22/ (2 x 9,81) = 1,5 –0,204 = 1,296 m
Berdasarkan
perhitungan
tersebut
dapat
disimpulkan bahwa untuk :
Tinggi muka air di bibir saluran intake, Ha = 1,296 m ≈ 1,5 m dari dasar saluran / 2 m dari dasar sungai.
Tinggi lantai depan pintu intake : dasar sungai + elevasi dasar saluran (0,0 m) + bukaan (0,5 s/d 1,5m ).
c.
Dimensi pintu intake :
K . .b.a . 2 .g.h 0,8 .0,55 .b .1,5 . √ 2.9,81 .0,3
Qdesign = 7,00 =
= 1,67.b
4-8
Nilai diperoleh dari grafik dibawah ini :
GAMBAR 4-4 ; GRAFIK UNTUK NILAI
Nilai K diperoleh dari grafik dibawah ini :
GAMBAR 4-5 ; GRAFIK UNTUK NILAI - K Maka diperoleh :
Lebar bukaan b = 7,0/1,75 = 3,999 m dipakai dengan 2 pilar pintu 1,5 x 2 buah.
Kecepatan arus V = 0,8. = 2 m/detik.
√ 2 .9,81 . 0,3
4-9
7,00 m3/detik
d.
Debit Rencana :
e.
Material Pintu intake :
Pasangan beton bertulang
Pintu intake pasangan beton bertulang + pintu besi + rangka besi
f.
Ukuran pintu : L x t = 1,5 m x 2.0 m
Material Saluran intake :
Dinding : pasangan batu pecah + plesteran
Lantai : pasangan batu pecah + plesteran.
Bentuk saluran : trapesium saluran terbuka
Pondasi : pelat setempat + pondasi bore pile
Elevasi permukaan sungai 424 m dpl
Panjang saluran intake : 147,5 m (intake ke bak pengendap)
Ukuran saluran intake : L atas/bawah x t = 6/4x 3,5 m.
g.
Berada pada koordinat antara 140 O 42' 49,832" E dan 5O 0' 18,398" S.
h.
Berdasarkan
debit
andalan
rerata
minimum
setahun sungai Digul (36,46 m3/dt) dan debit rencana untuk PLTM Oksibil (7,005 m 3/dt) maka tidak diperlukan bangunan Bendung karena debit
4 - 10
yang dibutuhkan kurang dari atau sama dengan ± 19.2 % dari debit andalan. i.
Intake dan bangunan pembilas menjadi satu unit dan bekerja secara bersamaan, pintu intake memiliki dua fungsi yaitu sebagai pengatur debit air masuk dan sarana perawatan saluran air ke bak pengendap.
j.
Ketinggian dasar saluran intake sama dengan elevasi dasar sungai (422 mdpl) agar air tetap mengalir pelan dengan kecepatan antara 0,3 – 0,6 kedalam intake dan saluran meskipun tidak menggunakan bangunan bendung.
k.
Konstruksi penghadang sedimen dan agregat lain di bibir intake menggunakan beronjong, beronjong sengaja dipilih karena masih bisa dilewati air melalui pori – pori atau celah batu bronjong, ketinggian beronjong diambil 1 (satu) meter diatas permukaan dasar lantai intake dan berada disisi paling luar bibir intake dengan sebagian konstruksi berada diluar lantai intake.
4 - 11
GAMBAR 4-6 ;TIPIKAL SALURAN INTAKE+ BENDUNG
4.1.2
Rencana Desain Saluran Pembawa Air Tipe saluran pembawa untuk PLTM Oksibil berupa saluran terbuka. Saluran pembawa air, kecuali Penstock pipe dan Tail Race harus mampu menampung debit air 10% lebih besar dari
debit rancangan, agar pada saat operasional, muka air di bak penenang ( forebay ) tidak turun dari ketinggian dan terhindar dari pelimpasan ( overtopping ) apabila terjadi kelebihan debit. Adapun ketentuan desain perencanaan saluran pembawa air sebagai berikut :
Tidak disarankan menggunakan saluran alami dari tanah, karena aliran yang fluktuatif akan berakibat terhadap erosi dan sedimentasi di badan saluran.
4 - 12
Acian dinding saluran pembawa menggunakan adukan semen dengan perbandingan minimum campuran 1:3 dengan ketebalan minimal 3 cm.
Penguatan slope tanah pada daerah yang rawan longsor disesuaikan dengan kondisi lapangan dan kemiringan yang curam tanpa penguatan alami berupa rumput atau pepohonan.
Jembatan pipa/talang dapat dipakai pada daerah rawan longsor.
Tinggi muka air minimal berjarak 25 cm dari bibir saluran (freeboard) pada saat beban maksimal di saluran pembawa.
Perencanaan dan desain saluran pembawa air PLTM Oksibil dapat diuraikan sebagai berikut : (a)
Perencananan hidrolis saluran pembawa air :
Perencanaan hidrolis saluran pembawa air dilakukan untuk memperoleh ukuran penampang saluran yang optimal. Dimensi saluran dihitung menggunakan rumus aliran seragam ( uniform flow), yaitu :
= 1 =
Keterangan :
Q = debit aliran (m3/dt)
4 - 13
A = luas penampang saluran terbasahi (m2) P = keliling saluran terasahi (m) V = kecepatan aliran (m2) R = jari-jari hidrolis (m) S = kemiringan dasar saluran (slope) n = koefisien kekasaran saluran Manning (0,025 untuk tanah; 0,020 untuk pasangan batu dan 0,015 untuk beton) (b)
Perencanaan jari-jari minimum tikungan saluran :
Jari-jari minimum tikungan saluran dengan : Q < 10 m3/detik sehingga r ≥ 3h. (c)
Perencanaan kecepatan maksimum dan minimum :
Kecepatan aliran pada saluran direncanakan agar tidak terjadi penggerusan akibat kecepatan tinggi dan tidak terjadi sedimentasi akibat kecepatan rendah. Kecepatan minimum yang diijinkan tergantung diameter material sedimen yang terangkut untuk mencegah pengendapan sedimen layang di dasar saluran. 1.
2.
Kecepatan maksimum :
3,0 m/detik pakai lining/pasangan
1,6 m/detik tanpa lining/pasangan
Kecepatan minimum :
0,3 m/detik pakai lining/pasangan
0,6 m/detik tanpa lining/pasangan
4 - 14
(d)
Pembuatan Trash Crack
Pada jalur masuk santrap dan bak penenang (forebay) dibuat trash crack dengan ukuran saringan mesh 5 cm yang berfungsi menahan sampah yang akan masuk ke sandtrap dan forebay. Hasil Perhitungan Desain Saluran Pembawa Air adalah:
Panjang Saluran : 1.377 meter
Kecepatan minimum dan maksimum dalam saluran yang harus dijaga V = 1,5 – 2,0 m/detik tanpa lining/pasangan, sehingga dengan Qintake = 7,0 m3/detik tidak terjadi endapan di saluran.
Tipe saluran ( head race ) yang direncanakan adalah saluran terbuka dengan pasangan Batu Kali dan Beton Rabat.
Lebar atas saluran
:
2,6 meter
Lebar bawah
:
1,0 meter
Kedalaman Saluran
:
2,4 meter
Tinggi tanggul
:
0,38 meter
Lebar tanggul
:
1,2 meter (satu sisi)
Saluran drainase
:
sepanjang dinding tebing
Ukuran drainase
:
0,5 X 0,5 meter (l x d)
Kemiringan saluran
:
0,002
4 - 15
GAMBAR 4-7 ; POTONGAN SALURAN PEMBAWA AIR (HEAD RACE)
4.1.3
Rencana Desain Bak Pengendap Desain
bangunan
pengendap
(settling
basin)
dalam
perencanaan PLTM Oksibil, mengikuti ketentuan sebagai berikut : 1.
Bak pengendap harus mampu mengendapkan material sedimen seperti tanah, pasir dan bebatuan.
2.
Aliran air harus tidak menimbulkan olakan (turbulen) di dalam bak pengendap sehingga material sedimen bisa dengan mudah diendapkan.
3.
Bak pengendap harus dibuat dari konstruksi yang kuat menahan beban hidrostastis seperti beton bertulang, pasangan batu dengan campuran 1 : 2 atau komposit.
4 - 16
4.
Mekanisme pembuangan endapan harus ada dan dapat berupa pintu air atau jenis lain. Jika debit aliran yang digunakan pembangkit adalah mata air yang tidak membawa material sedimen, maka bak pengendap tidak diperlukan.
5.
Apabila kualitas air untuk pembangkit dinilai buruk dan banyak membawa material sedimen, maka setelah bangunan
intake
harus
dilengkapi
dengan
bak
pengendap. 6.
Kemiringan lantai bak pengendap setidaknya 1 : 20 untuk intake lateral atau 1 : 10 untuk intake tipe drop (river bed intake).
7.
Bentuk bak harus sedemikian rupa sehingga endapan terkumpul di ujung bak dan mendekati sistem pembuang atau pintu penguras.
8.
Kapasitas pintu penguras harus cukup besar sehingga air di bak pengendap tetap bisa terbuang sementara intake tetap terbuka penuh untuk memasukkan air penguras.
9.
Spillway yang direncanakan berhubungan dengan bak
pengendap sebaiknya ada di sepanjang bak di sisi sungai sehingga luapan air dapat langsung terbuang ke sungai. Walaupun di pintu pengambilan air telah dipasang filter atau saringan baja namun masuknya sedimen ke dalam jaringan saluran pembawa air, masih tetap banyak partikel-partikel halus yang lolos. Untuk mencegah agar sedimen ini tidak masuk ke
4 - 17
dalam pipa pesat yang dapat merusak mesin turbin, maka pada bagian akhir dari saluran pembawa air sebelum menuju ke bak penenang direncanakan bak pengendap (kantong lumpur dalam sistem irigasi) yang berfungsi sebagai tempat endapan sedimen lumpur dan partikel halus lainnya. Bak Pengendap ini merupakan pembesaran potongan melintang saluran
pembawa
air
sampai
panjang
tertentu
untuk
mengurangi kecepatan aliran dan memberi kesempatan kepada sedimen untuk mengendap. Untuk menampung endapan sedimen ini, dasar bagian saluran tersebut diperdalam atau diperlebar. Tampungan ini dibersihkan pada setiap jangka waktu tertentu (kurang lebih sekali seminggu atau setengah bulan) dengan cara membilas sedimennya kembali ke sungai dengan aliran terkonsentrasi yang berkecepatan tinggi. Keadaan topografi tepi sungai maupun kemiringan sungai itu sendiri akan berpengaruh terhadap biaya pembuatan bak pengendap.
Karena
memerlukan
banyak
ruang
dan
bangunan. Oleh karena itu, kemungkinan penempatannya dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi bangunan utama. Kemiringan dasar bak pengendap harus curam untuk menciptakan kehilangan tinggi energi yang diperlukan untuk pembilasan di sepanjang bak pengendap. Tinggi energi dapat dilakukan dengan menambah elevasi sepanjang saluran atau
4 - 18
mercu, tapi hal ini jelas akan memperbesar biaya pembuatan bangunan. Dimensi-dimensi L (panjang) dan B (lebar) kantong lumpur dapat diturunkan dari persamaan matematis. Partikel yang masuk ke kolam pada A, dengan kecepatan endap partikel w dan kecepatan air v harus mencapai dasar pada C. Ini berakibat bahwa, partikel, selama waktu (H/w) yang diperlukan untuk mencapai dasar, akan berjalan (berpindah) secara horisontal sepanjang jarak L dalam waktu L/v. Jadi,
H W
=
L
, dengan v = v
Q HB
dimana : H w L v Q B
= = = = = =
kedalaman aliran saluran (m) kecepatan endap partikel sedimen (m/dt) panjang kantong lumpur (m) kecepatan aliran air (m/dt) debit saluran (m3/dt) lebar kantong lumpur (m)
Sehingga menghasilkan : LB =
Q W
Karena sangat sederhana, rumus ini dapat dipakai untuk membuat perkiraan awal dimensi-dimensi tersebut. Untuk perencanaan yang lebih detail, harus dipakai faktor koreksi guna menyelaraskan
faktor-faktor
yang
mengganggu,
seperti
4 - 19
turbulensi air, pengendapan yang terhalang dan volume bahan layang sangat banyak. Dimensi kantong sebaiknya juga sesuai dengan kaidah bahwa L/B > 8, untuk mencegah agar aliran tidak “meander” di dalam
kantong. Apabila topografi tidak memungkinkan diturutinya kaidah ini, maka kantong harus dibagi-bagi ke arah memanjang dengan dinding-dinding pemisah ( devider wall) untuk mencapai perbandingan antara L dan B ini. Analisis perencanaan dan desain bak pengendap PLTM Oksibil ini berdasarkan persamaan :
LB
Q w
2
x
λ
7.51
x
v w
x
(H0.5 0.2)2 H
dimana : L B Q w
= = = = =
panjang kantong lumpur (m) lebar kantong lumpur (m) debit saluran (m3/dt) kecepatan endap partikel sedimen (m/dt) koefisiensi pembagian/distribusi Gauss adalah fungsi D/T, di mana D = jumlah sedimen yang diendapkan dan T = jumlah sedimen yang diangkut
v H
= =
= 0,00 untuk D/T = 0,50 = 1,20 untuk D/T = 0,95 = 1,55 untuk D/T = 0,98
kecepatan rata-rata aliran (m/dt) kedalaman aliran air di saluran (m)
4 - 20
Hasil Perhitungan Desain Bak Pengendap :
Debit saluran Qintake = 7.005 m 3/detik.
Volume yang ditampung bertahan 20 ~ 30 x Q = (20 ~ 30) x Q = 140 ~ 210 m3/detik, untuk menjamin kesediaan air di
saluran pembawa ke bak penenang diambil 200 m 3/detik
Dimensi bak pengendap : kedalaman x panjang x lebar = 2.3 x 30 x 4 = 276 m3.
Pintu masuk saluran trapesium (dasar x lebar atas x dalam) = 4 x 6 x 3.5 m.
Rasio panjang terhadap lebar disarankan L/B = 30 / 3.5 = 8,5 disarankan ≥ 8.
Konstruksi
:
pasangan batu kali
Dasar saluran
:
pasangan batu kali
GAMBAR 4-8 ; DESAIN DENAH BAK PENGENDAP
4 - 21
GAMBAR 4-9 ; DESAIN POTONGAN BAK PENGENDAP
4.1.4
Rencana Desain Bak Penenang Sebagaimana fungsi dan karakteristik bangunan bak penenang (forebay) ini, maka direncanakan sebagai berikut : 1.
Bangunan forebay dibuat dari konstruksi kedap air dan tahan bocor dan menghubungkan saluran pembawa dan penstock.
2.
Bangunan forebay berbentuk tangki bisa dibuat dari pasangan batu atau beton bertulang. Ketebalan beton minimal 25 cm.
4 - 22
3.
Bangunan forebay harus dilengkapi dengan : a.
Trashrack yang lebih halus.
b.
Bangunan spillwayberkapasitas 120% dari debit rancangan.
c.
Saluran
pembuangan
dari
flushgate
untuk
membuang endapan lebih baik terpisah dari saluran spillway. d.
Saluran pembuang air dari spillway dilengkapi dengan struktur pemecah energi air.
4.
Lebar bangunan forebay setidaknya selebar trashrack dan bangunan spillway sebaiknya sepanjang forebay.
5.
Penstock pipe harus terendam air dalam kedalaman
minimum 2 kali diameter pipa penstock dan jarak penstock pipe dari dasar bangunan forebay minimum 30 cm.
6.
Endapan direncanakan sedemikian rupa sehingga tidak masuk ke pipa penstock.
7.
Tenaga harus disediakan untuk pembersihan tangki bangunan forebay.
Perencanaan Bak Penenang pada prinsipnya sifat aliran adalah aliran seragam dengan syarat tidak terjadi turbulensi.
4 - 23
Hasil Perhitungan Desain Bak Penenang :
Debit andalan Qintake = 7,005 m3/detik.
Volume yang ditampung bertahan 10~20 x Q = (10~20) x Q = 70 ~ 140 m 3, untuk menjamin aliran steady di pipa
pesatnya diambil 140 m3 dengan ukuran bak 15 x 8 x 3 m.
Kedalaman bak penenang diambil minimal 1.5 ~ 2 x Diameter pipa = 2 x 0,76 m = 2 m dipakai dalam perencanaan ini 3 m.
Dimensi bak penenang : kedalaman x panjang x lebar = 4 x 20.0 x 7.00 = 560 m 3.
Pintu penguras (dasar x lebar atas x dalam) = 1,5 x 3,5 m.
Elevasi dasar bak penenang 415,7 m dpl, elevasi air di bak penenang 419.67 mdpl.
GAMBAR 4-10 ;DENAH BAK PENENANG (FOREBAY)
4 - 24
GAMBAR 4-11; GAMBAR POTONGAN BAK PENENANG (FOREBAY)
4.1.5
Rencana Desain Pipa Pesat Pipa pesat (penstock pipe) adalah pipa yang menyalurkan alir untuk menggerakkan turbin PLTM. Tipe pipa pesat mengikuti skema PLTM, dengan beberapa alternatif, yaitu : Head rendah dengan saluran ( Low head with cannel ), Low head river barrage , High head no channel, dan High head with channel . Terdapat
beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam desain pipa pesat (penstock pipe), yaitu : 1.
Bahan Pipa Pesat Saat ini beberapa bahan digunakan untuk penstock pipe memiliki karakteristik yang berbeda. Hal yang terpenting
4 - 25
dari bahan ini adalah kemampuan kerja, kesesuaian tekanan yang diijinkan dan kerapatan terhadap potensi kebocoran. 2.
Penstock pipe harus dicegah terjadinya korosi, keamanan
menjadi faktor penting. 3.
Penstock pipe dirancang sedemikian sehingga kehilangan
tekanan (head losses) di dalam penstock pipe maksimal 10% dari head total. Penstock pipe yang amat panjang, maksimal 5 kali ketinggian head maksimal kehilangan tekanan 15% masih bisa ditoleransi. 4.
Tingkat
tekanan
yang
bisa
diterima
harus
mempertimbangkan tekanan tiba-tiba ( surge pressure), tekanan statis dan tekanan yang dihasilkan karena penutupan guide vane. Spesifikasi tekanan ini bisa diaplikasikan di seluruh bagian penstock pipe. 5.
Penstock pipe harus mampu menahan tekanan akibat water hammer dan harus dilengkapi dengan pipa napas di
ujung atas penstock pipe. Ukuran diameter pipa napas berkisar 1% sampai 2% diameter penstock pipe. Apabila diperlukan katub udara ( air release valve) dipasang pada titik-titik dimana ada perubahan arah penstock yang signifikan seperti pada belokan. Spesifikasi katup udara disesuaikan dengan tingkat tekanan yang kemungkinan diterima di titik tersebut.
4 - 26
6.
Masalah pabrikasi dan konstruksi penstock bisa dilihat pada bagian pabrikasi dan konstruksi. TABEL 4-1 PROPERTI TEKNIS MATERIAL PIPA PESAT
Material Welded steel Polyethylene Polyvinyl chloride (PVC)
Young's modulus of elasticity E (N/m2 )x109 206 0.55
linear expansion a (n/m QC)x106 12 140
Ultimate tensile strength (N/m2 )x106 400 5
0.012 0.009
2.75
54
13
3,009
N
Analisis perencanaan dan desain pipa pesat (penstock pipe) PLTM Oksibil diuraikan sebagai berikut : (a)
Perhitungan
diameter
minimum
penstock,
dapat
diestimasi dengan menggunakan persamaan :
.. , , = 0,72 atau =2,69 dimana : D = H = L = n = Q =
diameter dalam pipa (m) tinggi terjun desain (m) panjang pipa pesat (m) koefisien manning, untuk baja 0.012 debit rencana (m3/detik)
4 - 27
(b)
Perhitungan tebal minimum dinding pipa penstock,
dapat dihitung menggunakan persamaan :
= ̅ .. + tp
> 2,5 D + 1,2 mm (ASME standard) > (D+508)/1500 mm
dimana :
tp = Tebal plat (mm) H = Tinggi terjun desain (m) P = Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 x Hdyn Hdyn = 1,2 x H (m) s = Tegangan ijin plat (kg/cm2), untuk SS41 = 1100 kg/cm2 η = Efisiensi sambungan las (0,9 untuk pengelasan dengan inspeksi x-ray dan 0,8 untuk pengelasan biasa) ε = Korosi plat yang diijinkan (1-3 mm) Hasil perhitungan awal tersebut akan dikoreksi dengan memperhatikan faktor keamanan terhadap
water
hammer . (c)
Perhitungan tekanan maksimum akibat water hammer ,
yaitu adanya tekanan balik akibat tertahannya aliran air oleh
penutupan
katup
(saat
maintenance)
akan
berinteraksi dengan tekanan air yang menuju inlet valve sehingga terjadi tekanan tinggi yang dapat merusak penstock.
4 - 28
. < 1 = 2.. = ..< 1 dimana : =
kecepatan rambat gelombang tekanan (m/det) =
1000
D 50 + k tp
0,5
k = 0,5 untuk baja dan 1 untuk besi tuang H = tekanan hidrostatis (m) V = kecepatan rata-rata dalam aliran (m/det) (d)
Perhitungan tekanan radial akibat tekanan hidrostatik
untuk mengetahui batas ijin kemampuan pipa dalam menerima tekanan maka dikontrol dengan persamaan berikut :
( )
σ =
P. R
tp -ε η
(kg/ cm2 )
dimana : P = tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 x Hdyn =0,1 x (1,2 x30) = 3,6 H = tinggi terjun desain (m) = 95% gross head = 0,95 x 30 = 28,5 m R = luas basah (m) = π (D + ε ) D = diameter dalam pipa (m)
4 - 29
tp = tebal pelat (mm) ε = korosi dalam pelat yang diijinkan (1-3 mm) η = efisiensi sambungan las 0,85 (e)
Perhitungan perletakan tumpuan Pipa Pesat
Tumpuan penstock berfungsi untuk mengikat dan menahan penstock pipe. Jarak antar tumpuan (L) ditentukan oleh besarnya defleksi maksimum penstock pipe yang diijinkan.
L = 182,61 x
[
]
D + 0,0147 4- D4 P
0,333
Dimana : D = Diameter dalam penstock (m) P = Berat satuan dalam keadaan penuh berisi air (kg/m) P = Wpipa + Wair π . D. t .ρbaja Wpipa = 0,25 . π .D2 .ρair Wair = (f)
Perhitungan pondasi Angker Blok
Fungsi dari angker blok adalah untuk menahan penstock agar tidak bergerak akibat gaya yang bekerja yang disebabkan oleh dorongan air dan berat penstock itu sendiri. Beban tekanan penstock akan ditanggung oleh anker blok dan dihindari tekanan pada turbin.
4 - 30
Lokasi penempatan anker blok yaitu pada bagian awal penstock (bagian luar bak penenang), belokan penstock
dan pada saat penstock masuk ke rumah pembangkit (power house).
Wtotal= Wpipa+ Wair = ¼.π.(Do2-Di2).tp.γbaja+ γair .¼.π.D2
σ
W + W P tot = A = 150 x 450nercm o < tn σ
Hasil perhitungan desain pipa pesat (penstock pipe) :
Diameter pipa pesat minimum : Diameter minimum pipa pesat PLTMH dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
.. , =2,69 .. , =2,69 .1.35 . 124 , 0, 0 12 =2,69 31.96 = Dipilih diameter pipa : 760 mm.
4 - 31
Tebal Plat
= ̅ .. + Dengan : H
= Tinggi terjun desain (m) = 0.95 * Hg = 0.95 * 33,64 m = 31,96 m.
Hdyn = 1,2 * H = 1,2 *31.96 m = 38,35 m = 0,1 Hdyn = 0,1 * 38, 35 m = 3, 83 Kg/cm2
P
(tekanan dalam pipa) Η
= 0,8 ( efisiensi sambungan las)
ε
= 2,6 mm (korosi ijin plat)
Material Plat yg dipilih :
SS41 dengan material properties
Kekuatan tarik 41 kg/mm2 = 4100 kg/cm2
Batas Mulur 22 kg/mm2 = 2200 kg/cm2
Tegangan ijin = 1100 kg/cm 2.
Jadi tebal plat :
83∗760 +2,6 = 5,91 = ̅ .. +=3,1100∗0,8 Dipilih tebal plat, tp = 6 mm , ukuran 6 mm x 4’ x 8’.
4 - 32
Tekanan maksimum akibat water hammer
. < 1 = 2.. Dengan :
1000 , =93,93 / = 50+0,5∗., / 1, 3 5 = ⁄ = ∗0,76 ⁄ =2,98 / 4 4 =
1000
50 + k
D tp
0,5
Jadi,
. = 93,93∗ 2,98=0,45 = 2.. 2∗∗31,96 Cek : P < 1 0,45 < 1 . Terpenuhi. Pipa pesat aman dari water hammer.
Tekanan lingkar akibat tekanan hidrostatik
3,83∗21,23 = 29,93 / ( ) 62,6 ∗0,8
σ =
P. R
tp -ε η
=
Cek : 29,93 kg/cm2 < 1100 kg/cm2. Dengan demikian pipa pesat aman terhadap tekanan lingkar akibat tekanan hidrostatik.
4 - 33
Perhitungan jarak angker block : P =Wtotal = Wpipa+ Wair =¼.π.(Do2-Di2).γbaja+ γair .¼.π.D2 P = ¼.π. (0,7722 -0,7602).7800 + ¼.π.0,762 .1000 = 112,56 + 453,42 = 565,98 kg/m * 6 m = 3395,89 kg L = 182,61 .
= 182,61 .
D+0,0147 4 -D4 P
0,333
0,760+0,0147 4 -0,764 565,98
0,333
=
m
Jadi, dipakai jarak antara dudukan angker tiap 6,00 m.
Perhitungan daya dukung pondasi angker block :
ner o)∗fk < tn = AP = (Wtot + Wp∗l 3395,89∗4∗1,6+1,5∗4,5∗1∗ ∗1,6 = 150∗450 σ
=0,67 kg/cm2
σ
→
Cek 0,67 kg/cm2 < 1,0 kg/cm2 (daya dukung pondasi cukup aman)
Material
: SS 41
Tebal Pipa (tp)
: 6 mm; Panjang : 124 meter
Diameter
: 760 mm
Material angkur blok: Beton bertulang tiap 6 meter
Tinggi (Head gross) : 33,63 m;
Tinggi (Head Nett)
: 28,02 m
Debit desain (Q)
: 1,35 m3/detik per penstock
Debit andalan (Q)
: 5,4m3/detik untuk 4 penstoc
4 - 34
GAMBAR 4-12; PENAMPANG MEMANJANG PIPA PENSTOK
4 - 35
4.1.6
Rencana Desain Rumah Pembangkit (Power House) Berdasarkan posisinya, rumah pembangkit ( power house) ini dapat diklasifikasikan dalam tipe di atas tanah, semi di bawah tanah dan di bawah tanah. Sebagian besar rumah pembangkit PLTM adalah di atas tanah. Desain rumah pembangkit ( power house) PLTM Oksibil mempertimbangkan hal-hal sebagai
berikut : 1.
Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTM ditempatkan, perlu memperhatikan kenyamanan selama operasi, mengelola, melakukan perawatan dimana terjadi pekerjaan pembongkaran dan pemasangan peralatan.
2.
Memiliki cukup cahaya untuk penerangan di siang hari dan
4.1.6
Rencana Desain Rumah Pembangkit (Power House) Berdasarkan posisinya, rumah pembangkit ( power house) ini dapat diklasifikasikan dalam tipe di atas tanah, semi di bawah tanah dan di bawah tanah. Sebagian besar rumah pembangkit PLTM adalah di atas tanah. Desain rumah pembangkit ( power house) PLTM Oksibil mempertimbangkan hal-hal sebagai
berikut : 1.
Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTM ditempatkan, perlu memperhatikan kenyamanan selama operasi, mengelola, melakukan perawatan dimana terjadi pekerjaan pembongkaran dan pemasangan peralatan.
2.
Memiliki cukup cahaya untuk penerangan di siang hari dan adanya ventilasi udara.
3.
Kenyamanan bagi operator saat berada di dalam untuk melakukan pengendalian ataupun pencatatan secara manual.
Pertimbangan tipe desain rumah pembangkit sesuai jenis turbin yang digunakan untuk menjadi acuan, yaitu :
Desain konstruksi rumah pembangkit (Power House) mempertimbangkan jarak bebas antara dasar rumah pembangkit dengan permukaan air buangan turbin (afterbay).
4 - 36
Permukaan air di bawah turbin akan bergelombang, sehingga jarak bebas antara rumah pembangkit dengan permukaan air afterbay setidaknya 30 - 50 cm. Kedalaman air di afterbay harus dihitung berdasarkan suatu formulasi antara desain debit dan lebar saluran di tail race.
Air di afterbay harus ditentukan lebih tinggi dari estimasi muka air banjir dan head antara pusat turbin dan level air pada outlet harus menjadi headloss. Rencana desain rumah pembangkit (power house) PLTM Oksibil yaitu sebagai berikut : a.
Layout penempatan pipa pesat, dudukan pondasi mesin turbin dan generator, dan saluran pembuang (tailrace) menyesuaikan dengan ukuran dudukan mesin (turbin dan generator).
b.
Stabilitas bangunan terhadap daya dukung lingkungan terhadap kondisi geoteknik dan potensi rawan longsor bangunan.
c.
Elevasi lantai rumah turbin pada level +2 meter dari level permukaan air sungai.
d.
Material bangunan : •
Pondasi : pasangan batu kali + balok ikat beton bertulang
•
Dinding : pasangan bata merah + plesteran
4 - 37
e.
•
Lantai : beton tumbuk tanpa tulangan
•
Rangka bangunan : beton bangunan
•
Atap + penutup : baja ringan + galvalum
Denah ruang : •
Ruang mesin turbin dan generator : 22 m x 9 m
•
Ruang operator dan kontrol panel : 22 m x 6 m
•
Sirkulasi dan teras : 25% x luas bangunan fungsional
GAMBAR 4-13 ; GAMBAR DENAH BANGUNAN POWER HOUSE
4 - 38
GAMBAR 4-14 ; GAMBAR POTONGAN BANGUNAN POWER HOUSE
4.1.7
Rencana Desain Saluran Pembuang (Tail Race) Perencanaan saluran pembuang aliran air yang keluar dari rumah pembangkit relatif sama dengan saluran pembawa air. Saluran terbuka bentuk trapesium dan dinding dari pasangan batu tanpa plesteran, ukurannya mengikuti volume dan debit yang masuk ke bak penenang atau bak pengendap. Adapun tata letak saluran terhadap badan sungai tidak tegak lurus tapi miring terhadap arah aliran sungai.
4 - 39
Saluran pembuang direncanakan di tempat-tempat terendah dan melalui daerah-daerah depresi. Kemiringan alami tanah dalam trase ini menentukan kemiringan memanjang saluran pembuang tersebut. Apabila kemiringan dasar terlalu curam dan kecepatan maksimum yang diizinkan akan terlampaui, maka harus dibuat bangunan pengatur (terjun). Kecepatan rencana sebaiknya diambil sama atau mendekati kecepatan maksimum yang diizinkan, karena debit rencana atau debit puncak tidak sering terjadi, debit dan kecepatan aliran pembuang akan lebih rendah di bawah kondisi eksploitasi ratarata. Khususnya dengan debit pembuang yang rendah, aliran akan cenderung berkelok- kelok (meander) bila dasar saluran dibuat lebar. Oleh karena itu, saluran pembuang direncanakan relatif sempit dan dalam. Variasi tinggi air dengan debit yang berubah-ubah biasanya tidak mempunyai arti penting. Potongan-potongan yang dalam akan memberikan pemecahan yang lebih ekonomis. Bila saluran air alamiah digunakan sebagai saluran pembuang, maka akan lebih baik untuk tidak mengubah trasenya karena saluran alami ini sudah menyesuaikan potongan melintang dan kemiringannya dengan alirannya sendiri. Untuk perencanaan potongan saluran pembuang, aliran dianggap sebagai aliran tetap dan untuk itu diterapkan rumus Strickler dengan rumus berikut.
4 - 40
=
, dengan
=
Keterangan : Q =
debit aliran (m3/dt)
A =
luas penampang saluran terbasahi (m2)
P =
keliling saluran terasahi (m)
V =
kecepatan aliran (m2)
R =
jari-jari hidrolis (m)
S =
kemiringan dasar saluran (sloop)
K =
koefisien kekasaran saluran menurut Strickler
Rencana desain saluran pembuang (tailrace) PLTM Oksibil yaitu sebagai berikut : (a) Terdiri dari : bak saluran dan saluran pembuang (b) Bak Saluran : •
Tipe material pasangan batu kali
•
Lapisan dasar dari pasangan batu kali
•
Ukuran : P x L x dalam = 1,1 m x 0,65 m x 2,3 m = 1.644 m3
(c) Ukuran Saluran : •
•
•
•
Panjang Lebar atas Lebar bawah Tinggi
: : : :
23 m 3m 2m 2,5 m
4 - 41
GAMBAR 4-15 ; GAMBAR POTONGAN SALURAN TAILRACE
4.2
Rencana Desain Mekanikal Elektrikal PLTM
4.2.1
Penentuan Head (Ketinggian) Ketinggian jatuh air sangat menentukan untuk perhitungan daya terbangkit dalam suatu perencanaan PLTMH. Bila mengacu pada Manuals and Guidelines for Microhydropower (MHP) Development, definisi head terdiri dari :
Effective Head/net head (He)
Gross Head (Hg)
4 - 42
Dimana : He :
Perbedaan ketinggian antara sumbu penstock dengan sumbu turbin
Hg :
Perbedaan ketinggian antara permukaan air di forebay (kolam penenang) dengan permukaan air di tail race
Berdasarkan hasil survey untuk perencanaan PLTMH Oksibil ini diperoleh data sebagai berikut :
Lokasi forebay pada koordinat : X=469145 dan Y=9445708
Ketinggian permukaan air di forebay (kolam penenang) direncanakan = 420 mdpl.
4.2.2
Perencanaan sumbu penstock = 417,21 mdpl
Perencanaan sumbu turbin = 389,19 mdpl
Ketinggian permukaan air di tail race = 386,36 mdpl
Dengan mengacu pada data di atas diperoleh : -
Gross Head (Hg) = 33,64 m
-
Net Head (He)
= 28,02 m
Turbin Pada rencana pembangunan PLTM Oksibil diketahui bahwa debit rencana 5,4 m 3/detik dan head 28,02 m. Dengan mempertimbangkan masalah pengangkutan peralatan yang hanya dapat dilakukan melalui transportasi udara dengan kapasitas terbatas, serta ketersediaan teknologi secara lokal
4 - 43
dan biaya pembuatan/pabrikasi. Berdasarkan pertimbangan ini terpilih turbin crossflow. Untuk memenuhi debit rencana dan head tersebut di atas, maka dipilih turbin crossflow sebanyak 4 (empat) unit dengan debit rencana masing-masing 1,35 m 3/detik. Daya rencana keluaran per generator berdasarkan hasil perhitungan 253,82 kW. Kapasitas output rencana sebesar 250 kW, sehingga total daya keluaran 4 unit generator sebesar 1,0 MW. Pemilihan ini didasarkan pula pada kehandalan kontinuitas penyaluran daya. Maksudnya apabila terjadi kerusakan atau dalam proses pemeliharaan pada salah satu turbin,sebagian konsumen tenaga listrik masih dapat dilayani dengan 3 unit turbin-generator. Parameter perancangan turbin crossflow :
ρair = 1000 kg/m3
g = 9,81 m/s2
Q = 1,35 m3/detik per unit pipa penstock
Head net = 28,02 m
Efisiensi turbin, ηturbin = 0,8
Efisiensi gear box, ηgearbox = 0,95
Efisiensi generator, ηgenerator = 0,9
4 - 44
Perancangan : a.
Daya
Daya keluaran turbin,
=∙∙∙∙ηturin
=1000 9,8 1,35 28,02 0,8 = ,
Daya keluaran Gearbox,
=∙∙∙∙ηturin ∙ηero
=1000 9,8 1,35 28,02 0,8 0,95 = ,
Daya keluaran generator,
=∙∙∙∙ηturin ∙ηero ∙ηenertor
=1000 9,8 1,35 28,02 0,8 0,95 0,9 = , b.
Dimensi utama turbin
Parameter rancangan utk CT T15 – D500 : Unit speed, n11 : 38 Unit flow, q11 : 0,8
Kecepatan Turbin,
. ∙ =
= 402,30 rpm
4 - 45
Runaway Speed Turbin, Nr = 1,8 * N = 724,14 rpm.
Diameter Runner ,
Diameter Outer, D1 = 500 mm
Diameter Inner, D2 = 0.7 x 500= 350 mm
Inlet Width
1 . = = 11max 1 ^0.5
Torsi Poros Turbin, T=9,74*10^5(P/n) = 718,74 kg*m = 7,05 kN*m
GAMBAR 4-16 : RUNNER TURBIN CROSSFLOW
Pemilihan jenis turbin Crossflow berdasarkan ketersediaian teknologi secara lokal dan biaya pembuatan/pabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe lainnya seperti turbin francis. Jenis
4 - 46
turbin crossflow yang akandigunakan pada PLTM Oksibil menggunakan Crossflow tipe T15 – D500. Turbin tipe ini memiliki efisiensi maksimum yang baik sebesar 0,7 – 0,8. Penggunaan jenis turbin Crossflow T-15 – D500 untuk pembangkit tenaga air skala mikro (PLTM), terbukti handal di lapangan
dibandingkan
jenis
crossfiow
lainnya
yang
dikembangkan oleh berbagai pihak (lembaga penelitian, pabrikan, import). Putaran turbin crossflow memiliki kecepatan yang rendah. Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi gearbox untuk menaikkan putaran sehingga sama dengan putaran generator 1000 rpm. Efisiensi sistem transmisi mekanik gearbox diperhitungkan 0,95. Spesifikasi teknis turbin crossflow
dapat dilihat pada Tabel 4-2.
GAMBAR 4-17 ; TIPIKAL TURBIN CROSSFLOW T15 - D500
4 - 47
TABEL 4-2 DATA TEKNIK TURBIN CROSSFLOW NO 1
2
3
4.2.3
URAIAN Parameter Disain Gross Head Net Head Debit Terukur Debit disain Turbin Jenis turbin Effisiensi Outer Diameter Runner Inner Diameter Runner Daya Output Turbin Torsi Poros Turbin Nozzle Inlet Width Transmisi Daya Mekanik Efisiensi transmisi daya mekanik Putaran nominal generator Putaran nominal turbin Ratio of speed increaser Service Factor (sisi turbin) Service Factor (sisi generator) Daya Keluaran Generator Sistem transmisi turbin to generator
UNIT
VALUE
m m 3 m /det m3/det
30 28.02 40.3 1.35 x 4
% mm mm kW kg*m mm
Crossflow T15 – D500 80 500 350 296,87 718,74 640
% rpm rpm
kw
95 1000 402,30 2.48 2,38 2 4 x 250 Gear box Flexible coupling
Transmisi Mekanik Transmisi mekanik berfungsi untuk menyalurkan daya mekanik pada poros turbin ke poros generator. Karena putaran turbin (402,30 RPM) tidaksama dengan putaran generator (1000 RPM), maka digunakan sistem gearbox antara poros turbin dengan poros generator melalui flexible couplings. Flexible couplings berfungsi untuk mengurangi pengaruh ketidaklurusan axial (axial
missalignment),
ketidaklurusan
angular
(angular
4 - 48
missalignment) dan ketidaklurusan radial (radial missalignment)
akibat penggabungan dua poros.
Type : Gearbox
Flexible coupling turbin-generator: NBK FCL Series ex Japan
Service factor/load factor/safety factor = 2,38 (sisi turbin) dan 2.00 (sisi generator)
Max.torsi 1600 kg.m (sisi turbin) dan 350 kg.m (sisi generator)
GAMBAR 4-18 ; TIPIKAL TRANSMISI MEKANIK GEARBOX
4 - 49
4.2.4 Pemilihan Generator Dan Kelengkapanya Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam perancangan PLTM Oksibil dipilih spesifikasi generator seperti tercantum di bawah ini :
Tipe Generator Jumlah Generator Rating Output Daya Semu Max Cos φ Rating Output Daya Aktif Max Tegangan Fasa Frekuensi Jumlah Putaran Jumlah Pole Generator terpilih sesuai rating yg ada di pasaran Hubungan AVR
: : : : : : : : : :
Sinkron 4 Unit 312,5 kVA / Unit 0,8 250 kW / Unit 220/380 Volt 3 Fasa 50 Hz 1000 rpm 6 330 kVA
: Bintang ( Y ) : Standar
GAMBAR 4-19 ;TIPIKAL GENERATOR SINKRON 330 kVA, 264 kW
4 - 50
(a)
Isolasi Kenaikan Temperature Belitan
Isolasi yang digunakan pada belitan generator adalah isolasi dengan klas F (IEC-34) dan temperatur maksimum sebesar 115°C, sedangkan batas kenaikan temperatur yang diizinkan pada isolasi belitan saat operasi beban puncak hanya sampai klas-B, yaitu dengan temperaur maksimum 80°C. Hal ini akan meningkatkan “Life Time” isolasi dan dapat memberikan kapasitas beban lebih (overload) yang lebih tinggi sejauh kemampuan turbin. Batas kenaikan temperatur belitan tersebut yang sesuai dengan standar IEC 34-1 (1983), adalah antara 80°C sampai 85°C. Sedangkan temperatur bantalan (bearing) generator maksimum yang diizinkan adalah tidak lebih dari 65°C. (b)
Runaway Speed
Pengaruh runaway speed terhadap generator perlu diperhatikan terhadap frekwensi system.Karena itu pada generator diperlukan kecepatan maksimal, pada umumnya 2 kali kecepatan normal (yang direncanakan). Jadi kecepatan kecepatan kerja pada generator sekitar 1000 rpm.Runaway speed yang terlalu besar dihindari untuk mencegah generator ataupun turbin rusak. (c)
Sistem Pendingin Generator ini merupakan sistem pendingin “self “ self ventilation & air cooled” cooled” (IEC 34 -5). Intake udara merupakan udara
4 - 51
output dari filter kering yang digunakan untuk menyaring masuknya debu ke dalam generator. Sedangkan udara panas yang keluar dari generator dibuang dengan arah vertical di atas gedung sentral (powerhouse). Hal ini mencegah masuknya kembali udara
panas tersebut kedalam generator. Kondisi temperatur udara maksimum yang masuk ke dalam pendingin generator adalah 40°C. (d)
Sistem Eksitasi Generator
Ada 3 (tiga) macam eksitasi generator, yaitu:
Sistem eksitasi tanpa sikat,
Sistem eksitasi statis, dan
Sistem Eksitasi dengan slip ring.
Dari cara pemeliharaannya, sistem eksitasi tanpa sikat jauh lebih mudah dan lebih murah dibandingkan dengan sistem eksitasi statis dan sistem slip ring. Pada perancangan perancangan PLTM Oksibil dipilih sistem eksitasi tanpa sikat. (e)
Pengatur Tegangan Otomatis (AVR)
Tegangan output generator akan bervariasi dalam jangkauan –10% sampai +10% dengan bantuan AVR. Adapun berdasarkan sistem bekerjanya, AVR yang digunakan adalah AVR dengan kerja kontinyu untuk mengatur
4 - 52
tegangan pada harga –harga tertentu dan dalam toleransi tertentu pula. Pada kondisi beban penuh, variasi tegangan yang diperbolehkan berkisar –2,5% sampai +2,5%. Sedangkan respons penguatan nominal untuk drop tegangan sampai 30%
pada
terminal
generator
di
bawah
tegangan
nominalnya sampai kembali pada kondisi operasi tegangan normal selama 1 detik. (f)
Sistem Proteksi Generator
Rele–rele proteksi generator minimal yang harus ada pada PLTM Oksibil adalah sebagai berikut:
4.2.5
Relay Arus Lebih
Relay Tegangan Lebih
Relay Tegangan Kurang
Relay Reserve Power
Relay Frekwensi Kurang/Lebih
Relay Gangguan Tanah
Relay Temperatur Lebih
Sistem Kontrol A.
Sistem Kontrol DFC Sistem kontrol DFC (Digital Flow Controller) merupakan generasi baru dari mikro/minihidro controller. DFC digunakan sebagai controller, protection, dan monitoring
4 - 53
pembangkit listrik. DFC merupakan system yang canggih dan juga memberikan keamanan ketika system operasi. Sistem ini dilengkapi dengan automatic synchronizer dan system proteksi standar yang baik, serta DFC dapat dihubungkan secara langsung ke web menggunakan data logger, jika lokasi memungkinkan adanya koneksi jaringan internet. Perbedaan dari sistem yang konvensional adalah pada DFC sudah ditanamkan beberapa komponen seperti relay, synchronizer, control, signal converter, data recorder dan monitor. Performa DFC didesain lebih compact, tetapi komponen dapat diganti ketika adanya kerusakan. DFC adalah controller dan system proteksi digital dengan system otomasi tinggi. Kontrol utama berdasarkan pada performa tinggi dari standar PLC dan dikombinasikan ke Modul Filter sehingga dapat digunakan sebagai controller pembangkit listrik mikro/minihidro yang dapat bekerja secara parallel atau On-Grid. Sistem control DFC bekerja sepenuhnya secara otomatis mula isaat valve dibuka hingga proses pembebanan. Suplai daya untuk permulaan awal disuplai dari genset atau baterai.
4 - 54
GAMBAR 4.20; TIPIKAL SISTEM DENGAN DFC
Untuk mengoperasikan pembangkit listrik ini, operator hanya perlu menekan tombol START. Kemudian secara otomatis controller akan membuka butterfly valve hingga pada posisi terbuka penuh, kemudian guide vane akan terbuka hingga mencapai kecepatan turbin yang stabil pada rpm tertentu. AVR (Automatic Voltage Regulator) kemudian diaktifkan setelah turbin berputar secara stabil. Proses sinkronisasi akan dilakukan jika jaringan listrik pada posisi normal dan stabil. Ketika tegangan dan frekuensi sama dan sudut fasa adalah nol, kontaktor akan diaktifkan. PLTM akan mengontrol system pada mode aktif (frekuensi, power, atau water level control) dan juga pengontrolan pada exiter controller (voltage, cosphi atau reactive power control).
4 - 55
Ketika jaringan listik dalam keadaan black out, kontaktor akan diaktifkan setelah adanya konfirmasi oleh operator (alasan keamanan) kemudian PLTM menerima beban on grid dan bersamaan dengan kondisi ini frekuensi akan diperbaiki secara otomatis. Operator hanya tinggal menekan tombol STOP untuk menghentikan kerja PLTM, dan PLTM akan berhenti bekerja secara perlahan. Ketika power dalam kondisi mati, kontaktor akan terlepas dan turbin akan menutup hingga pada posisi tertutup sempurna. Ketika adanya gangguan system dan operator tidak dapat menanganinya, dia hanya butuh untuk menekan tombol EMERGENCY sehingga valve dan guide van akan tertutup secara otomatis, kontaktor akan terlepas. Dalam kondisi darurat, butterfly valve dan guide guide vane vane akan menutup secara otomatis meskipun tidak ada power. DFC juga dilengkapi dengan alarm dan warning. Ini berguna untuk membantu operator mendeteksi dan menangani ganguan atau kerusakan. Berikut adalah kondisi warning pada DFC:
Alarm Level 1, PLTM masih dalam keadaan berjalan.
Alarm Level 2, PLTM akan berhenti secara perlahan.
Alarm Level 3, PLTM akan behenti secara cepat.
Alarm Ll 4, PLTM dalam kondisi darurat.
4 - 56
GAMBAR 4.21 : TIPIKAL INTERFACE DFC Digital Flow Controller dipilih karena pembangkit listik cukup besar dan juga pengoperasiannya lebih praktis dan otomatis. Pada DFC masukan debit untuk turbin akan diatur sehingga didapatkan debit yang optimal sesuai dengan
keadaan
sungai,
sehingga
power
yang
dibangkitkan oleh turbin pun optimal. Pada dasarnya system DFC adalah mengatur flow/debit yang masuk ke turbin sehingga power yang dihasilkan turbin akan optimal.
4 - 57
Adapun spesifikasi utama dari DFC adalah sebagai berikut :
Rating Power, Maximum : 264 kW, 330 kVA pada cos phi0.8.
Metoda pengontrolan : pengaturan secara otomatis untuk mengantisipasi perubahan beban melalui pengaturan debit/flow dan fly-wheel untuk menjaga kestabilan frekuensi.
Standar proteksi generator : Over/under Voltage, Over/under Frequency, Over Current, Short circuit, current unbalance, bearing temperature high, stator temperature high, dan over speed shut down.
Standar proteksi jaringan listrik / grid : Over/under Voltage, Over/under Frequency, Phase Unbalance, Vector Shift.
Standard Meter : 3 Phase Voltage, 3 Phase Ampere, Frequency, kVAr, kVA, kW, kWh, operating hours, speed, guide vane position, water level, alarm.
Mode Pengontrolan : Kecepatan, Frekuensi, Power, Water Level.
AVR interface : Voltage control, Cosphi Control, Reactive export.
4 - 58
B.
Sistem Kontrol DLC Dalam perencanaan pembangunan PLTMH Oksibil ini untuk merespon terjadinya perubahan beban yang dapat menimbulkan runaway speed pada unit turbin-generator, sistem kontrol utama adalah digital flow controller (DFC), tetapi untuk memback up sementara DFC merespon terjadinya perubahan beban yang waktunya relatif pendek, maka perubahan beban sementara akan direspon oleh DLC (digital load controller) dan sebagian beban untuk beberapa saat dibuang ke balast sampai DFC bekerja secara penuh. Kapasitas DLC yang direncanakan adalah 0,2 dari kapasitas generator, yaitu : 1.
Phase : 3 Phase 4 wire
3.
Voltage : 230/400 Volt
4.
Nominal Frequency : 50 Hertz
5.
Number ballast : 1/unit generator
6.
Capacity : 50 kW
4 - 59
GAMBAR 4-22 : TI PIKALSINGLE LINE DIAGRAM FLOW CONTROLLER
4 - 60
GAMBAR 4-23. TIPIKAL DIMENSI CONTROL PANEL
4 - 61
GAMBAR 4-23. TIPIKAL DIMENSI CONTROL PANEL
4 - 61
4.2.6 Spesifikasi Transformator Dalam
perencanaan
PLTM
oksibil
direncanakan
akan
dioperasikan 5 unit transformator, yang terdiri dari 4 unit transformator utama yaitu untuk melayani konsumen pemanfaat tenaga listrik dan 1 unit transformator untuk pemakaian sendiri di dalam power house dan sekitarnya. Pemilihan jumlah unit transformator utama menjadi 4 unit ini, pertimbangannya adalah masalah transfortasi yang masih terbatas dalam kapasitas angkutnya baik dalam dimensi maupun beratnya. (a)
Tansformator Utama
4.2.6 Spesifikasi Transformator Dalam
perencanaan
PLTM
oksibil
direncanakan
akan
dioperasikan 5 unit transformator, yang terdiri dari 4 unit transformator utama yaitu untuk melayani konsumen pemanfaat tenaga listrik dan 1 unit transformator untuk pemakaian sendiri di dalam power house dan sekitarnya. Pemilihan jumlah unit transformator utama menjadi 4 unit ini, pertimbangannya adalah masalah transfortasi yang masih terbatas dalam kapasitas angkutnya baik dalam dimensi maupun beratnya. (a)
Tansformator Utama
Transformator utama yang akan digunakan adalah transformator 3-fase jenis pasangan luar, sisi tegangan primernya sama dengan tegangan output generator, yaitu 0,380 kV, sedangkan sisi tegangan sekundernya sama dengan jaringan distribusi tegangan menengah, yaitu 20 kV. Agar keandalannya terjamin, maka kapasitas transformator yang akan dipasang dipilih lebih besar dari kapasitas generator. Karena kapasitas yang terbangkit di PLTM Oksibil sekitar sebesar 4 x 312,5
kVA,
maka
dipilih
transformator
utama
berkapasitas 4 x 315 kVA.
4 - 62
Tipe pendingin yang diusulkan adalah tipe “ONAN” (Oil
Natural Air Natural), karena hal ini merupakan sistem pendingin yang sederhana, efisiensinya tinggi dan tidak memerlukan peralatan bantu. Disamping itu daya transformator yang digunakan relatif masih kecil. Spesifikasi transformator yang dipilih pada PLTM Oksibil dapat dilihat pada Tabel 4-3. TABEL 4-3 DATA TEKNIK TRANSFORMATOR STEP - UP UNIT Unit
Value
kVA kV
4x315
Tegangan Skunder
kV
20,0
Arus Primer
A
479,0
Arus Skunder
A
9,1
Frequensi
Hz
50
No 1
Uraian Daya Tegangan Primer
Phasa/Fector Group
Dyn 5 kA
1,44
%
4,00
Dimensi Panjang
mm
1.500
Dimensi Lebar
mm
900
Dimensi Tinggi
mm
1550
kg
1250
Arus Hubung Singkat Impedansi
Berat Type Pendingin Volume Oil 2
0,38
ONAN Liter
360
Rugi-rugi Transformer Rugi Besi
watt
710
Rugi Tembaga
watt
3.900
Rugi Total
watt
4.610
4 - 63
Pentanahan Transformator Utama
Pentanahantitik netral transformator utama ketanah secara umum memiliki tujuan antara lain :
Mengurangi stress tegangan yang diakibatkan oleh surja hubung atau surja petir;
Mengatur arus ganguan untuk kepentingan proteksi;
Membatasi tegangan pada phase yang terganggu agar tidak melebihi tegangan pada phase yang sehat,
Memadamkan busur listrik akibat gangguan.
Sistem pentanahan yang digunakan pada transfomator utama
adalah
system
pentanahan
dengan
menggunakan metoda resistance. Pentanahan pada transfomator utama ini akan menggunakan NGR (Neutral Grounding Resistance) dengan spesifikasi:
(b)
Tegangan : 20kV/√3
Arus
Resistance : 144 ohm
: 138,56 A/10 dtk
Transformator Untuk Pemakaian Sendiri (Trafo PS)
Transformator pemakaian sendiri diperlukan untuk :
Instalasi listrik tegangan rendah untuk kebutuhan penerangan dan stop kontak di dalam bangunan
4 - 64
power house. Instalasi tegangan rendah untuk kebutuhan
peralatan kontrol unit turbin-generator. Instalasi tegangan rendah untuk peralatan
charger baterai yang diperlukan pada saat unit pembangkit
mengalami
keadaan
darurat
(emergency). Spesifikasi transformator yang dipilih pada PLTM Oksibil dapat dilihat pada Tabel 4-4. TABEL 4-4 DATA TEKNIK TRANSFORMATOR PS Unit
Value
kVA kV
1x25
Tegangan Skunder
kV
0,38
Arus Primer
A
1,0
Arus Skunder
A
38,0
Frequensi
Hz
50
No 1
Uraian Daya Tegangan Primer
Phasa/Fector Group
Dyn 5 kA
1,44
%
4,00
Dimensi Panjang
mm
750
Dimensi Lebar
mm
520
Dimensi Tinggi
mm
1050
kg
320
Arus Hubung Singkat Impedansi
Berat Type Pendingin Volume Oil 2
20
ONAN Liter
78
Rugi-rugi Transformer Rugi Besi
watt
100
Rugi Tembaga
watt
3.900
Rugi Total
watt
4.610
4 - 65
4.2.7
Peralatan Hubung Bagi Sistem sinkronisasi untuk kerja parallel dari masing-masing unit pembangkit dalam perencanaan PLTM Oksibil ini dilakukan di sisi tegangan menengah 20 kV, dimana keluaran masingmasing generator yang mempunyai rating tegangan 380 Volt dinaikkan terlebih dahulu tegangannyake tegangan menengah 20 kV melalui masing-masing transformator.
a.
Lingkup Peralatan Hubung Pemasangan peralatan hubung yang digunakan di power house antara lain :
4 unit panel incoming 20 kV
1 unti panel master kontrol
1 unit panel outgoing 20 kV
1 unit panel untuk transformator pemakaian sendiri
b.
Rangkaian dan Peralatanya Peralatan hubung 20 kV ditempatkan diruang control didalam powerhouse PLTM Oksibil dilengkapi dengan peralatan–peralatan yang dipasang pada transformator utama dan jaringan tegangan menengah 20 kV. Peralatan hubung 20 kV yang dibutuhkan antara lain :
1 (satu) set bus tiga fase
4 (empat) set pemutus tenaga tiga kutup untuk
4 - 66
panel incoming
1 (satu) set pemutus tenaga tiga kutup untuk transformator pemakaian sendiri
1 (satu) set pemutus tenaga tiga kutup ke Jaringan SUTM.
c.
1 (satu) set CT (current
1 (satu) set Lightning Arester (LA)
Frekuensi Seluruh peralatan hubung di PLTM Oksibil didesain untuk frekwensi 50 Hz.
d.
Nilai Arus Nilai arus menentukan kapasitas peralatan –peralatan seperti busbar, nilai pemutus menentukan circuit breaker, untuk menentukan disconnecting switches ditentukan nilai arus pentanahan dan penentuan pada nilai arus nominal.
e.
Busbar Busbar dan sambungan–sambungannya terbuat dari tembaga atau allumunium alloy. Jarak antar fase busbar dibuat tidak saling berdekatan, demikian juga antar busbar ketanah.Masing –masing sambungan di busbar dihubungkan dengan rapat dan kuat.
4 - 67
Besaran busbar adalah:
Tegangan
: 20 kV
Tingkat tegangan isolasi : 125 kV
Arus normal
Ketahanan arus sesaat : 25 kA untuk 3 (tiga)
: 630 A
detik
f.
Kontak Pemutus Penghubung Kontak pemutus penghubung terdiri dari tiga kutup, satu hentakan dapat dioperasikan secara lokal dan jarak jauh (remote) maupun pengoperasian setempat secara manual. Besaran kontak pemutus penghubung adalah:
g.
Tegangan
: 20 kV
Tingkat tegangan isolasi : 125 kV
Arus normal
Arus pemutus hubung singkat : 25 KA
: 630 A
Pemutus tenaga (MCCB) Besaran pemutus tenaga adalah:
Tegangan
: 20 kV
Tingkat tegangan isolasi : 125 kV
Arus normal
Arus pemutus hubung singkat : 25 kA utk tiga (3)
: 630 A
detik
Tegangan kontrol
: 110 VDC
4 - 68
h.
Transformator arus (CT) Transformator arus satu fase, type epoxy resin Besaran transformator arus adalah :
i.
Rasio arus (arus primer / arus sekunder)
Untuk proteksi
: 800 / 5 A
Untuk pengukuran
: 40 / 5 A
Daya keluar (burden) tidak kurang dari 30 VA
Klass ketelitian
Untuk pengukuran
: 1,0
Untuk Proteksi
: 5P.20
Transformator tegangan (PT) Transformator tegangan adalah satu fase, type epoxy resin Besaran transformator tegangan adalah :
j.
Tegangan primer
: 20 kV
Tegangan Sekunder
: 110 V
Daya keluaran (burden)tidak kurang dari 50 VA
Lightning Arester (LA) Besaran Ligtning Arester adalah :
Tegangan
: 27 kV atau lebih
Tegangan maksimum tidak kurang dari 20 kV rms operasional kontinyu
4 - 69
Arus pengisian normal : 5 kA
Tingkat tegangan residu (RVL) tidak lebih dari 2,7
Tingkat tegangan isolasi : 125 kV
4.2.8 Instalasi Listrik di Rumah Pembangkit Instalasi listrik di rumah pembangkit meliputi : 1.
Instalasi daya
2.
Instalasi listrik penerangan dan stop kontak untuk rumah pembangkit dan sekitarnya.
Instalasi daya adalah penghantar yang menyalurkan daya listrik yang dibangkitkan masing-masing generator. a.
Berdasarkan hasil perhitungan dimana daya terbangkit masing-masing unit turbin-generator adalah = 253,82 kW, cos φ =0,8 lagging, maka arus keluaran masing-
masing generator (In) :
= √ 3 −
= √ 3 380253, 8102 0,8 = 482,1
4 - 70
Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :
= 1,25 482,1 = 602,6 b.
Sehingga penghantar dari generator ke DFC (Digital Flow Controller) direkomendasikan menggunakan : -
c.
Kabel XLPE 600 Volt :4 x 1c x 300 mm2
Penghantar dari output generator ke sisi primer Transformator direkomendasikan menggunakan : -
d.
Kabel XLPE 600 Volt : 4 x1c x 300 mm2
Arus yang mengalir dari sisi sekunder setiap unit transformator ke bus setiap panel incoming adalah :
= 9,1 = √ 315 3 20 Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :
= 1,25 9,1 = 11,4 e.
Penghantar dari sisi sekunder setiap unit transformator ke bus setiap panel incoming direkomendasikan menggunakan kabel : -
N2XSY 20 kV : 3 x 1c x 50 mm2.
4 - 71
f.
Kapasitas daya total dari outgoing panel adalah = 4 x 315 kVA= 1260 kVA
g.
Arus nominal dari outgoing panel ke tiang pertama (I n)
= 36,4 = √ 1260 3 20 Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :
= 1,25 36,4 = 45,5
h.
Penghantar dari outgoing panel ke tiang pertama SUTM 20 kV direkomendasikan menggunakan kabel : -
i.
N2XSY 20 kV : 3 x 1c x 70 mm2.
Arus nominal yang masuk ke sisi primer transformator pemakaian sendiri (Trafo PS) :
= √ 325 = 1 20
Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :
= 1,25 1 = 1,25
4 - 72
j.
Penghantar dari bus 20 kV ke sisi primer transformator pemakaian sendiri direkomendasikan menggunakan kabel : -
k.
N2XSY 20 kV : 3 x 1c x 25 mm 2.
Arus nominal yang keluar dari sisi
sekunder
transformator pemakaian sendiri (Trafo PS) ke panel tegangan rendah :
= √ 325 0, = 38 38 Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :
= 1,25 38 = 47,5 l.
Penghantar dari dari sisi sekunder transformator PS ke sisi primer panel tegangan rendah (LV Cubicle) untuk pemakaian sendiri direkomendasikan menggunakan kabel : -
NYY 0,6/1 kV : 4 x 25 mm2.
4 - 73
GAMBAR 4.24; TIPIKAL INSTALASI RUMAH PEMBANGKIT
4 - 74
4.2.9 Fasilitas Bantu Sejumlah peralatan bantu diperlukan sebagai kelengkapan rumah pembangkit untuk memudahkan kegiatan instalasi, pembongkaran, perawatan dan perbaikan. Peralatan bantu yang diperlukan tersebut adalah katrol dengan kapasitas 5 ton, alat pemadam kebakaran, dll.
(a)
Pemadam Api Pemadam api yang portable harus disediakan didalam gedung sentral, yaitu untuk memadamkan api bila terjadi kebakaran.
Pemadam
api
yang
digunakan
pada
pembangkit listrik adalah jenis Halon 1211 dan ADB Dry Chemical Powder.
4.2.9 Fasilitas Bantu Sejumlah peralatan bantu diperlukan sebagai kelengkapan rumah pembangkit untuk memudahkan kegiatan instalasi, pembongkaran, perawatan dan perbaikan. Peralatan bantu yang diperlukan tersebut adalah katrol dengan kapasitas 5 ton, alat pemadam kebakaran, dll.
(a)
Pemadam Api Pemadam api yang portable harus disediakan didalam gedung sentral, yaitu untuk memadamkan api bila terjadi kebakaran.
Pemadam
api
yang
digunakan
pada
pembangkit listrik adalah jenis Halon 1211 dan ADB Dry Chemical Powder. Jenis halon 1211 digunakan diruang kontrol dan ruang panel. Sedangkan jenis ADB Dry Chemical Powder digunakan untuk ruang–ruang lain.
(b)
Battery Supplay daya searah yang berasal dari battery pada suatu pembangkit listrik diperlukan untuk peralatan kontrol, komunikasi dan proteksi pada setiap saat. Diusulkan untuk menggunakan battery nikel cadmium, karena
dimensinya
perawatannya
kecil,
sederhana.
keandalan Selain
baik
digunakan
dan untuk
kontrol, komunikasidan proteksi, supply daya searah
4 - 75
juga digunakan untuk penerangan dalam keadaan darurat melalui sebuah inventer. Tegangan Battery : 1.
Standar tegangan DC menurut standar PLN adalah :
Tegangan 110 V DC untuk kontrol, indikator dan proteksi
Tegangan 24 V DC untuk proteksi dan komunikasi
Peralatan battery di PLTM Oksibil digunakan battery dengan tegangan 110 V DC dan untuk memfungsikan dibawahnya
peralatan –peralatan dangan
peralatan
tegangan tambahan
diturunkan tegangannya, sehingga sesuai dengan tegangan peralatan tersebut. 2.
Kapasitas battery harus dapat melayani beban DC yang diperkirakan 50 A selama 2 jam. Sehingga kapasitas battery nikel cadmium 110 V DC dan 100 AH.
4.2.10 Pentanahan/ Grounding Dan Penangkal Petir (a)
Sistem Pentanahan dan Hubungannya Sistem pentanahan sudah ditentukan dengan adanya pengukuran di lokasi yang sesuai untuk pemasangan electrode tanah.
4 - 76
Pengukuran dengan lapisan tanah bagian bawah diukur dari beberapa lubang yang menghasilkan tahanan tanah yang memenuhi syarat dan oleh karena itu sistem pemasangan pentanahan diharapkan sudah mendasar. Hubungan pentanahan disediakan dengan beberapa group dari masing-masing peralatan yang sesuai dengan hubungan titik termal terhadap pusat pentanahan utama. Sistem sambung menyambung dengan batang tembaga utama yang dipasang disekeliling gedung sentral dengan tambahan percabangan untuk masingmasing peralatan. Metal dari generator, switchgear, transformer, resistor, dan lain-lain peralatan listrik dan gedung sentral.
(b)
Arus Grid Untuk pembumian power house PLTM Oksibil yang digunakan empat persegi panjang dengan ukuran 22 m x 14 m dan arus hubung singkat 5000 A, maka luas penampang kabel yang digunakan : Amm2
I
TCAP 10 t c r r
4
K 0 T m ln K 0 T a
= 36 mm2 Lightning ground BC
= 120 mm2
4 - 77
Amm2
I
TCAP 104 K 0 T m ln t c r r K 0 T a
= 21 mm2 = 50 mm2
Mesh circuit BC
Sifat material kabel dapat dilihat pada Tabel 4-4 berikut. TABEL 4-5 MATERIAL CONSTANTSRef. IEEE std 80-2000 Description
Material ar factor Conducat 20°C tivity (%)
K0 at (0°C)
Fusing rr TCAP Thermal Temperature 20°C(mW. Capacity Tm (°C) cm) [J/(cm³.°C]
Copper annealed soft-drawn
100
0,00393
234
1083
1,72
3,42
Copper, commercial hard - drawn
97
0,00381
242
1084
1,78
3,42
Copper-clad steel wire
40
0,00378
245
1084
4,4
3,85
Copper-clad steel wire
30
0,00378
245
700
5,86
3,85
Copper-clad steel rod
20
0,00378
245
1084
8,62
3,85
Aluminium EC Grade
61
0,00403
228
657
2,86
2,56
Aluminium 6201 alloy
52,5
0,00347
268
654
3,28
2,6
Aluminium 5005 alloy
53,5
0,00353
263
652
3,22
2,6
Aluminium-clad steel wire
20,3
0,0036
258
657
8,48
3,58
Steel, 1020
10,8
0,0016
605
1510
15,9
3,28
Stainless - clad steel rod
9,8
0,0016
605
1400
17,5
4,44
Zinc-coated steel rod
8,6
0,0032
293
419
20,1
3,93
Stanless steel, 304
2,4
0,0013
749
1400
72
4,03
4 - 78
(c)
Tahanan Pentanahan (Ground Resistance) Untuk L = 652 m dan luas grid A = 308 m 2 dan tahanan jenis tanah 35 Ω, maka tahanan grid dihitung sebagai
berikut. 1 1 1 R g 1 20 A 1 h 20 / A LT
= 0,83 Ω
TABLE 4-6 UKURAN KOMPONEN GROUNDING (PENTANAHAN) N0 1
URAIAN
m m bh bh m mm m m
27 14 14 10 0,5 6,80 3 1,0
pcs mm m m
6 25 2,5 15
Ω/m m2
35 378 533
ROD
No. of Ground Rods Diameter of ground Rod Leng of ground rods according Total length of Ground Rods 3
VALUE
GRID
Maximum length of conductor in X-Axis Maximum length of conductor in Y-Axis Number of parallel conductors X Number of parallel conductors Y Depth of grid burial Diameter of the Grid Conductor ,d Average spacing X Average spacing Y 2
UNIT
GROUND
Average earth resistivity Area of the Grid Total length of buried conductors & rods
m
4 - 79
(d)
Kenaikan Potensial Tanah (GPR) Sekarang perlu dibandingkan antara GPR dengan tegangan sentuh yang diizinkan. GPR I G R g
= 1.741,37 A
(e)
Kriteria Tegangan Sentuh dan Langkah Untuk ketebalan permukaan batu koral 0.2 m, dengan tahanan jenis 2500 Ω-m dan tahanan jenis tanah 35 Ω-m.
1.
Tegangan Langkah
0.091 C s
= 0,70 s 2hs 0.09
Tegangan sentuh untuk berat badan manusia 70 kg E step70 (1000 6C s s )
0.157
t s
= 1801,17 volt
2.
Tegangan Sentuh E touch70 (1000 1.5C s s )
0.157
t s
= 568,04 volt
4 - 80
(f)
Tegangan Mesh na
2 LT
= 11,9
L P
Nc = nd = 1
n na nb nc nd
→
Emesh ( Design)
→
= 11,91
I G
K m K i L L r LC 1.55 1.22 R 2 2 L x l Ly
= 142,10 volt
Berdasarkan analisa grounding Mesh – Rod yang didesain pada Power House PLTM Oksibil perlu dibandingkan antara tegangan mesh dan tegangan sentuh. Berdasarkan perhitungan diatas untuk tegangan mesh = 142,10 volt dan untuk tegangan sentuh = 568,04 volt. Berdasarkan perhitungan memenuhi standar karena tegangan mesh lebih kecil dari pada tegangan sentuh.
(g)
Tegangan Langkah Faktor jarak tegangan langkah 1 1
1 0.5n 2 Ks 2h D h D = 0.61 1
Estep( Design)
Ks Ki I G 0.75 LC 0.85 L R
= 266,71 volt
4 - 81
TABEL 4-7 CALCULATION RESULT GROUNDING MESH-ROD A
EARTH GRID CONDUCTOR Copper-clad steel wire 7 mm 518 mtr 0,5 GL
Type of Conductor Size of Conductor Length of Conductor Depth of Conductor B
GROUND RODS
Total Length of Ground Rods Length of Individual Ground Rods No. of Ground Rods C
CONDUCTOR SIZE CALCULATION
D
TCAP tc αr ρr Ko Tm Ta EARTH RESISTANCE CALCULATION
15 2,5 6 3,85 1 0,00378 4,4 245 1084 340
Maximum length of conductor in X-Axis Number of parallel conductors X Average spacing X Average spacing Y Depth of grid burial Diameter of the Grid Conductor ,d Average earth resistivity Number of parallel conductors X Number of parallel conductors Y G
27 14 3 1 0,5 12 35 14 10
mtr mtr No. J/(cm³°C) Sec. Ohm - M
°C °C m m m m m mm Ω/m no ground grid no ground grid
STEP AND MESH VOLTAGE
RESULT Rg Rg < E Touch 70 kg E Step 70 kg E Touch < Em E Step < Es
1 568,04 1801,17
< <
Em Es
0,83 Ok 267 142 Ok Ok
W
4 - 82
4.2.11 Generator Set Generator set digunakan untuk cadangan tenaga di power house, menggunakan power minimal 10 kVA, yang digunakan untuk tenaga listrik cadangan pemakaian sendiri di Power house dan untuk starting awal saat semua unit turbin belum beroperasi.
4.2.12 Sistem Komunikasi Sistem komunikasi diperlukan untuk komunikasi operator di power house dengan operator di rumah jaga dan di sisi pemakaian beban. Mengingat jaringan komunikasi baik Telkom maupun GSM belum menjangkau lokasi ini sehingga disarankan menggunakan sistem radio komunikasi Radio RIG With 200 alphanumeric memory channels, in a 2m mobile, fully customizable into 10 banks dan Handy Talky 2 unit.
4.2.13 Jaringan Distribusi Jaringan distribusi tegangan menengah 20 KV dimaksudkan untuk menyalurkan listrik dari rumah pembangkit ke masingmasing konsumen digunakan overhead line. Adapun pekerjaan jaringan distribusi untuk jaringan distribusi untuk PLTM Oksibil meliputi :
Jaringan Primer, Kabel PenghantarAluminium Alloy Conductor AAAC3 x 150 mm2, panjang = 20.000 meter.
4 - 83
Grounding termasuk : electode GIP 1” panjang 1,5 meter,
conductor BC-50 mm2, PVC cover 1” dan clamping accessories pada 8 titik.
Low voltage lightning arrester termasuk bracketing, grounding and clamping accessories type : pole mounted.
4.2.14 Suku Cadang dan Tool Kits Untuk menunjang kelancaran baik dalam kegiatan operasional pembangkit maupun perawatannya harus disediakan tool kits, suku cadang dan perlengkapan sebagai berikut : (1)
Satu set tool kit mekanik untuk keperluan bongkar pasang turbin dan peralatan mekanikal lainnya, minimum terdiri dari :
Satu set kunci Ring – Pas
Satu set kunci L
Satu set kunci bearing, ukuran sesuai dengan jenis bearing yang digunakan
Satu buah kunci Inggris ukuran 15”
Satu buah kunci Inggris ukuran 8”
Satu set obeng (7 buah dengan variasi ukuran)
Satu buah palu besi ukuran 24 Oz
Satu buah palu karet
Satu buah tang kombinasi 8”, 200 mm
4 - 84
Satu buah tang buaya 6”, 150 mm
Satu set pompa stempet (grease gun) ukuran 100 cc
Satu set penarik coupling
Satu set filler Gauge ukuran 0.05 mm s/d 1.00 mm
Satu buah Oil Can ukuran 450 mm
Satu buah sigmat ukuran 150 mm
GAMBAR 4.25 :TIPIKAL TOOL KITS MICROHYDRO
(2)
Satu set tool kit elektrik untuk keperluan pengukuran dan pelacakan gangguan pada generator maupun sistem kontrol, minimum terdiri dari :
Satu buah Multimeter Digital
Satu buah Test Pen
Satu set SCR – TRIAC Test Kits
4 - 85
(3)
Satu set suku cadang peralatan mekanikal, terdiri dari :
Satu set Karet Flexible Coupling yang digunakan
100% dari setiap jenis seal, packing dan “O” ring
turbin yang digunakan
20% dari tiap jenis baut/mur/ring turbin, transmisi mekanik dan generator yang digunakan
(4)
Satu set tool board untuk menyimpan tool kit maupun suku cadang.
(5)
Satu set buku harian (log book) untuk memonitor operasional pembangkit.
(6)
Satu set buku petunjuk (manual) operasi dan perawatan pembangkit,
meliputi
manual
turbin,
manual
generator,dan manual DFC.
4.2.15 Pola Operasi Pembangkit Listrik Tenaga hidro mempunyai kelebihan dibandingkan dengan pembangkit listrik lain karena tidak memerlukan bahan bakar dalam pengoperasiannya, seperti pembangkit
yang
menggunakan
minyak.
Akan
tetapi
pengoperasian dan perawatanya tidak ada perbedaan untuk jangka
panjang.
Pembangkit
tenaga
hidro
ini
dapat
dioperasikan dalam waktu jangka panjang, selain itu ramah lingkungan dan berkelanjutan (renewable). Pola operasi pembangkit harus sesuai dengan SOP (Standard Operating
4 - 86
Procedure) yang ada di PT. PLN (Persero) sebagai pengelola ketenagalistrikan di Indonesia.
(a)
Pengoprasian Pembangkit Didalam suatu Pembangkit Listrik Tenaga hidro (PLTM) diperlukan suatu organisasi khusus yang menangani operasional dan perawatan pembangkit. Organisasi dalam pembangkit tersebut minimal terdiri dari : 1.
Manajer Operasi
2.
Operator
3.
Administrasi dan Finansial
4.
Perawatan dan Perbaikan
5.
Keamanan
Pengoprasian pembangkit listrik tenaga hidro ini harus sesuai dengan Manual Book yang telah dibuat oleh pabrikan peralatan mekanikal & elektrikal pembangkit dan prosedur perawatan bangunan sipil sesuai dengan desain yang telah dibuat.
(b)
Komisioning dan Pelatihan Operator Setelah pembangunan fisik selesai dikerjakan, dilakukan komisioning pembangkit untuk menilai kelayakan dan unjuk kerja pembangkit baik dari hasil pekerjaan sipil, peralatan
mekanikal
kommissioning
maupun
dinyatakan
elektrikal.Hasil-hasil
dalam
berita
acara
kommissioning.
4 - 87
Operator harus dilibatkan sejak awal pembangunan, khususnya untuk memahami teknik pemasangan mesinmesin dan prinsip kerja dari pembangkit. Pelatihan secara khusus akan diberikan setelah pembangkit dikommissioning, meliputi:
Operasi dan perawatan bangunan sipil.
Operasi dan perawatan peralatan mekanikal.
Operasi dan perawatan peralatan elektrikal.
Teknik mengatasi gangguan dan cara melaporkan gangguan.
(c)
Kondisi Pengoperasian Pembangkit Ada beberapa macam kondisi operasi yang dapat dilakukan oleh pembangkit listrik tenaga hidro, kondisi operasi tersebut adalah sebagai berikut : 1.
Kondisi Operasi Isolated (Island Operation) Kondisi Operasi Isolated (Island Operation) adalah kondisi operasi dimana Jaringan Utama PLN mati dan beban akan ditopang oleh PLTM, agar tidak terjadi Over Load pada PLTM maka ada beberapa CO (Cut Out) atau LBS (Load Break Swicth) yang diputus agar tidak terjadi Over Load pada PLTM.
4 - 88
2.
Kondisi Operasi Interconection (Parallel) Kondisi Operasi ini adalah kondisi operasi normal dimana jaringan dalam kondisi baik sehingga daya pembangkit dapat disalurkan secara menyeluruh.
3.
Kondisi Black Out Kondisi black out adalah kondisi dimana PLTM mati secara total akibat adanya gangguan teknis atau kondisi dimana pembangkit dan jaringan sama-sama mati. Untuk menghadapi kondisi ini PLTM dilengkapi dengan bateray yang akan memberikan daya pada DFC pada saat PLTM akan mulai operasi kembali seteah terjadi black out.
(d)
Buku Catatan Operasi (Log Book) Buku Catatan Operasi atau Log Book adalah buku catatan kejadian di pembangkit yang dibuat oleh operator dan diketahui oleh Manajer Operasi. Buku Catatan Operasi (Log Book) tersebut berisikan : 1.
Daya nyata dan daya reaktif dari pembangkit yang disalurkan ke jaringan konsumen, keduanya dicatat dalam jam.
4 - 89
2.
Waktu
dan
tanggal
dimana
pembangkit
dihubungkan atau diisolasi dari jaringan, atau halhal lain yang menunjukan perubahan status operasi. 3.
Waktu dan tanggal setiap operasi yang tak terduga dari CB tenaga (Power Circuit Breaker) dan daftar relay dari peralatan pengaman yang mungkin
telah
menyebabkan
CB
tersebut
beroperasi. 4.
Waktu dan tanggal mulai dan akhir untuk setiap periode waktu dimana pembangkit dioperasikan di bawah status beban penuh dan alasan dari pengurangan beban tersebut.
5.
Perubahan setting dari peralatan pengaman.
6.
Dan lain-lain.
Pembangkit harus dioperasikan secara kontinu dan digunakan
untuk
beban
dasar
dan
diharapkan
dioperasikan secara steady (tetap) kecuali selama dalam keluar yang direncanakan dan keluar untuk pemeliharaan.
(e)
Pola Operasi PLTM Oksibil PLTM ini didesain dapat bekerja secara isolated maupun parallel dengan jaringan 20 kV terdekat. PLTM ini dilengkapi dengan back-up power dari Battery,
4 - 90
