Desain PLTMH

Panduan untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Mikro Hidro Bab 6

Bab 6 DISAIN UNTUK STRUKTUR MEKANIKAL DAN ELEKTRIKAL

6.1

Struktur Struktur Fundamental dari Peralatan untuk Pembangkit Listrik

Peralatan dan fasilitas-fasilitas fundamental secara singkat ditunjukkan dibawah dan detail-detail dari setiap jenis peralatan dan fasilitas-fasilitas dijelaskan dalam setiap bagian setelah bagian 6.2. Bagaimanapun, ringkasan dari peralatan pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan ditunjukkan setelah ini untuk kemudahan dan kecepatan referensi. Orang yang ingin belajar lebih mendetail akan melanjutkan bagian berikut dari 6.2. Ringkasan dari mesin pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia

1. Kondisi Mendasar Kondisi-kondisi berikut dibutuhkan dan penting untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia 1) Operasi yang yang stabil untuk untuk jangka lama lama 2) Pengoperasian yang mudah mudah oleh operator atau penduduk desa dengan ketrampilan terbatas 3) Mesin buatan lokal di Indonesia untuk memudahkan perawatan ke depan dan perbaikan (kecuali komponen yang kecil) 4) Biya peraltan lebih murah termasuk pemasangan 5) Garansi mesin mudah mudah dan secara keteknikan dapat diterima dengan data test dan rekaman suplai yang dapat dipercaya 2. Rekomendasi Berdasarkan pada kondisi-kondisi diatas dan hasil survei pada pengembangan pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia, hanya dua jenis mesin pembangkit listrik yang direkomendasikan oleh TIM Survei JICA pada saat ini di Indonesia. 1) Generator synchronous dengan turbin tipe Cross flow dengan dengan dummy load dan kontrolnya (ELC) 2) Generator asynchronous (motor induksi dengan kapasitor) dengan turbin tipe Reverse pump dengan dummy load dan kontrolnya (IGC)

- 6-1 -


Tabel 6.1.1 Peralatan Peralata n Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro yang Direkomendasikan Deskripsi

Keuntungan Kerugian Keuntungan

Generator Synchronous dengan turbin tipe Cross flow

Generator Asynchronous dengan turbin tipe Reverse Pump (PAT)

* Sumber tenaga sangat dapat dipercaya dengan frekuensi & tegangan yang stabil untuk jaringan mandiri * Mesin dapat didisain dan dibuat sesuai untuk berbagai kondisi nyata lokasi * Biaya sedikit lebih mahal daripada PAT

* Biaya lebih rendah jika sebuah pompa dengan motor yang sesuai dengan disain lokasi ditemukan

4 – 30 m 0.2 – 0.7 m3/s ( Debit sedikit bervariasi) 5 – 60 kW Pt = 0.98 x H n x Q x ηt (ηt = 0.7)

4 – 20 m 0.01 – 0.04 m 3/s ( debit harus dijaga selalu konstan) 2 – 5 kW Pt = 0.98 x Hn x Q x η p (η p = ηt = 0.65) Efisiensi sebagai pompa ( η p) adalah terlalu bervariasi karena perubahan dari debit, pompa dengan motor induksi yang kesamaan headnya mendekati dan kesamaan debit harus di pilih Langsung digabung tanpa transmitter

&

Kerugian

Aspek Keteknikan Head efektif Debit air

Output turbin pada batang turbin

Hn Q Pt

Transmisi tenaga

Dummy load tipe governor Output generator Pg pada terminal generator

Belt coupling untuk kecepatan sesuai antara turbin dan generator ηm : Efisiensi transmitter Kontrol ELC dengan thyristor

4 – 60 kW Pg = Pt x ηg x ηm (ηg = 0.88, ηm = 0.97) (digabung dengan transmitter) Nilai output PkVA PkVA kVA kVA > Pg/0.8 (PF = 0.8) generator (kVA) Generator dengan nilai output yang digunakan lebih daripada P g/0.8 harus dipilih

- 6-2 -

* Sulit untuk memilih pompa yang sesuai dengan motor di pasar * Tanpa kontrol voltase * Masa pakai kapasitor untuk sistem ini pendek

Kontrol IGC dengan transistor 1.5 – 5 kW Pg = Pt x ηg

(ηg = 0.75)

Motor induksi yang sebenarnya digabung dengan pompa akan digunakan sebagai generator induksi dengan menambah kapsitor secara terpisah


Kecepatan putaran

1500 rpm

Voltase

380/220 V, sambungan star Stabil dengan AVR pada generator 50 Hz, stabil

Frekuensi Dummy

Pd

Inlet valve

Pemanas udara (P d = Pg x SF), SF = 1.3 Butterfly valve (Kadang-kadang tidak dipakai untuk menghemat biaya, tetapi lebih baik dipakai untuk menutup rapat turbin

1500 (dengan 2-3% slip) rpm karena kecepatan motor induksi terhadap pompa 380/220 V, sambungan star Kontrol voltase tidak dapat dibuat tanpa AVR 51 – 51.5 Hz Tidak terlalu stabil Pemanas udara (PD = P g x SF), SF = 1.3 Sama dengan bagian kiri, tetapi diabaikan dalam kasus kapasitas kecil

Catatan: ηt, ηm, ηg

dan SF ditetapkan hanya untuk pengecekan secara singkat. Pada kasus detail

desain, direkomendasikan untuk mengecek efisiensi dari setiap mesin dan fasilitas. Peralatan dan fasilitas berikut dibutuhkan sebagai struktur dasar untuk pembangkit listrik, secara mendetail ditunjukkan dalam Tabel 6.1.2: Fasilitas & Peralatan 1.Valve 1.Valve inlet:

Fungsi & Tujuan Untuk mengontrol stop atau suplai air ke turbin dari penstok.

2.Turbine air:

Untuk merubah energi air ke tenaga putaran.

3.Governor turbin:

Untuk mengontrol kecepatan output turbin.

4.Fasilitas transmisi tenaga:

Untuk memindahkan tenaga putaran dari turbin ke generator.

5.Generator:

Untuk membangkitkan energi listrik dari turbin atau transmiternya.

6.Panel control dan pengaman:

Untuk mengontrol dan melindungi fasilitas diatas supaya beroperasi dengan aman.

7.Switchgear (dengan trafo):

Untuk mengontrol on/off dari jalannya tenaga listrik dan menaikkan tegangan di jalur trnasmisi (jika diperlukan).

Catatan: Hal-hal diatas 3, 6 & 7 kadang-kadang dapat dikombinasikan dalam satu panel sebagai sebuah peralatan terpadu dari pembangkit listrik mikro.

- 6-3 -


Tabel 6.1.2

Komposisi dari Peralatan Dasar untuk Stasiun Stasiun Pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Air

Peralatan Inlet valve

Tipe Butterfly valve Bi-plane butterfly valve Sluice valve Needle valve

Metode Kontrol Tipe dioperasikan tangan Tipe dioperasikan motor Tipe counter weight

Turbin

Crossflow Reverse Pump H-shaft Pelton Turgo-Pelton Propeller H-shaft Francis Tubular Kopling tetap Kopling fleksibel Belt coupling Gear coupling Synchronous Induction Self-excitation Induction Wall mounted Self stand open type Self stand sealed type

Tipe dummy load Tipe tekanan oli Tipe dioperasikan motor Tipe dioperasikan manual Tipe tanpa dikontrol

Fasilitas transmisi tenaga (Speed increaser) Generator

Pane kontrol & pengaman

Trafo

Oil immersed, self cooling, single or 3-phase, trafo tiang

- 6-4 -

Manual AVR APFR Control switches, Main switches IC panels Relays


Debit Q [l/s]

Gambar 6.1.2 (a)

Penggunaan Pengguna an Crossflow Crossfl ow dan PAT pada Turbin

100

50

20 ) m ( d a e H t e N

10 7 kW 6 kW 5 kW 2 kW kW

4 kW

3 kW

4

1 40

50

60

70

80

90 10 0 Discharge (l/s)

1 10

1 20

1 30

Gambar 6.1.2 (b) Batas penggunaan PAT pada Batang Turbin (di Indonesia saat ini)

- 6-5 -

1 40


6.2

Turbin (Turbin (Turbin air)

6.2.1 Tipe dan Output Turbin air

1. Jenis-jenis turbin air secara mendasar dikelompokan ke dalam dua jenis dengan beberapa tambahan klasifikasi sebagai berikut; 1) Turbin Impulse

Turbin Pelton Turbin Crossflow Turbin Turgo-impluse

2) Turbin Reaction Turbin Francis Turbin Propeller

Turbin Kaplan Diagonal mixed flow Turbin Tubular Turbin Straight flow (Tipe Package)

Catatan: 1) Turbin Impulse : Konstruksi turbin yang memutar runner dengan pukulan dari pancaran air yang memiliki kecepatan head dimana telah dikumpulkan dari tekanan head pada saat pemancaran dari nozzle. 2) Turbin Reaction: Konstruksi turbin yang memutar runner dengan tekanan head dari aliran. Penyususnan batang: Penyusunan turbin juga akan diklasifikasikan ke dalam dua tipe, yaitu, “Batang Horisontal (H-shaft)” dan “Batang Vertical (V-shaft)”. Mengacu pada output yang dibutuhkan, head efektif dan aliran air (debit air) yang ada, jenis-jenis turbin berikut mungkin dapat digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air skala mikro atau kecil untuk pelistrikan pedesaan. (1) Turbin Horizontal Pelton (2) Turbin Horizontal Francis (3) Turbin Crossflow (4) Turbin Tubular

Turbin tubular S-type Turbin tubular vertical Turbin Runner rotor integrated Turbin propeller vertical Turbin propeller horizontal

- 6-6 -


(5) Turbin Turgo impulse (6) Turbin Reverse pump

Tipe propeller vertical Tipe propeller horizontal Tipe Submerged pump

2. Output dari turbin dapat dihitung dengan rumus berikut: Pmax

=

9.8

x

He

x

Q max x

ηt

Pmax :

output maksimum (kW)

He :

head efektif (m)

Qmax :

debit maksimum (m3/s)

ηt

:

efisiensi maksimum turbin (%) Silahkan merefer Bab 6.2.2

Keterangan singkat tentang kerakteristik, penjelasan dan gambar dari setiap jenis ditunjukan dalam Tabel 6.2.1. Kisaran penggunaan dari setiap tipe turbin ditunjukan dalam Gambar 6.2.1. Mengacu pada tabel dan gambar tersebut, konsumen dapat memilih jenis turbin, mana yang paling sesuai untuk kondisi yang nyata dari lokasi termasuk total biaya dari pekerjaan sipil dan peralatan. Pada saat ini, bagaimanapun, adalah dianjurkan untuk menggunakan “Turbin Crossflow”, dimana disain dan pembuatannya di Indonesia, karena disain kelayakan dari “Turbin Crossflow” dapat dilakukan dengan menggunakan data model tes yang ada dan biaya perbandingannya rendah. Pompa terbalik dapat juga digunakan sebagai turbin pompa terbalik dengan membalik arah putaran, jika karakteristik dari pompa air, yang tersedia di pasar, dicocokkan dengan secara teliti ke turbin yang dibutuhkan dari kondisi lokasi (head, debit, output, efisiensi, kecepatan rotasi dll.). Bagaimanapun, sebagaimana kondisi lokasi dari setiap pembangkit listrik yang tidak selalu sama dan kecocokan dari karakteristik pompa dengan pengajuan turbin adalah sulit, pemilihan dari standar pompa untuk turbin akan dibuat secara sangat hati-hati. Pada kasus karakteristik sesuai dengan baik antara pompa dan turbin, penggunaan pompa terbalik dianjurkan dan biaya seperti mesin akan menjadi lebih murah. Pada masa mendatang jenis-jenis turbin lain yang akan dipilih menjadi lebih luas karena jenis-jenis turbin lain juga dapat dibuat dengan disain kelayakan dan kemampuan pabrikasi di Indonesia dalam waktu dekat.

- 6-7 -


Gambar 6.2.1 Jenis Penggunaan (Seleksi) Turbin

- 6-8 -


6.2.2 Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Putaran dari Turbin

Kecepatan yang spesifik adalah perbandingan antara kecepatan putaran dari dua runner secara geometrik sama satu dengan lainnya, dimana diambil dari kondisi hukum persamaan, dan kecepatan spesifik dari runner yang mirip dalam sebuah grup dengan kecepatan putaran diperoleh ketika satu runner memiliki head efektif H = 1 m dan output P = 1 kW. Adalah dapat dimengerti bahwa kecepatan spesifik adalah sebuah nilai numerik sebagai gambaran dari klasifikasi runner dihubungkan dengan tiga faktor yaitu head efektif, output turbin dan kecepatan putaran sebagai berikut: Ns = (N x P 1/2)/ H5/4 Dimana, Ns;

N = (Ns x H 5/4 )/ P1/2

Kecepatan spesifik (m-kw)

N;

Kecepatan putaran turbin (rpm)

P;

Output turbin (kW) = 9.8 x Q x H x η

H;

Head efektif (m)

Q;

Debit (m3/s)

η

;

Efisiensi maksimum (%, tetapi sebuah desimal digunakan dalam perhitungan) η

= 82 % untuk Turbin Pelton

η

= 84 % untuk Turbin Francis

η

= 77 % untuk Turbin Crossflow *

η

= 84 % untuk Turbin Tubular S-type

Catatan: * 70% harus digunakan untuk setiap tipe dari turbin tipe Crossflow di Indonesia pada tahap sekarang karena efisiensi dari turbin di Indonesia sekarang tidak terlalu tinggi akibat kualitas fabrikasi. Kecepatan spesifik dari setiap turbin adalah dikhususkan dan dikisarkan menurut konstruksi dari setiap tipe dengan berdasarkan pada percobaan dan contoh-contoh pembuktian nyata. Batasan dari kecepatan spesifik turbin (Ns-max) dapat diperiksa dengan rumus berikut. Turbin Pelton:

Ns-max ≦ 85.49H-0.243

Turbin Crossflow:

Ns-max ≦ 650H-0.5

Turbin Francis:

Ns-max ≦ (20000/(H+20))+30

- 6-9 -


Turbin Francis Horisontal: Ns-max ≦ 3200H-2/3 Turbin Propeller:

Ns-max ≦ (20000/(H+20))+50

Turbin Tubular:

Ns-max ≦ (20000/(H+16))

Catatan:

H: Efektif Head

Kisaran dari kecepatan spesifik turbin juga terlihat dalam Gambar 6.2.2

0

200

400

Pelton turbine

Specific speed (m-kW) 600 800

1 2≦ Ns ≦ 25 Francis turbine Cross flow turbine

60 ≦ Ns ≦ 300

40 ≦ Ns ≦ 200

Propeller turbine

Gambar 6.2.2

1000

250 ≦ Ns ≦ 1000

Kisaran dari kecepatan spesifik dengan tipe turbin

- 6-10 -

o r 6 d i b a H B o r k i M k i r t s i L t i k g n a b m e P n a n u g n a b m e P k u t n u n a u d n a P

a g r a H

n a t a w a r e P

d a e H i s a i r a V

t a p f i a a t d a r a n d a n a a n i p e d p b r a a n r m a n u r a o k a y k t e k n a k l l r h h r n u e n t i a a e a u n p c r s i g e o e u d r e i S m s d d b p

. l n i c a r e i a k d t u a j a y a n p a n e i r n a b e a m k t a h a r i r n a a s a p c e s e c d n e e e S M b k e r

h a r u m h i b e L

l a r n a i c a k t e t . u a k h p k n a g i r n s n e a t u t i i m a m d p t k h i e u c a b e p t e a n L K d u

n a a s f i i t t a n a a p p r a w e r l e a t a a i r k d p t e e t m o a p n a a p k n h k a a a h l u d a r h r t m a e h u u c j b l a e d e e i i S s s d b

n a d m t i u r . k i a t i d j i m e r u a r s d r n i o a s t t a h a a r k e w l e f r d n p e e O d P e r

. t h a a g d n u a m s . i a s n a k n a t u a r h t r w s e n d a r o e e K s P

o t t i D

a n f r t i e t a a p a k r a s i d a r a a a p u h a p c m s l a i e e o e i l S k s b d

a d a a p f i t n n k a e i e r h f s a a e n k b e n u d i u s r a i r e f e u p h E t

o t t i D

o t t i d

n a u k r i u i j i t n s a i r u i s a p a r n t d i k t e i a i a i n v s b s p r i f a h i e e e E d d m d b

i s i n m p e a i i u t a y s n s m e f i t s n i t e h a u s e i k l t p u s a i g c a d t i f u a e n E m k a s e r o b

e l z z r o n a t u n k a a s i n k g t i o n u n b t e u t g t i j i n e e D 2 d u m d

s / m 3 0 m 0 3 4 – – 0 2 . 7 0 : : d t i a b e e H D

s / 3 m m 0 0 0 1 1 - 1 . 5 0 : : d t i a b e e H D

s / 3 m m 0 8 0 2 1 - . 5 0 : d t i a b e e H D

i p a t n r t a a e l a d t i t k i c p a g n e W e d s k k ) a t c a – 0 i n n W a u b 0 0 r k r 0 0 . u i i 1 d b 1 5 t ( d

W k 0 0 0 . 1 – 0 5

r a t i k W e k s 0 – 0 . 0 0 0 0 1 1

l . u h i s a a p r g l a i n a t p e s l a S t

g n h a e k l o a l e l l e o z b e r l z t o n n z z n i o a o i i n r k d a g i a t r d b i a r b d i m e e a a D n t v l a r n a . a u h r v b g e m m n n r e e n u a S m u r j

h . t l a a n a a a p e u k n e e t a i t e d p p s h a t t u g a i r s u e r n n t i p a a d e t d a r y u e n . n u u i r s n t l t o i u e t u k a g h a a r d k S t a i g l m u . n s n n d u k a r g b e a a d e m n d s e d n a i k a g n e l s r p n u n a g k i t r a u n u u s a r a i a i d t u v k t r b l n e n s a d i l a a u n i n r d r i i t g r l o l i a e u n e K A s d m g u t

r r i a t a e n n n p a r a r m d u u a n h b l c t a m a t i a p e d r n p s e e n n a c n a e k a n d k m u , t r k a l n a i t g a c k l e g n n f n a a n k i h k i t i i a a d t r d r l a t e a j e b a o k g n e p e e i a n S k l m d

g n a t a b

g n a t a b

r a l a l u k i b t r u e T v

l a t n n o o s t l i r e o P h

) l a t n o s i r w o o h l f s g s n o t a e B C (

e s l u p m i o g r u T

r i s i s A l a a r p n i a g e n e n a s n l a i a p d i b r a o % y d e a b B t k i a 0 p a a p g 0 r P h a p i a n 1 l s t i a i 0 u e a B d d t y 6 T e p i t i s / m 3 T b e m 8 8 1 1 p D – – a & 5 i 2 a t d : e d t i e b s H a e e H D k u t n s r u i a a t t i s k k a e W i s k p t a s K – 0 i 0 0 0 0 . r 1 2 e t k a r r r i e g a l a l n n a e i r p s i K l o a r a r c , p n a u n n i a t a s i e g r k d B b p a n i u i a n t s e s i s r s r e i a a i a p d k c i n G t e u a p h e e k t l n g a J a O n s t 1 . 2 . 6 l e b a m T u m u n a k a p m a n e P

s i n e J

I S K A E R N I B R U T

E S L U P M I N I B R U T

- 6-12 -

2 1 6 -


6.2.3 Disain Turbin Crossflow

Keterangan singkat tentang disain turbin crossflow T-13 dan T-14, dimana didisain dan dibuat di Indonesia menurut kepada data kelayakan disain, adalah diperlihatkan dibawah. Disain detail akan diacukan pada lembar disain dari yang membuat. Disain akan dilakukan dalam prosedur berikut: Data dasar dari T-13 dan 14 yang diperoleh dari hasil tes model. Diameter turbin: 300mm 1

Jumlah bilah runner: 28nos.

Satuan kecepatan: 133 rpm

Untuk mendapatkan mendapatkan data data dasar untuk nilai debit air (m3/det), head (m) dari level air pada bak penenang dan pusat turbin (atau saluran pembuangan air jika didisain sebagai kasus khusus) dari disain sipil.

2

Untuk menghitung head efektif dari head kotor dengan mengurangi head loss loss dari dari penstock (gesekan dan turbulen).

3

Untuk menghitung menghitung tenaga hidrolik efektif dan output batang turbin dari debit air, air, head efektif dan efisiensi turbin.

4

Untuk menghitung lebar runner turbin menurut kepada rekomendasi yang membuat.

5

Untuk menghitung tenaga mekanik ke generator dari efisiensi transmitter tenaga (speed increaser).

6

Untuk menghitung menghitung nilai output listrik dari generator (kW). ----Output listrik maksimum.

7

Untuk menghitung kecepatan putaran putaran turbin dari kecepatan spesifik, spesifik, output batang turbin (pokok 3) dan head efektif.

8

Untuk memilih generator yang sesuai sesuai yang ada di pasar dan outputnya (kVA), (kVA), frekuensi, voltase, faktor tenaga dan kecepatan putaran (frekuensi), mengacu pada katalog fabrikasi generator.

9

Untuk menghitung perbandingan nilai kecepatan putaran dari dari turbin dan generator.

10

Untuk memilih lebar dan panjang dari belt mengacu pada rekomendasi fabrikasi belt.

11

Untuk menghitung kapasitas dummy load dan kecocokan ELC (Electronic Load Load Controller) atau IGC (Induction Generator Control) dalam kasus generator induksi.

12

Untuk menghitung diameter dari pulley turbin dan generator.

- 6-13 -


Disain detail akan mengacu pada “Secara Singkat Manual Disain untuk Turbin Jenis Crossflow” pada lampiran setelah ini. 6.2.4 Disain Turbin Tipe Pompa Terbalik (Pump As Turbine)

Seperti sebuah pompa air yang digunakan sebagai turbin dengan membalikkan putaran dari pompa, pemilihan dari jenis pompa adalah sangat penting. 1 Untuk menghitung menghitung dan mendapat head efektif (head efektif), debit air (keluaran air), dan tenaga hidrolik bersih sama seperti metode pada pokok 1,2 dan 3 turbin crossflow diatas dalam bab 6.2.3. 2 Untuk memeriksa kecocokan kecocokan pompa yang ada di di pasar, mempertimbangkan titik efisiensi maksimum dari pompa, kecepatan putaran dari motor (generator: batang 2,4 atau 6) karena kopling langsung antara turbin dan generator biasanya diadopsi dari turbin jenis ini. Kecepatan putaran harus mengacu pada Tabel Tabel 6.3.1. Pada kasus generator induksi, kecepatan turbin harus sedikit lebih tinggi (yaitu; 2 – 5 %) daripada generator pada nilai frekuensi.(1,550 rpm dari 1,500 rpm). 3 Untuk memilih dan memutuskan pompa sebagai turbin, mengacu pada titik efisiensi maksimum pompa, dapat digunakan efisiensi untuk output nyata dari batang turbin karena kisaran dari head titik efisiensi pompa sangat kecil. 4 Pemilihan metode akan mengacu pada “Manual “Manual Disain untuk Turbin Turbin Reverse Pump”.

6.3 Generator 6.3.1 Tipe-tipe Generator

Dua jenis generator dapat diadopsi untuk membangkitkan tenaga listrik dari energi turbin air. 1. Klasifikasi dasar dari generator AC ( Generator DC biasanya tidak digunakan untuk pembangkit Listrik) (1) Generator Synchronous Exciter independent dari rotor disiapkan untuk setiap unit Dapat digunakan untuk independen dan jaringan listrik yang ada.

- 6-14 -


(2) Generator Induction (Asynchronous)

Disiapkan tanpa exciter dari rotor (tipe squirrel cage) Biasanya digunakan untuk jaringan dengan sumber listrik lain. Kadang-kadang digunakan untuk jaringan independen dengan tambahan capasitor untuk yang kurang dari 25 kW tetapi tidak direkomendasikan untuk jaringan independen karena kesulitan dalam mengontrol voltase dan masa waktu

penggunaan

dari

capasitor

meskipun

jika

mengilhami pengadaan simpanan biaya. Penyusunan batang

Baik batang vertikal maupun batang horisontal digunakan untuk kedua tipe generator di atas. (utamanya tipe horisontal kecepatan tinggi dalam kasus pembangkit mikro/kecil kecuali turbin pompa terbalik)

2. Klasifikasi yang lain juga digunakan untuk untuk generator AC sebagai berikut; 1)

Generator tiga fasa

Sambungan Star (λ) Sambungan Delta( ∆)

2)

Generator satu fasa

untuk 3 fasa 4 kawat jaringan untuk satu fasa 2 kawat jaringan

Tipe ini tidak digunakan dalam sistem jaringan listrik karena

sulit

untuk

pengadaan

generator

dengan

kapasitas lebih dari 2 kW di pasar. Pada kasus generator 3 fasa dengan sambungan delta digunakan seperti diatas. Belitan sambungan dari generator (Star and Delta ) ditunjukkan dalam Gambar 6.3.1 sebagai berikut, R

R

Setiap belitan S

S Sambungan Star

Gambar 6.3.1

T

T Sambungan Delta

Diagram Sambungan Generator

- 6-15 -


Karakteristik (keuntungan & kerugian) dari kedua tipe generator ditunjukkan dalam Tabel 6.3.1. Tabel 6.3.1

Perbandingan generator Synchronous dan generator Induksi

I. Keuntungan dari generator Synchronous Pokok Operasi independen

Generator Synchronous Operasi independen adalah mungkin

Generator Induksi Biasanya tidak digunakan untuk independen operasi sejak excitasi dari sistem lain diperlukan, tetapi dalam kasus kapasitas kecil sebuah motor induksi dapat digunakan sebagai generator dengan penambahan capasitor diluar generator Pengaturan faktor tenaga Operasi pada faktor tenaga yang Faktor operasi tenaga diarahkan oleh diinginkan sebagai respon faktor output generator dan tidak dapat beban adalah mungkin diatur Arus Eksitasi Exciter DC dikerjakan. Kelambatan arus diambil sebagai arus exciting dari sistem sehingga faktor tenaga dari sistem berkurang. Arus exciting meningkat dalam mesin kecepatan rendah. Pengaturan voltase dan Pengaturan memungkinkan seperti Pengaturan voltase dan frekuensi frekuensi yang diinginkan dalam operasi tidak mungkin. Generator diarahkan independen oleh voltase dan frekuensi dari sistem. Arus sinkronisasi Arus transien dan voltase drop Sambungan ke sistem harus dibuat dalam sistem adalah kecil sejak dengan penguatan paralel dimana pemaralelan dibuat setelah sebuah arus besar diciptakan, sinkronisasi mengakibatkan sebuah voltase drop dalam sistem. Pada kasus jaringan kecil independen, diperlukan tanpa sinkronisasi.

II. Keuntungan generator Induksi Pokok Konstruksi

Generator Synchronous Rotor memiliki ikatan eksitasi diluar ikatan damper dimana sebanding dengan jeruji dari squirrel-cage dari generator induksi. Ini lebih rumit.

Pengaturan exciter dan lapangan

Diperlukan

- 6-16 -

Generator Induksi Stator sama dengan sebuah generator synchronous tetapi stator adalah dari tipe squirrel-cage. Jadi, konstruksi sederhana dan kokoh. Dapat dengan mudah dihubungkan ke operasi dibawah kondisi berlawanan dan paling baik disesuaikan dengan kapasitas kecil atau menengah Ini tidak diperlukan sejak arus exciting diambil dari sistem tetapi pada kasus kapasitas kecil, tambahan capasitor diluar generator dapat menyuplai arus exciting.


Sinkronisasi

Diperlukan. Jadi, sinkronisasi adalah perlu

Stabilitas Beban harmoni tinggi

Perawatan

detektor Dibutuhkan tanpa alat sinkronisasi sejak penguat paralel dibuat. Kecepatan putaran dideteksi dan membuat penampilan hampir pada kecepatan synchronous Tarikan keluar mungkin terjadi jika Stabil dan tidak ada tarikan keluar fluktuasi beban mendadak karena fluktuasi beban. Output yang diijinkan dibutuhkan Capasiatas panas batang rotor besar oleh capasitas panas dari dan relatif kuat melawan beban permukaan tiang magnetik ketika harmoni lebih tinggi tidak ada damper ketika ada damper Pada penambhan untuk hal-hal bagi Perawatan dibutuhkan untuk stator, generator induksi, perawatan dan pendingin dan penyaring tetapi tidak pemeriksaan dibutuhkan untuk dibutuhkan untuk rotor dari tipe belitan lapngan dan pembersihan squirrel-cage. Tambahan capasitor jika dipekerjakan untuk generator kapasitas kecil harus dirawat dengan baik (kerugian)

6.3.2 Output Generator

Output generator ditunjukkan dengan kVA kVA dan dihitung dengan rumus berikut: Pg (kVA) = (9.8 x H x Q x η) / pf Dimana;

Pg; Output dibutuhkan (kVA) H;

Head efektif (m)

Q;

Nilai debit (m3/s)

η;

Digabungkan efisiensi dari turbin, transmitter & generator (%) = efisiensi turbin (ηt) x efisiensi transmitter (ηm) x efisiensi generator (ηg)

pf;

Faktor daya ( % atau desimal), desimal), gambar gambar ini ini ditentukan ditentukan dari dari jenis beban dalam jaringan. Jika beban induktif, seperti motor listrik, lampu hemat daya, yang banyak dalam jaringan, gambar menjadi rendah yaitu kapsitas generator seharusnya menjadi besar menurut rumus diatas. Bagaimanapun, 80% biasanya digunakan untuk pemilihan tujuan yang tepat.

Pada kasus pembangkit listrik tenaga mikro hidro, nilai output generator dipilih dari output standar (kVA) (kVA) dengan kelonggaran dari katalog manufactur di pasar.

- 6-17 -


6.3.3 Kecepatan dan jumlah batang generator

Nilai kecepatan putaran dispesifikasikan menurut frekuensi (50 or 60 Hz) dari jaringan listrik dan jumlah batang seperti terlihat dalam rumus berikut. 1) Untuk generator synchronous P (nos.) = 120 x f / N 0 Dimana

P:

N0 (rpm) = 120 x f / P

jumlah batang (nos.)

N0: Nilai kecepatan putaran (rpm) f:

Frekuensi jaringan (Hz),

Standar Indonesia 50 Hz

2) Untuk generator induksi Kecepatan sedikit lebih tinggi daripada generator synchronous untuk excitasi dengan slip. N (rpm) = (1-S) x N 0 Dimana,

N:

Kecepatan actual dari generator induksi

S:

Slip (secara normal S= -0.02)

N0: Nilai kecepatan putaran Sebagaimana kecepatan putaran ditetapkan dengan jumlah dari batang, kecepatan dan jumlah batang generator ditunjukkan dalam Tabel 6.3.1 dibawah. Sebagaimana frekuensi di Indonesia adalah 50 Hz, kecepatan akan dipilih dari 50 Hz dalam tabel. Tabel 6.3.1 No. of pole 4 6 8 10 12

50Hz 1,500 1,000 750 600 500

Standar Kecepatan Putaran Generator 60Hz 1,800 1,200 900 720 600

No. of pole 14 16 18 20 24

Unit: rpm (min-1) 60Hz 50Hz 429 514 375 450 333 400 300 360 250 300

Catatan: Sebagaimana frekuensi di Indonesia adalah 50 50 Hz, kecepatan kecepatan dari 50 Hz akan dipilih dari tabel. Ukuran dan biaya dari generator yang kecepatannya lebih tinggi adalah lebih kecil dan lebih murah secara berturut-turut daripada yang berkecepatan rendah.

- 6-18 -


Mengacu pada kecepatan turbin yang asli dan nilai kecepatan generator, baik kopling langsung maupun kopling tidak langsung dengan fasilitas transmisi (gear atau belt) dipilih sehingga kecocokan dalam perbandingan kecepatan antara turbin dan generator dapat terjadi. Total biaya turbin, transmitter dan generator akan juga diambil dalam pertimbangan. Untuk pembangkit listrik mikro, 4 – 8 tiang dipilih untuk menghemat biaya. 6.4 Fasilitas tenaga transmisi ( Speed Increaser )

Ada dua jalan bagi kopling antara turbin dan generator. Pertama adalah kopling langsung dengan batang turbin dan batang generator. Yang lainnya adalah kopling tidak langsung dengan menggunakan fasilitas transmisi tenaga (speed increaser) antara batang turbin dan batang generator. Nilai kecepatan turbin adalah harus tetap dengan memilih jenis turbin dan kondisi disain asli dari head efektif dan debit air (keluaran air) dan tidak dapat diubah. Pada sisi lain, kecepatan generator harus dipilih dari frekuensi yang ditunjukkan tabel di bawah. Oleh sebab itu, jika kecepatan keduanya turbin dan generator sam, turbin dan generator dapat digandeng langsung. Bagaimanapun, seperti disain kopling langsung kadang-kadang tidak dapat digunakan karena berbiaya tinggi untuk turbin dan generator, terutama pada kasus pembangkit listrik mikro atau kecil. Oleh karena itu, fasilitas transmisi tenaga (speed increaser) biasanya diadopsi untuk menyamakan kecepatan turbin dan generator dan menghemat biaya total. Dua jenis alat untuk meningkatkan kecepatan diambil untuk kopling turbin dan generator adalah sebagai berikut; 1. Jenis gear box:

Batang turbin dan batang generator digandengkan dengan batang paralel gear helical dalam satu kotak dengan bearing

anti

gesekan

mengacu

pada

perbandingan

kecepatan antara turbin dan generator. Masa pakai panjang tetapi biaya relatif tinggi. (Efisiensi: 97-95% tergantung pada tipenya). 2. Jenis belt:

Batang turbin dan batang generator digandengkan dengan pulley (roda putar) dan belt menurut pada perbandingan kecepatan antara turbin dan generator. Biaya relatif rendah tetapi masa waktu pendek. (Efisiensi: 98-95% tergantung pada jenis belt).

- 6-19 -


Pada kasus pembangkit listrik mikro-hidro, jenis kopling V-belt atau flat belt biasanya diadopsi untuk menghemat biaya karena jenis gear transmitter sangat mahal. 6.5 Fasilitas Kontrol dari Turbin dan generator 6.5.1 Pengatur Kecepatan

Pengatur kecepatan diadopsi untuk menjaga kecepatan turbin konstan karena kecepatan selalu dirubah oleh perubahan beban dan ketinggian air serta debit air. Perubahan kecepatan putaran generator sebagai akibat perubahan frekuensi. Pengatur terdiri dari pendeteksi kecepatan, pengontrol dan operasi. Ada dua jenis pengatur untuk mengatur debit air (keluaran air) melalui turbin dengan operasi guide vane atau mengontrol keseimbangan beban dengan pertukaran beban nyata dan dummy load sebagai berikut; 1. Jenis mekanik;

Untuk mengontrol debit air selalu dengan operasi otomatis dari guide vane menurut beban nyata. Ada dua jenis sebagai berikut; Guide vane tipe operasi tegangan minyak. Guide vane tipe operasi motor

2. Jenis dummy load;

Untuk mengontrol keseimbangan kedua tenaga beban nyata dan dummy load dengan thyristor yaitu untuk menjaga sajian akhir dari kedua beban nyata dan dummy konstan selalu untuk output dan kecepatan generator yang sama.

Pendeteksi kecepatan dibuat oleh PG (Pulse Generator), PMG (Permanen Magnet Generator) atau frekuensi generator. Pada kasus tipe mekanikal, beberapa peralatan tambahan, seperti servomotor guide vane, pompa tegangan, bak tegangan, bak penampung, pipa-pipa dll. atau guide vane yang dioperasikan motor listrik dengan sistem kontrol yang dibutuhkan. Ini berarti biaya pembangkit listrik meningkat banyak untuk seperti peralatan penyokong. Pada kasus tipe dioperasikan motor, sumber tenaga, motor dan mekanisme operasi juga dibutuhkan. Bagaimanapun, pada kasus pembangkit mikro hidro pengatur jenis dummy load adalah lebih murah dan dianjurkan. Pengatur tipe dummy load dapat dikontrol dengan IGC (Induction Generator Controller) atau ELC (Electronic Load Controller), dimana telah dikembangkan dan dibuat di Indonesia dan telah memiliki pengalaman menyuplai lebih dari 30 pembangkit listrik.

- 6-20 -


Dua jenis dummy load diadopsi dengan pemanas dari pendingin udara dan pendingan air. Di Indonesia metode pendingin udara biasanya digunakan seperti tipe pendingin air karena masa waktu dan konstruksi pemanasnya sederhana. Kapasitas dummy dihitung sebagai berikut; Pd (kW) = Pg (kVA) x pf (desimal) x SF Dimana

Pd;

Kapasitas dummy load (satuan beban: kW)

Pg;

Nilai output generator (kVA) (kVA)

pf;

Nilai faktor tenaga generator (%, sebuah desimal dipakai untuk menghitung)

SF; Faktor keamanan mengacu pada metode pendinginan (1.2-1.4 kali dari output generator dalam kW) supaya menghindari kelebihan panas dari pemanas menurut cuaca. SF adalah 1.2 untuk ruang berventilasi baik untuk pendingin udara. Jika tidak, SF harus 1.4 Catatan: Output maksimum turbin (kW) dapat digunakan sebagai pengganti “Pg (kVA) x pf (desimal)” karena output maksimum generator terbatas oleh output turbin meskipun jika generator dengan kapasitas lebih besar dipakai . 6.5.2 Pemicu generator

Pada kasus generator synchronous dibutuhkan sebuah keadaan dimana ada arus yang disuplai sehingga terbentuk medan magnit di generator dan menjaga output tegangan konstan. Banyak terdapat berbagai jenis pemicu, tetapi pada saat dua jenis pemicu dipakai secara umum sebagai berikut; 1. Tipe Sikat:

Metode pemicu thyristor langsung. Arus DC untuk medan koil disuplai melalui ring slip dari thyristor dengan excitasi trafo.

2. Tipe Tanpa Sikat:

Sirkuit dasar terdiri dari pemicu AC yang digandeng langsung ke generator utama, sebuah penyearah putaran dan pemisahan disiapkan thyristor jenis automatic voltage regulator (AVR).

Jenis diagram pengkabelan untuk kedua jenis sikat dan tanpa sikat ditunjukkan oleh Gambar 6.5.1 dan 6.5.2 sebagai berikut.

- 6-21 -


PT Pulse Generator

AVR CT

(Speed (Speed Detecto r)

Ex. Tr

Slip ring

G

Gambar 6.5.1

Diagram pengkabelan dari pemicu tipe sikat

PT Pulse Generator

AVR CT

(Speed (Speed Detec tor)

Ex. Tr

Rotating section DC100V AC Ex

G

Gambar 6.5.2

Diagram pengkabelan dari pemicu tipe tanpa sikat

Untuk pembangkit listrik tenaga mikro hidro, jenis tanpa sikat digunakan terutama untuk memudahkan perawatan dan generator dengan tipe tanpa sikat ada di Indonesia. Bagaimanapun, jenis ini dianjurkan.

- 6-22 -


6.5.3 Diagram Single Diagram Single Line

Jenis diagram tunggal untuk kedua pembangkit dengan jaringan distribusi 380/220 V dan 20kV ditunjukkan dalam Gambar 6.5.3 dan 6.5.4. Magnet Contactor

A x3

V

Turbine

H

ELC

G Transmitter

(with Hz Relay)

Fuse

To Custmer

x3 Lamp Indicator

V Hz

NFB

x3

Dummy Load

Generator

if required

Gambar 6.5.3 6.5.3

Diagram Single Line dari Pembangkit Listrik dengan Jaringan Distribusi Tegangan Rendah

Magnet Contactor

A x3

x3 Lamp Indicator

V V

Hz

Turbine

H

G Transmitter

Generator

ELC (with Hz Relay)

M. Transformer

NFB Fuse

380V/20kV

Disconnection Switch Circuit Breaker or Fuse Switch

x3

Dummy Load

if required

Gambar 6.5.4 6.5.4

Diagram Single Line dari Pembangkit Listrik dengan Jaringan Distribusi 20 kV

- 6-23 -


6.6 Kontrol, Peralatan dan Pengamanan Pembangkit

Evaluasi umum dari lokasi-lokasi potensial tersebut diambil dengan penjelasan studi diatas yang kemudian dilakukan dari berbagai titik pandang penjelasan di bawah untuk menguji kesesuaiannya untuk pembangunan penmbangkit listrik tenaga air. 6.6.1 Metode Kontrol Pembangkit

Ada beberapa metode kontrol untuk pembangkit listrik, seperti kontrol supervisory, kontrol operasional dan kontrol output. 1. Metode kontrol supervisory diklasifikasikan diklasifikasikan ke dalam dalam pengawasan terus menerus, kontrol jauh terus menerus dan kontrol berkala. 2. Metode kontrol operasional diklasifikasikan ke dalam kontrol manual, kontrol kontrol satu-manusia dan kontrol penuh otomatis. 3. Metode kontrol output output diklasifikasikan ke dalam output hanya dengan dengan pengarah untuk jaringan independen dan pengontrol level air, kontrol debit dan program kontrol untuk operasi bersamaan dengan sumber tenaga lain. Bagaimanapun, pada kasus pembangkit listrik mikrohidro untuk jaringan independen dalam pelistrikan pedesaan, kontrol berkala, kontrol manual dan kontrol pengarah dengan dummy load biasanya diadopsi karena tidak ada orang yang dapat hadir secara penuh waktu dan biaya peralatan dapat dihemat. Ini berarti bahwa beberapa operator secara berkala menghidupkan dan mematikan pembangkit dan mesin dioperasikan oleh kontrol pengarah dan ketika terjadi masalah operator memeriksa pembangkit untuk mengambil sejumlah tindakan yang dibutuhkan. 6.6.2 Peralatan Pembangkit

Meskipun banyak peralatan yang dipertimbangkan untuk supervisi pembangkit listrik tenaga air selama operasi, peralatan berikut harus dilengkapi dengan kebutuhan minimum untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro dalam pelistrikan pedesaan. 1.

Pengukur tekanan untuk penstock

2.

Voltmeter dengan saklar pengubah untuk voltase output

3.

Voltmeter dengan saklar pengubah pengubah untuk output dummy load (ballast)

- 6-24 -


4.

Ampermeter dengan saklar pengubah untuk arus output generator

5.

Frekuensimeter untuk kecepatan putaran generator

6.

Hourmeter untuk waktu operasional

7.

KWH (kW hour) meter dan KVH (Kvar hour) meter, dimana dianjurkan supaya untuk memeriksa dan melaporkan energi total yang diproduksi oleh pembangkit listrik jika ada sejumlah kelonggaran dalam biaya

8.

Ammeter dengan saklar pengubah untuk arus output ke jaringan (hanya untuk rekomendasi)

6.6.3 Pengamanan Pembangkit dan Jaringan Distribusi 330/220V

Mempertimbangkan sejumlah alasan yang disebutkan untuk penghematan biaya dalam peralatan, pengamanan berikut dibutuhkan sebagai pengamanan minimum untuk pembangkit listrik tenaga mikro hidro dalam pelistrikan pedesaan; 1. Kelebihan kecepatan kecepatan turbin dan generator (dideteksi dengan frekuensi) 2. Kekurangan voltase 3. Kelebihan voltase 4. Kelebihan arus oleh NFB (No Fuse Breaker) atau MCCB (Molded Case Circuit Breaker) untuk sirkuit tegangan rendah. Ketika hal-hal 1,2 dan 3 diatas dideteksi oleh IGC atau ELC (dengan penyetelan menggunakan obeng), MC (Magnet Contactor) beroperasi dan berjalan melalui sirkuit utama generator. 6.6.4

Pengaman Jaringan Distribusi 20 kV

Sistem pengaman normal dari jaringan (Penangkal petir tipe menempel tiang dan sekering atau saklar sekering) adalah disiapkan melalui luar jaringan. Bagaimanapun, dua jenis sistem berikut dipasang sebagai pengaman dari fasilitar luar 20 kV pada stasiun pembangkit. 1. Fasilitas-fasilitas berikut dipasang pada switchgear 20 kV dari stasiun pembangkit pada kasus switchgear 20 kV untuk kapasitas lebih besar dan jaringan luar panjang yang dibutuhkan.

- 6-25 -


1) 1 no.

24kV Pemutus sirkuit, dikendalikan oleh sistem pembuka dan penyalur dioperasikan AC dari kapasitor perlengkapan penyalur suplai tenaga (3-fasa, 200 A untuk MHP)

2) 3 nos. 24kV saklar sekering dengan dengan sekering, tipe dioperasikan tangan (3-fasa) 3) 1 no. 24kV saklar pentanahan, tipe dioperasikan tangan (3-fasa dioperasikan tangan) 4) 3 nos. 5) 1 no.

20kV Penangkal petir (lebih dari 27kV, 27kV, 5kA) 20kV Trafo voltase (3-fasa, 22kV/110V) 22kV/110V)

6) 3 nos. 20kV 20kV Trafo Trafo Arus (1-fasa, perbandingan perbandingan ditetapkan dengan kapasitas kapasitas nyata dari MHP) 7) 1 set

20kV Sistem Busbars

8) 1 no.

Panel kontrol dan pengaman

Pada kasus 20kV cubicle diterapkan pada semua fasilitas-fasilitas diatas harus dipasang dalam ruangan kecil. 2. Fasilitas-fasilitas berikut hanya dipasang dengan sambungan dari terminal 20 kV dari trafo 20 kV/380 V pada tiang terminal di stasiun pembangkit, pada kasus hanya trafo 20 kV/380 V dipasang untuk tujuan menaikkan karena kapasitas ke jaringan distribusi kecil. Pada kasus ini, panel pengaman untuk jaringan 20 kV tidak dibutuhkan. 1) 3 nos.

24kV saklar sekering dengan sekering, tipe dioperasikan tangan (3-fasa)

2) 3 nos.

24kV Penangkal petir (lebih dari 27kV, 27kV, 5kA)

3) 1 lot

20kV bahan sambungan jaringan (Penyekat, pendukung struktur, kawat)

6.7 Inlet valve

Mengacu pada kuantitas air dan head dari pembangkit, katup pemasukan yang cocok digunakan antara pipa pesat dan turbin untuk menghentikan dengan kuat suplai air untuk keamanan dan perawatan. Bagaimanapun, kadang-kadang diijinkan untuk tujuan penghematan biaya pada kasus pembangkit listrik head rendah jika stop log atau pintu pada bak penenang hampir dapat menghentikan kebocoran air dari bak penenang kedalam pipa pesat atau jalur pemisah debit air disiapkan di bak penenang. Katup pemasukan untuk pembangkit listrik mikro dan kecil diklasifikasikan ke dalam tiga (3) jenis sebagai berikut;

- 6-26 -


Tipe

Head yg digunakan

Diameter yg digunakan Head loss

Kebocoran

1. Butterfly valve; Tidak melebihi 200m

Medium(sampai 2.5m) Medium

Medium

2. Bi-plane valve; Tidak melebihi 350m

Lebih dari 500mm

Kecil

Medium

3. Sluice valve;

Small

Hampir nol

Sangat sedikit

Melebihi 200m

Lebih detail ditunjukkan di Tabel 6.7.1. Untuk pembangkit listrik mikro atau kecil, butterfly valve digunakan karena konstruksinya sederhana dan biayanya rendah.

- 6-27 -

o r 6 d i b a H B o r k i M k i r t s i L t i k g n a b m e P n a n u g n a b m e P k u t n u n a u d n a P

e v l a v e c i u l S

k u t n . u l i c r e a k s e t a b g n . h i a i s g b e g . h l l n u c t i m i i e n e d h m a i k p 0 j t b a n 0 n e t a a r g 5 e l p i e n i u m a m d b a t 0 p r j a h s u 0 m o n i n 2 a t e a n e b i s o m e i p l g u l i a g d a m r . l p i a d n a o a c i a k e v j t m s i r e e p t a K u r n l k e n b : s e e r a r v m n r e n e a t M o i t k k e c : a e g u u r t d u o d m u m a r b a k a n e i e o r e e i H D U d B P K K

e v l a v e n a l p i B

i r r a a s d e b e n a h v i b y e d l o t b a w . k l u e g t n i a r n r u a u m i k s a r 0 m p e 5 o g 3 m d g b i 0 a i n n i h u a a 0 d 5 e i g p i e r n S g m a n a d a . i l t l e e i p h - e k v m b i l b a n e i k a a l : s v i d g r i e k y u u r T t r l f e : e t r s k d e m t a a n e i o t u n a H D K b d

e v l a v y l f r e t t u B

a p i h n h i s n a i u b k k b t e u r a e e a r l a n l t k k s u a n h h g y o a i a l i g a d n k n a ) g e d g a p g t r , m i n i u t a m t d h a h u 0 k n k s 0 t a e l , a u 5 g a t , g n e p i a c m 2 l e b r e r n 0 i n m e a k a 0 a a u t k t i 2 p s g p . r d u i i m n t e r a e n t u p u l a e a n a a a s n s m M a y e m a p ( i p e a p t e p u i m m g g n t a u d l a , i r n a a k e i i v d t d o a i e y p s n m d e k u t d . p s k k n M a a a o ) n j a : b e n a t u f n d r n a a l i r a a e a n w o d m , a T t i a e c a i a h h : e g k r r a o p a a l b d u m e r d a r g r e i a e e s r c i u e i e a a a e e H D K g ( K d B s m s

e p i T

n a k a m p u m m a U n e P

n a n i a k s s p a u i p d a s r n e u o n m a h k e n K p e P

- 6-28 -

l o n r i p m a H

l i c e k t a g n a S

a n a h r e d e S

a n l l a i i h c r e c e e K K d e S

h a s u s t i k i d e S

i g g n i t a y a i B

h a r u m h a i h h d b a r u e u l M t m i h k i i b d e e s l : : r l i a c s e e k b r e r e t t e e m m a i a i D D

8 2 6 a n m n a u h i d r e e M d e S

n n n a a a i r i o g g c g o u n b r t i e e e K k K

i s k u r t s n o K

m h a u d i d u e M M

n a t a w a r e P

a y a i B

Panduan untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Mikro Hidro Bab 6 Referensi Referensi

[Referensi [Refere nsi 6.1 Secara singkat sin gkat tentang tentan g Disain Turbin Crossflow (SKAT T-12, T-13 T-13 dan T-14) T-14) 1. Turbin Crossflow Turbin crossflow adalah turbin yang cocok untuk pembangkit listrik tenaga mikro-hidro di Indonesia saat sekarang ini. SKAT T-12, T-13 dan T-14 direkomendasikan untuk diadopsi untuk turbin crossflow untuk pembangkit listrik mikro-hidro. Keuntungan utamanya adalah sebagai berikut: • Ada cukup data teknik untuk mendisain di Indonesia dengan model tes. • Disain kelayakan dengan sebuah kisaran ketinggian dan debit yang besar menurut kepada kondisi lokasi nyata yang ada. • Secara komperatif biayanya rendah • Mudah pemasangannya • Buatan lokal, perawatan dan perbaikan di Indonesia 2. Data Disain Fundamental Fundamental Data fundamental berikut harus didapatkan dari disain sipil. 1. Elevasi dari level air di bak penenang 2. Elevasi dari pusat turbin 3. Elevasi dari saluran pembuangan air jika diperlukan 4. Nilai debit air 5. Diameter dalam pipa pesat 6. Panjang pipa pesat 7. Kondisi dari nos. dan belokan pipa pesat, dll.

m m m m3/s m m m

3. Batas Penggunaan Batas penggunaan dari turbin Crossflow (T-12, T-13 & 14) dapat diringkas dalam Tabel 6.A1.1 berikut

Tabel 6.A1.1 Batasan Turbin Turbin Crossflow (pada batang turbin) turbin) Satuan Batas Batas atas bawah Hnet Head efektif m 4 50 Q Debit (aliran) l/s I00 820 P Output batang kW 10 250 tenaga bo Lebar inlet mm I00 1120 Jumlah disc intermediate 0 8 Catatan: Batasan ini harus ditaati. Pertimbangan keteknikan seperti kemampuan praktis, biaya relatif, kekuatan inlet valve dalam posisi tertutup, kekuatan bukaan pada inlet valve, kekuatan bilah rotor, kekuatan sambungan dari disc sisi ke batang rotor, diameter dari batang dll. meminta batasan ini untuk ditaati. Pada kurva bagan 1 ditunjukkan kepada variasi output P. P. Rumus yang berhubungan adalah: P = 9.8 . Q . H net net . η

Perkiraan kecepatan putaran n turbin dapat dibaca dari skala vertikal pada sisi kanan dari bagan 1. Nilai pasti dihitung dengan rumus berikut: n = 133

H net net

- 629


Contoh didalam batas : Untuk sebuah head H net = 30,89 m dan debit Q = 497 l/det, nilai berikut dapat ditentukan pada penggunaan T-13 dan T-14 di gambar 6.A1.1 Titik perpotongan dari H net dan nilai Q adalah dengan kisaran dari area putih, dimana berarti bahwa disain T-13 dan T-14 sesuai. Daya output batang adalah hanya diatas 100kW. 100kW. Kecepatan putaran n adalah sekitar 740 min -1. Contoh diluar batas : Hnet = 6 m dan Q = 200 l/s Meskipun kedua H net dan Q ada didalam batas, titik perpotongan pada bagan 1 terletak diluar area putih, area tanpa tanda. Untuk penggunaan ini T-12, T-12, T-13 T-13 dan T-14 tidak dapat digunakan. Silahkan mengacu Gambar 6.A1.1.

Gambar 6.A1.1 6.A1 .1 Batasan Batasa n penggunaan dari T-12, T-12, T-13 T-13 dan T-14 T-14 BAT BATAS PENGGUNAAN PENGGUN AAN DARI DAR I DISAIN TURBIN CROSSFLOW, C ROSSFLOW, DAY DAYA TERBANGKIT, RPM dan GARIS d-d

4. Penggunaan Penggunaa n Fasilitas Transmisi Transmisi Tenaga Tenaga Salah satu keuntungan dari turbin crossflow adalah bahwa fasilitas transmisi tenaga dengan belt kemudi ( speed speed increaser ) mudah digunakan, supaya keduanya cocok antara kecepatan turbin dan generator. generator. Keuntungan penggunaan pengaturan transmisi tenaga dijelaskan dibawah.

- 630


• Penggunaan dari sebagian besar disain yang cocok dari turbin itu sendiri untuk mensinkronkan berbagai kondisi nyata lokasi. Mudah dan pilihannya luas untuk kecepatan turbin dengan speed increaser yang cocok ke generator • Mudah pemasangan- batang horisontal , dasar umum untuk generator dan turbin. • Harga murah-untuk digunakan generator ukuran kecil dengan kecepatan tinggi, seperti 1500 atau 1000 rpm. 5. Kisaran yang cocok co cok dari ketinggian ketingg ian lokasi dan debit untuk T-12, T-13 T-13 dan T-14 T-14 Gambar 6.A1.1 menunjukkan kisaran penggunaan dari head dan debit dari turbin crossflow yang digunakan. Kisaran penggunaan turbin crossflow (T-12, T-13 T-13 dan T-14) T-14) ditunjukkan dengan area putih dalam gambar 6.A1.1 dan garis d-d di gambar menunjukkan batasan dari kekuatan batang untuk pulley belt seperti berikut; (1) Titik perpotongan dibawah garis d-d Diperbolehkan adanya sistem transmisi diantara turbin dan generator. generator. (2) Titik perpotongan diatas garis d-d Pertambahan tekanan akibat belokan pada batang rotor karena kekuatan yang dibangun oleh mis. tegangan belt tidak diijinkan, oleh karena itu, tanpa pulley belt pada batang rotor diijinkan. Pada kasus belt transmisi, dukungan batang pulley yang terpisah harus digabungkan ke batang rotor.

Kisaran turbin crossflow dapat diperbesar dengan menggunakan apakah generator empat kutub (1500 rpm) atau enam kutub (1000 rpm). 6. Perhitungan disain turbin Rumus untuk menghitung nilai penampilan turbin dalam disain adalah sebagai berikut;

Rumus (1): Lebar inlet

bo =

1 . Q q11max . D √ H net net

[mm] bo: lebar inlet [m] H net net : ketinggian efektif [m3 /s] Q: debit (aliran) (ali ran) = 0.67 untuk T-12 q11max: Satuan debit (aliran) = 0.76 untuk T-13 = 0.80 untuk T-14 diamet er rotor = 0.3 m untuk T-112, T-13 & T-14 D: diameter

bo = 3.623. Q √ H net net

untuk T-12


untuk T-13


untuk T-14

Rumus (2): daya output batang Power [kW ] P = 0.98 . Q . H net P : net . η η: Efisiensi turbin : 0.65 untuk T-12 η: 0.76 untuk T-13 η: 0.80 untuk T-14 Q ＆ H net : Rumus sama dengan rumus (1)

- 631

[ m]


Rumus (3): Kecepatan turbin (rpm)

n = n11 . √ H net net D

kecepatan putaran satuan kecepatan = 39 (untuk T-12) = 40 (untuk T-13) T-13) = 38 (untuk T-14) D: Diameter Runner = 0.3 m Hasil perhitungan akan ditunjukkan dalam Tabel 6.A1.1 berikut “Perhitungan Turbin Tipe Crossflow T-14, T-13, T-12”

n: n11:

Tabel 6.A1.1 Perhitungan Turbin tipe Crossflow T-14, T-13 & T-12 Perhitungan Ukuran Turbin : Crossflow T14/T13/T12

Data Dasar untuk Lokasi Lokasi Contoh

Head geodedic Head net/head disain Debit disain Diameter runner

Lebar nozzle

Hgeo = m Hnet = m Qt = l/s Dt = m Bno =

9.5 8.5 530 0.30 mm

Turbin T14

Turbin T13

Head net/head disain Disain debit Diameter runner

Hnet = Qt = Dt =

Satuan kecepatan (opt) Satuan aliran (opt) Efisiensi turbin Satuan aliran (max) Efisiensi turbin Lebar runner Daya output batang

n11 = 38 rpm Q11opt = 0. 80 m3/s etat opt = 74.0 % Q11 max = 0.94 m3/s etat = 73% bo = 757 mm Pt opt = 32.7 kW Pt max = 37.9 kW nt = 369 rpm

n11 Q11opt etat opt Q11max etat max bo Pt opt Pt max nt

Lebar runner

bOw

bOw mm

Debit air Daya (batang turbin) Kecepatan turbin Kecepatan run away

Qtw opt = 531.8 l/s Ptw opt = 32.8 kW ntw opt = 369 rpm ntw max = 665 rpm

Efisiensi Generator/Transmisi Generator/Transmisi Output Listrik

eta g Pel

Kecepatan turbin

Hnet = Qt = Dt =

8.5 m 530 m 0.3 m

Turbin T12

8.5 530 0.3

m l/s m

Hnet Qt Dt

= 40 rpm = 0.76 m 3/s = 70% = 0.82 m3/s = 68% = 797 mm = 30.9 kW = 32.4 kW = 389 rpm

= 8.5 = 530 = 0.3

m l/s m

n11 = 39 rpm Q11opt = 0.67 m3/s etat opt = 65.0% Q11 max = 0.72 mm Etat max = 63% bo = 904 mm Pt opt = 28.7 kW Pt max = 29.9 kW nt = 379 rpm

Jika lebar turbin ditentukan = 760.0 mm

= 83% = 27.32 kW

=

Qtw opt = 531.8 Ptw opt = 31.0 ntw opt = 389 ntw max = 700 Eta g = 83% Pel = 25.84

800.0

l/s kW rpm rpm kW

bOw

= 900.0 mm

Qtw opt = 527.4 l/s Ptw opt = 28.6 kW Ntw opt = 379 rpm Ntw max = 682 rpm eta g Pel

= =

83% 23.80 kW

Perhatikan bahwa nilai optimum digunakan untuk nilai output, debit dan kecepatan, dll, dan nilai maksimum tidak digunakan seperti ditunjukkan dalam tabel di atas.

- 632


[Referensi 6.2 Secara singkat tentang Disain dari Turbin Turbin Reverse Pump (PA (PAT)] 1. Turbin pompa terbalik terbali k (Pump (Pum p as Turbin = PAT) PAT)

Standar unit pompa ketika dioperasikan terbalik memiliki sejumlah keuntungan diatas turbin konvensional untuk pembangkit listrik mikro-hidro. Pompa diproduksi massal, dan sebagai hasilnya, memiliki keuntungan untuk mikro-hidro dibandingkan dengan turbin yang dibuat dengan suatu tujuan. Keuntungan utama adalah sebagai berikut:

• • • • • • •

Pompa dan motor yang menyatu dapat untuk digunakan sebagai satu set turbin dan generator Terdapat kisaran yang luas dari head dan aliran Tersedia dalam sebuah jumlah yang besar untuk ukuran standar Biaya rendah Waktu pengadaan cepat Suku cadang seperti seal dan bearing mudah pengadaannya Mudah pemasangannya-menggunakan pipa fitting standar

Ada beberapa keuntungan praktis dari dapat digunakannya sebuah direct drive pump as turbin (PAT), yaitu satu dimana batang pompa disambung secara langsung ke generator, seperti dijelaskan di bagian selanjutnya. Suplayer pompa biasanya memiliki sejumlah stock pompa yang berbeda disain yang sesuai untuk sebuah kisaran yang luas untuk head dan debit. Kisaran nyata head dan debit untuk sebuah PA PAT yang sesuai dijelaskan dalam bagian kemudian. Kesederhanaan dari PAT yaitu bahwa PAT benar-benar memiliki batasan yang jelas ketika dibandingkan dengan banyak tipe turbin yang mahal. Batasan utama adalah bahwa kisaran dari nilai debit berlebih dimana secara satuan yang dapat beroperasi lebih sedikit daripada untuk sebuah turbin konvensional. Sejumlah jalan keluar dari batasan yang ada ini akan dikupas pada akhir bab ini. Oleh karena itu, pemilihan pompa yang dapat digunakan harus diseleksi mengacu dibawah ini. 2. Penggunaan direct drive Pumps as Turbine Salah satu keuntungan dari penggunaan sebuah PAT daripada sebuah turbin konvensional adalah peluang untuk menghindari sebuah belt drive. Bagaimanapun, dalam sejumlah lingkaran ada keuntungan-keuntungan untuk mencocokkan sebuah belt drive ke sebuah PAT. Keuntungan-keuntungan menggunakan sebuah direct drive arangement dilaporkan dibawah.

• • • •

Sangat kecil friction loss dalam drive (hemat hingga 5% dari output listrik) Mudah pemasangannya – PAT dan generator datang sebagai satu unit. Biaya rendah – tanpa pulley, pulley, lebih kecil lapisan dasar. dasar. Biaya rendah (dalam kasus kasus sebuah disain disain monoblok) karena kosntruksi sederhana, lebih sedikit bearing, dll. • Lebih sedikit bearing dipakai-tanpa kerugian sampingan pada bearing. • Perawatan kecil-tanpa perlu mengatur tegangan belt atau mengganti belt. Penggunaan kombinasi satuan motor dan pompa dianjurkan untuk skema mikro-hidro yang digunakan hanya untuk menghasilkan listrik, dan dimana pemasangan sesederhana mungkin dilakukan. Walau Walau bagaimanapun, ada beberapa batasan untuk penggunaan seperti unit integral, disebut dibawah:

- 633


• Kecepatan turbin sama dengan kecepatan generator – sehingga pengurangan kisaran dari nilai rendah ketika kecocokan performan PAT PAT ke kondisi lokasi. • Pilihan terbatas dari generator yang ada terutama untuk PAT. • Tidak ada kemungkinan sambungan beban mekanik secara langsung ke PAT. 3. Kisaran yang sesuai untuk head dan debit Pompa sentrifugal standar dibuat dalam ukuran jumlah besar, untuk mengatasi sebuah kisaran besar dari head dan debit. Pada kondisi yang benar, pump as turbine dapat digunakan diatas kisaran normal yang diatas oleh multi-jet pelton turbine, turbin croassflow, dan turbin francis kecil. Bagaimanapun, untuk head tinggi, penggunaan aliran rendah, sebuah turbin pelton sepertinya lebih efisien daripada sebuah pompa, dan tidak lebih mahal. Bagan dalam gambar 6.A2.1 menunjukkan kisaran dari head dan debit berlebih dimana berbagai pilihan turbin digunakan. Kisaran dari turbin pelton dan crossflow ditunjukkan berdasarkan pada informasi dari kisaran turbin yang dibuat di Nepal, dan dibandingkan dengan kisaran dari pompa sentrifugal standar yang berjalan dengan sebuah generator kutub empat (mendekati 1500 rpm). Kisaran dari PAT dapat diperluas dengan mengunakan generator baik dua kutub (mendekati 3000 rpm) atau enam kutub (mendekati 1000 rpm), seperti ditunjukkan dalam gambar 6.A2.2. Kisaran pompa sebagai turbin ini berdasarkan pada pompa sentrifugal standar diproduksi oleh sebuah pabrik besar Inggris.

H(m) 500 400 300 200 150 100 70 50 40 30 20

Key 10

Crossflow Turbine limit PAT limit @ 1550 rpm

5

2

4

6

8

10 15 20 30 40 60 80 100 150 200

Q(l/s)

Gambar 6.A2.1 Kisaran head-debit untuk berbagai pilihan turbin

- 634


H(m)

500 400 300 200 100 70 50 40 30 20

4 pole limit c. 1500 500 r m

10 5 2

4

6

8 10 15 20 30 40 60

Q(l/s) 100 200

Gambar 6.A2.2 Kisaran head-debit untuk Direct Drive Pump sebagai turbin Penggunaan pump as turbine memiliki keuntungan yang paling besar, pada bentuk biaya dan kesederhanaannya untuk lokasi dimana alternatif dapat diambil sebuah turbin crossflow, bekerja pada aliran yang relatif rendah, atau sebuah turbin multi-jet pelton. Untuk penggunaan ini, ditunjukkan dengan wilayah yang direncanakan pada gambar 2, sebuah turbin crossflow lebih mahal untuk pembuatan yang lebih besar karena kesulitan dalam fabrikasi runner. Oleh karena itu, pemasangan crossflow akan memerlukan sebuah operasi turbin besar pada kecepatan lebih rendah daripada sebuah PAT yang ekivalen, sebagai akibat kebutuhan untuk sebuah belt drive ke standar daya generator. Sebuah turbin pelton untuk penggunaan ini akan membutuhkan tiga atau empat semburan, sebagai akibatnya pengaturan yang rumit untuk casing dan nozzle, meskipun akan lebih fleksibel daripada PAT untuk beroperasi dengan sebuah kisaran nilai rendah. Sebuah turbin francis kecil dapat juga digunakan pada kisaran ini, tetapi akan menjadi lebih mahal daripada crossflow turbin sekalipun. Apa yang diminta dari penggunaan sebuah pump as turbin adalah bahwa memerlukan sebuah nilai debit tetap dan oleh karena itu cocok untuk lokasi dimana ada sebuah kecukupan suplai air sepanjang tahun. Simpanan air jangka panjang tidak secara umum sebuah pilihan untuk skema mikro hidro karena biaya yang y ang tinggi untuk membangun sebuah penampung air. Karena sejumlah kesulitan dalam memilih PAT (pump As Turbine), dianjurkan bahwa klien sebaiknya mengkonfirmasikan kemampuan pompa tersebut ke disainer atau manufaktur pompa lebih lanjut, termasuk karakteristik pompa dan motor induksinya karena perbedaan karakteristik pompa oleh pembuatannya. Tabel 6.A2.1 “Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT” dilampirkan disini hanya untuk referensi. Disainer, yang ingin tahu lebih detil tentang disain, dapat mempelajari lebih jauh bab berikutnya.

- 635

Desain PLTMH

Recommend Documents