Desain PLTMH

5/11/2018

De sa in PLTMH - slide pdf.c om

Panduan untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Mikro Hidro Bab 6

Bab 6 DISAIN UNTUK STRUKTUR MEKANIKAL DAN ELEKTRIKAL

6.1

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 stabil untuk jangka lama 2) Pengoperasian yang 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 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 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 -

http://slide pdf.c om/re a de r/full/de sa in-pltmh

1/52

5/11/2018



Tabel 6.1.1 Peralatan 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 Hn x Q x ηt (ηt =

4 – 20 m 0.01 – 0.04 m3/s ( debit harus dijaga selalu konstan) 2 – 5 kW Pt = 0.98 x Hn x Q x η p (η p =

&

Kerugian

Aspek Keteknikan Head efektif Debit air

Output turbin pada batang turbin

Hn Q Pt

0.7)

Transmisi tenaga

Dummy load tipe governor Output generator Pg pada terminal generator

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

ηt =

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 > Pg/0.8 (PF = 0.8) generator (kVA) Generator dengan nilai output yang digunakan lebih daripada Pg/0.8 harus dipilih

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

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

- 6-2 -


2/52

5/11/2018



Kecepatan putaran

1500 rpm

1500 (dengan 2-3% slip) rpm karena kecepatan motor induksi terhadap pompa

Voltase

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

380/220 V, sambungan star Kontrol voltase tidak dapat dibuat tanpa AVR 51 – 51.5 Hz Tidak terlalu stabil Pemanas udara (PD = Pg x SF), SF = 1.3 Sama dengan bagian kiri, tetapi diabaikan dalam kasus kapasitas kecil

Frekuensi Dummy

Pd

Inlet valve

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

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

Fungsi & Tujuan

1.Valve inlet:

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 -


3/52

5/11/2018



Tabel 6.1.2

Komposisi dari Peralatan Dasar untuk Stasiun 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

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

Pane kontrol & pengaman

Wall mounted Self stand open type Self stand sealed type

Control switches, Main switches IC panels Relays

Trafo

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

Fasilitas transmisi tenaga (Speed increaser) Generator

Manual AVR APFR

- 6-4 -


4/52

5/11/2018



Debit Q [l/s]

Gambar 6.1.2 (a)

Penggunaan Crossflow dan PAT pada Turbin

100

50

20 ) m ( d a e H t e N

10 7 kW 6 kW 5 kW 2 kW

4 kW

3 kW

4

1 40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

Discharge (l/s)

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

- 6-5 -


5/52

5/11/2018



6.2

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 -


6/52

5/11/2018



(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)

η

:

efisiensi maksimum turbin (%) Silahkan merefer Bab 6.2.2

t

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 -


7/52

5/11/2018



Gambar 6.2.1 Jenis Penggunaan (Seleksi) Turbin

- 6-8 -


8/52

5/11/2018



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 P1/2)/ H5/4 Dimana, Ns;

N = (Ns x H5/4 )/ 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 -


9/52

5/11/2018



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

Ns-max ≦ (20000/(H+20))+50

Turbin Tubular: Catatan:

Ns-max ≦ (20000/(H+16)) 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 -


10/52

5/11/2018



11/52

5/11/2018


o r 6 d b i a H B o r k i M k i t s r 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 w a a r e P

d a e H i s a i r a V

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

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

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

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

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

o t t i D

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

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

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

e l z z r o n a t u n k a s a k g i n t i n o u u t b e g t n t j i 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 1 0 1 - 1 . 5 0 : : d t i a b e e H D

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

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

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

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

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

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

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

2 1 6 -

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

s i n e J

g n a t a b

g n a t a b

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

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

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

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

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 - http://slide pdf.c om/re a de r/full/de sa in-pltmh

12/52

5/11/2018



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 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 dari penstock (gesekan dan turbulen).

3

Untuk menghitung tenaga hidrolik efektif dan output batang turbin dari debit 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 nilai output listrik dari generator (kW). ----Output listrik maksimum.

7

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

8

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

9

katalog fabrikasi generator. Untuk menghitung perbandingan nilai kecepatan putaran 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 Controller) atau IGC (Induction Generator Control) dalam kasus generator induksi.

12

Untuk menghitung diameter dari pulley turbin dan generator.

- 6-13 -


13/52

5/11/2018



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 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 pompa yang ada 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 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 Disain untuk 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 -


14/52

5/11/2018



(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 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 -


15/52

5/11/2018



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

Pengaturan exciter dan lapangan

Generator Synchronous Rotor memiliki ikatan eksitasi

Generator Induksi Stator sama dengan sebuah generator

diluar ikatan damper dimana sebanding dengan jeruji dari squirrel-cage dari generator induksi. Ini lebih rumit.

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.

Diperlukan

- 6-16 -


16/52

5/11/2018



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 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), gambar ini ditentukan 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) dengan kelonggaran dari katalog manufactur di pasar.

- 6-17 -


17/52

5/11/2018



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 / N0 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

Standar Kecepatan Putaran Generator Unit: rpm (min-1)

No. of pole 4 6 8 10 12

50Hz 1,500 1,000 750 600 500

60Hz 1,800 1,200 900 720 600

No. of pole 14 16 18 20 24

50Hz 429 375 333 300 250

60Hz 514 450 400 360 300

Catatan: Sebagaimana frekuensi di Indonesia adalah 50 Hz, 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 -


18/52

5/11/2018



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 -


19/52

5/11/2018



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 -


20/52

5/11/2018



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)

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 -


21/52

5/11/2018



PT Pulse Generator

AVR CT

(Speed Detecto r)

Ex. Tr

Slip ring

G

Gambar 6.5.1

Diagram pengkabelan dari pemicu tipe sikat

PT Pulse Generator

AVR CT

(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 -


22/52

5/11/2018



6.5.3 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

x3 Lamp Indicator

V V

Hz

Fuse

To Custmer

A x3

Turbine

NFB

x3

H

G Transmitter

(with Hz Relay) ELC

Dummy Load

Generator

if required

Gambar 6.5.3

Diagram Single Line dari Pembangkit Listrik dengan Jaringan Distribusi Tegangan Rendah

Magnet

M. Transformer 380V/20kV

Contactor

A x3

x3 Lamp Indicator

V V

Hz

Turbine

H

G Transmitter

Generator

ELC (with Hz Relay)

NFB Fuse

Disconnection Switch Circuit Breaker or Fuse Switch

x3

Dummy Load

if required

Gambar 6.5.4

Diagram Single Line dari Pembangkit Listrik dengan Jaringan Distribusi 20 kV

- 6-23 -


23/52

5/11/2018



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 ke dalam pengawasan terus menerus, kontrol jauh terus menerus dan kontrol berkala. 2. Metode kontrol operasional diklasifikasikan ke dalam kontrol manual, kontrol satu-manusia dan kontrol penuh otomatis. 3. Metode kontrol output diklasifikasikan ke dalam output hanya 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 untuk output dummy load (ballast)

- 6-24 -


24/52

5/11/2018



4.

Ampermeter dengan saklar pengubah untuk arus output generator

5.

Frekuensimeter untuk kecepatan putaran generator

6. 7.

Hourmeter untuk waktu operasional 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 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 -


25/52

5/11/2018



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 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, 5kA) 20kV Trafo voltase (3-fasa, 22kV/110V)

6) 3 nos. 20kV Trafo Arus (1-fasa, perbandingan ditetapkan dengan 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, 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 -


26/52

5/11/2018



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 3. Sluice valve; Melebihi 200m

Lebih dari 500mm Small

Medium Sangat sedikit

Kecil Hampir nol

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 -


27/52

5/11/2018


o r 6 d b i a H B o r k i M k i t s r 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

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 a i i s b e g g l . h l n i u i c m i t e n e h k m d p a i 0 j t b t a n 0 n e a a r g 5 e l e n p m i u m i d b a a t 0 p r j a s u 0 m o n h i n 2 a t b e a n i s o e e i p l m u l m . l i g a g a i d d p c o r a n a i a k e r v a t j m s i e p n a K u e t r l k e n b : s e e r a v m n e n r a r e k t M o i t k : e a e g u u r t d u c o d m u m a r b n a o e e a e r e i k 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 d s e b e n h a i v b y e d l o t b a w . k l u e g t n n i a u r a r u m i k s 0 m p a r e 5 o g b 3 m d g i 0 a i n n i u 0 a a 5 d h e i g p i e S g r m a n n i a a d l . t l e e h p e k i i v m b b l n k a l : i e s v a i a d g i r e k y u u r T t r l f e : e t r s t k d e m n a a t e i o u n a H D K b d

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

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

u n a u d n a P

e p i T

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

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

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

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

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

i s k u r t s n o K

h a m u d i u d M M e

n a t a w a r e P

a y a i B

- 6-28 -


28/52

5/11/2018


Panduan untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Mikro Hidro Bab 6 Referensi

[Referensi 6.1 Secara singkat tentang Disain Turbin Crossflow (SKAT T-12, T-13 dan T-14) 1. Turbin Crossflow

Turbin crossflow adalahini.turbin pembangkit listrik tenaga di Indonesia saat sekarang SKATyang T-12,cocok T-13 untuk dan T-14 direkomendasikan untuk mikro-hidro 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 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 Crossflow (pada batang 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. Rumus yang berhubungan adalah: P = 9.8 . Q . H 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

- 629


29/52

5/11/2018



Contoh didalam batas: Untuk sebuah head Hnet = 30,89 m dan debit Q = 497 l/det, nilai berikut dapat ditentukan pada

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

Gambar 6.A1.1 Batasan penggunaan dari T-12, T-13 dan T-14 BATAS PENGGUNAAN DARI DISAIN TURBIN CROSSFLOW, DAYA TERBANGKIT, RPM dan GARIS d-d

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

generator. Keuntungan penggunaan pengaturan transmisi tenaga dijelaskan dibawah.

- 630


30/52

5/11/2018



• 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 pemasangan- batang horisontal , dasar umum untuk generator dan turbin. •• Mudah Harga murah-untuk digunakan generator ukuran kecil dengan kecepatan tinggi, seperti 1500 atau 1000 rpm. 5. Kisaran yang cocok dari ketinggian lokasi dan debit untuk T-12, T-13 dan 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 dan 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. (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

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

Rumus (2): daya output batang P = 0.98 . Q . H net . η P : η: η: η:

bo = 3.623. Q √ H net

untuk T-12

bo = 4.39. Q √ H net

untuk T-13

bo = 4.9. Q √ H net

untuk T-14

[m]

Power [kW ] Efisiensi turbin : 0.65 untuk T-12 0.76 untuk T-13 0.80 untuk T-14

Q ＆ H net : Rumus sama dengan rumus (1)

- 631


31/52

5/11/2018



Rumus (3): Kecepatan turbin (rpm)

n = n11 . √ H net D

kecepatan putaran satuan kecepatan = 39 (untuk T-12) = 40 (untuk 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 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

Kecepatan turbin

Hnet = Qt = Dt =

8.5 m 530 m 0.3 m

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

Turbin T12

8.5 530 0.3

m l/s m

Hnet Qt Dt

= 40 rpm = 0.76 m3/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 Lebar runner Debit air Daya (batang turbin) Kecepatan turbin Kecepatan run away

bOw = Qtw opt = Ptw opt = ntw opt = ntw max =

Efisiensi Generator/Transmisi Output Listrik

eta g Pel

760.0 mm 531.8 l/s 32.8 kW 369 rpm 665 rpm

= 83% = 27.32 kW

bOw mm

=

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


32/52

5/11/2018



[Referensi 6.2 Secara singkat tentang Disain dari Turbin Reverse Pump (PAT)] 1. Turbin pompa terbalik (Pump as Turbin = 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 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 dapat lebih daripada sebuah turbin konvensional. Sejumlah jalanyang keluar dari beroperasi batasan yang adasedikit ini akan dikupasuntuk 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, lebih kecil lapisan dasar. • Biaya rendah (dalam kasus sebuah 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 bagaimanapun, ada beberapa batasan untuk penggunaan seperti unit integral, disebut dibawah:

- 633


33/52

5/11/2018



• Kecepatan turbin sama dengan kecepatan generator – sehingga pengurangan kisaran dari nilai rendah ketika kecocokan performan 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

AT

Crossflow

Crossflow Turbine limit PAT limit @ 1550 rpm

Turbines

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


34/52

5/11/2018



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

4 pole limit c. 1500 r m

10 5 2

4

6

8 10 15 20 30 40 60

100 200Q(l/s)

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 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 karena manufaktur pompa lebih lanjut, termasuk karakteristik pompa dan motor induksinya 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


35/52

5/11/2018



Tabel 6.A2.1 Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT

)

)

Pump Type

p m u p s a

e n i b r u t s a

d e e p S

d e e p S

) Q ( p m u p s a w o l F

n H ( p m u p s a d a e H

p m u p s a

y c n e i c i f f E

) Q ( e n i b r u t s a w o l F

n H ( e n i b r u t s a d a e H

) P (

t u p t u o r e w o P

(rpm)

(rpm)

(l/sec)

(m)

(%)

(l/sec)

(m)

(kW)

50 x 32 – 160-L 50 x 32 – 160-M 50 x 32 – 160-S

1400 1400 1400

1470 1470 1470

3.1 2.6 2.5

9.5 7.5 6.0

56 54 50

5.7 4.9 5.0

23.1 19.1 16.7

0.5 0.4 0.3

65 x 50 – 160-L 65 x 50 – 160-M 65 x 50 – 160-S

1400 1400 1400

1470 1470 1470

5.5 4.5 4.0

9.0 7.5 6.0

65 60 57

9.0 7.8 7.2

18.3 16.8 14.3

0.7 0.6 0.4

80 x 65 – 160-L 80 x 65 – 160-M 80 x 65 – 160-S

1420 1420 1420

1491 1491 1491

9.5 7.5 6.8

9.5 7.5 6.0

78 74 68

13.4 11.0 10 .6

15.5 13.1 11.6

1.1 0.7 0.6

80 x 50 – 200-L 80 x 50 – 200-M 80 x 50 – 200S

1420 1420 1420

1491 1491 1491

10.0 9.0 8.0

15.5 12.0 9.0

72 69 68

15.0 14.0 12.6

27.9 22.7 17.3

2.1 1.5 1.0

100 x 80 – 160-L 100 x 80 – 160-M 100 x 80 – 160-S

1420 1420 1420

1491 1491 1491

18.0 16.0 15.0

9.5 6.5 5.0

80 77 75

24.9 22.8 21.8

15.1 10.8 8.6

2.1 1.3 1.0

100 x 65 – 200-L 100 x 65 – 200-M 100 x 65 – 200-S

1420 1420 1420

1491 1491 1491

18.5 16.0 14.0

15.0 11.5 9.0

78 75 70

26.1 23.3 21.5

24.5 19.7 16.7

3.5 2.4 1.8

100 x 65 – 250-L 100 x 65 – 250-M 100 x 65 – 250-S

1450 1450 1450

1523 1523 1523

20.0 18.5 16.5

24.0 19.0 15.0

78 76 73

28.2 26.6 24.5

39.2 32.0 26.5

6.0 4.5 3.3

125 x 100 – 200-L

1440

1512

38.0

14.5

85

50.0

21.4

6.3

125 x 100 – 200-M

1440

1512

34.0

10.0

81

46.5

15.6

4.1

125 x 100 – 200-S

1440

1512

30.0

8.0

78

42.3

13.1

3.0

125 x 100 – 250-L 125 x 100 – 250-M 125 x 100 – 250-S

1450 1450 1450

1523 1523 1523

40.0 36.0 33.0

24.0 19.0 14.0

81 80 78

54.7 49.6 46.5

37.5 30.1 22.9

11.6 8.4 5.8

150 x 125 – 250-L 150 x 125 – 250-M 150 x 125 – 250-S

1460 1460 1460

1523 1523 1523

70.0 70.0 50.0

23.0 17.0 13.0

88 83 80

89.6 93.8 69.0

32.5 25.8 20.0

17.9 14.0 8.0

- 636


36/52

5/11/2018



4. Keterbatasan yang ada dari penggunaan sebuah Pump as Turbine Tujuan membangun turbin air secara umum adalah cocok dengan sebuah variasi guide vane (atau vanes) atau sebuah katup tombak, dimana mengijinkan mesin untuk berjalan efisien

dengan kisaran luas dari nilai Ketika sebuah pompa sentrifugal standar digunakan sebagai sebuah turbin, tanpa pengaturan yangdebit. sungguh-sunggh adalah mungkin. Bagaimanapun, sekali dipasang, sebuah pum as turbine yang kesesuainnya baik ke kondisi lokasi akan beroperasi dekat kepada efisiensi maksimum. Jika nilai debit jatuh sedikit dibawah yang diperlukan untuk efiensi maksimum, listrik akan tetap dibangkitkan tetapi kehilangan daya akan terjadi. Ini dijelaskan lebih detail di dalam Referensi 6.1. Pilihan lain untuk menyesuaikan dengan nilai debit rendah adalah menggunakan operasi yang terputus-putus. Dengan menggunakan intake khusus dan sebuah bak penampung kecil jika memungkinkan untuk sebuah PAT berjalan terputus-putus. Intake khusus terdiri dari sebuah pipa pengatur. Jika nilai debit meningkat, adalah tidak mungkin untuk membangkitkan listrik lebih menggunakan hanya satu lampu. Pompa kedua dapat dipasang tetapi biaya tambahan dari pemasangan lebih dari satu unit keuntungan yang dapat diperoleh dari membeli sebuah pompa sementara dari sebuah turbin konvensional. Referensi 6.2 memberi lebih detail dari operasi pararel PAT. Ketika sebuah direct drive electric pump digunakan, turbin dan generator harus beroperasi pada kecepatan yang sama. Ini dapat mencapai kisaran limit dari kelebihan aliran dimana pompa dapat beroperasi. Perhatian harus diambil untuk menghindari kelebihan beban (baik elektrikal maupun mekanikal) dari generator. Output listrik dari sebuah generator induksi akan secara normal dibatasi pada 80% dari nilai output listrik motor. 5. Pemahaman pompa sebagai kurva performa pompa Sebelum melihat pada pum as turbin anda, anda membutuhkan untuk memahami itu sebagai sebuah pompa. Peralatan utama untuk ini adalah kurva performan, dimana menunjukkan bagaimana ketinggaian head dan debit dikirim oleh pompa yang yang berhubungan. Gambar 3 menunjukkan sebuah kurva head-debit yang khusus untuk pompa. Ketika debit dikirim oleh pompa meningkat, head pengiriman menurun. Kurva ini sering didapatkan dari pembuat pompa. Informasi lain yang anda butuhkan untuk mengetahui pompa anda adalah poin dimana pompa bekerja paling efisien. Ini disebut poin efisien paling baik. Efisiensi pompa, dipasang melawan nilai dibit, ditunjukkan dalam gambar 6.A2.3. Nilai maksimum dari efisiensi bervariasi menurut jenis dan ukuran pompa, tetapi biasanya 40% - 80%. Poin efisien paling baik (bep) terjadi pada terutama nilai dari nilai debit. Nilai efisiensi dapat ditunjukkan pada kurva head-debit, seperti ditunjukkan dalam gambar 6.A2.4. Informasi dari pembuat pompa kadang-kadang menunjukkan jalan ini.

- 637


37/52

5/11/2018



ηp

ηmax

Qbep

Qp

Gambar 6.A2.3 Kurva Efisiensi Pompa

Hp

Hbep

% % 0 0 % 5 6 5 % 6 0 % 7 5 6 % 0 % 6 0 5

Qbep

Qp

Gambar 6.A2.4 Head dan debit pompa dengan menunjukkan nilai efisiensi Jika anda tidak memiliki data efisiensi untuk pompa, tapi memiliki sebuah kurva yang menunjukkan input listrik melawan nilai debit, kemudian berarti mungkin untuk menghitung nilai pada poin efisiensi terbaik. Hubungan antara head, nilai debit input listrik dan efisiensi diberikan dengan persamaan berikut: Efisiensi ( η ) = H x Q x 9.81 x 100 P in

(1)

dimana, H adalah Head (m) Q adalah nilai debit (1/2) Pin adalah daya input mekanik (W) 9.81 adalah akselerasi karena gravitasi (m/s2) η

adalah efisiensi pompa dalam persentase

- 638


38/52

5/11/2018



Langkah untuk menghitung nilai dari efisiensi maksimum adalah sebagai berikut: 1. Gunakan kurva head-debit untuk memperoleh nilai head-debit pada poin efisiensi terebaik. 2. pada kurva listrik untuk mendapatkan Pin. 3. Gunakan Letakkan niali nilai debit dalamini persamaan (1)input-debit untuk mendapatkan efisiensinya. Catatan bahwa, terutama untuk pompa dengan motor integral, kurva listrik dapat menunjukkan daya listrik yang dikonsumsi lebih baik daripada input daya mekanik. Pada kasus ini, gunakan Referensi 6.4 untuk memperkirakan efisiensi motor. Kemudian gunakan persamaan berikut untuk menghitung Pin. P in = P elec x η motor (%) (2) 100 dimana: Pin adalah input listrik mekanik Pelec adalah konsumsi daya listrik dari motor ηmotor

adalah efisinsi dalam persentase

Contoh 1: Menemukan kondisi efisiensi pompa paling baik. Pembangunan dari 65 – 40 – 200 (2,5” x 1,5” x 8) pompa memberikan kurva aliran head dan kurva input daya listrik seperti ditunjukkan pada gambar 9a dan 9b. Aliran dengan efisiensi yang terbaik adalah 14 m3/ hari, yang dapat dikonversikan menjadi 3,89 l/s dengan dibagi 3.6. Faktor konversinya diberikan pada Apendix E. Head dengan efisiensi terbaik adalah 11,8 m. Rata – rata dari motor sekitar 1,5 hp (1,1 kW), 1, 450 rpm, untuk operasi pada 3 fase, dengan suplai 50 Hz. Menurut table pada Referensi 6.4, ukuran motor mempunyai maksimum efisiensi sekitar 75%. Nilai konsumsi daya listrik, untuk titik efisiensi terbaik, dapat dilihat pada gambar 9b. Dengan rata – rata aliran 14 m3/hari, daya yang dihasilkan adalah 1,050 W. Ini adalah Pelec. Dengan menggunakan persamaan (2):

Pin = Pelec x

= 1050 x 75 = 788 W 100 100 Pompa dengan efisiensi terbaik, dari persamaan (5): η

ηmotor (%)

= H x Q x 9.81 x 100 = 11.8 x 3.89 x 9.81 x 100 = 57% 100 788 Hp (m)

Pelec (W)

18 16

1000

14 12

750

10

500

8 6

250 4 2

5 5

10

15

20

10

15

20

Qp (m3/hr)

Qp (m3/hr)

(a) Head dan aliran, dengan titik efisiensi terbaik

(b) Konsumsi daya listrik

Gambar 6.A2.5. Kurva Pembangunan Pompa

- 639


39/52

5/11/2018



H

Hsite

hf v e r C u T P A

Site Curve Operating Point

Q Gambar 6.A2.6. Kurva Turbin dan Kurva Lokasi

Kecepatan dari turbin bervariasi tergantung dari beban yang masuk di dalamnya, dan terdapat kurva aliran head untuk setiap kecepatan. Terdapat beberapa kurva yang dapat dilihat pada gambar 6.A2.7. Di tengah – tengah kurva dengan label N = 100% adalah kecepatan normal dalam operasi (hal ini dapat dilihat pada gambar 6.A2.8). Kurva dengan label N = 130% dan N = 80% adalah kecepatan berada 30% diatas normal dan 20% dibawah kecepatan normal. Perlu dijadikan catatan, bahwa setiap titik operasi diberikan pada setiap interseksi pada kurva turbin dengan kurva lokasi. Jika beban, lebih besar dari beban yang didisain untuk di dalam turbin, maka kecepatannya akan menurun. Untuk pompa yang digambarkan pada gambar 6.A2.7, dapat dilihat bahwa pompa dapat menyebabkan kenaikan rata – rata aliran, biasanya dapat dijumpai pada kasus untuk sentrifugal pompa yang dijalankan sebagai turbin. Ketika beban turbin dikurangi, maka kecepatan akan menurun. Jika tidak terdapat beban, maka kecepatan turbin meningkat sampai maksimum, hal seperti ini biasa disebut sebagai runaway. Kurva dari kecepatan maksimum ditunjukkan pada gambar 6.A2.7 dengan label N = max. Pada contoh yang telah diberikan, kecepatan sebenarnya dari runaway (dengan ekstrapolasi) adalah mendekati 140% dari kecepatan normal. H

% = 1 3 0 N

1 4 0 % N = Site Curve

0 % 1 0 N = x 0 % a = 8 m N = N

0

0

Q

Gambar 6.A2.7. Head Turbin dan aliran dengan kecepatn yang berbeda

- 640


40/52

5/11/2018



6. Mendapatkan efisiensi paling baik dengan data terbatas Jika titik dengan efisiensi terbaik belum diketahui tetapi kurva daya diketahui, maka

dihitung dengan menggunakan persamaan (1) diatas, untuk sejumlah rata efisiensinya – rata yang dapat berbeda. Dengan pemeriksaan dan metode kesalahan (error methods ), maka maksimum efisiensi kecepatan dapat diperoleh. Kadangkala, tidak ada kurva yang menunjukkan input daya atau konsumsi daya listrik. Dalam kasus ini informasi dapat diperoleh dari gambar pompanya. Data yang terdapat pada gambar pompa kemungkinan mempunyai nilai yang tunggal untuk head dan aliran (yang mana tidak selalu merupakan head dan aliran dengan efisiensi terbaik dari operasi pompa) atau interval dari head dan aliran. Salah satu pendekatan dari kondisi efisiensi terbaik dapat menggunakan persamaan di bawah ini; (3)

Qbep = 0.75 Qmax ; H bep = 0.75 H max

Pemeriksaan dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa metode yang berdasarkan perhitungan fisik beberapa bagian pompa. 7. Pemahaman Pompa sebagai kurva penampakan Turbin Penampakan kurva untuk turbin menunjukkan bagaimana head berhubungan dengan aliran yang melalui turbin (lihat gambar 6.A2.8). Untuk operasi turbin, aliran meningkat dengan head yang meningkat. Kurva tunggal yang ditunjukkan untuk kecepatan operasi normal dapat ditentukan dengan disain yang detil. Adalah juga memungkinkan untuk memplot head dan aliran yang ada pada lokasi yang merupakan hal yang penting (lihat pada gambar 6.A2.6). Head yang terdapat pada turbin dan sejajar dengan ketinggian vertikal antara intake dari arus aliran dengan pembuangan turbin, lebih sedikit gesekan kerugian head dalam pipa pesat. Perpotongan dari kurva penampakan turbin dengan kurva lokasi dalam gambar 6.A2.6 memberi ketinggian dan aliran saat turbin akan beroperasi nyata. Ini diketahui sebagai poin operasi.

H

Hｔ

×

Limit of PAT operation

0 0

Qt

Q

Gambar 6.A2.8 Head dan Debit Pump as Turbine

- 641


41/52

5/11/2018



SELEKSI PUMP AS TURBIN UNTUK SEBUAH LOKASI YANG UTAMA Bab ini akan memberikan prosedur untuk menyeleksi sebuah pump as turbine untuk menyesuaikan dengan lokasi, menggunakan perhitungan penampakan dan testing turbin. Menyesuaikan sebuah pump as turbin ke kondisi lokasi Dalam menyeleksi lokasi anda, anda memilih sebuah lokasi yang tertentu dengan kondisi head dan debit. Nilai debit secara normal ditentukan dengan nilai debit minimum, yaitu debit yang ada sepanjang tahun. Ketinggian ditentukan dengan ketinggian vertikal antara intake dari aliran dan pembuangan turbin, lebih kecil kerugian head dalam pipa pesat untuk nilai aliran tertentu. Sebuah pompa perlu untuk dipilih dimana head dan debit, pada turbin adalah poin efisiensi terbaik, sedekat mungkin dengan kondisi lokasi. Bagian ini memberikan perhitungan yang dibutuhkan untuk mendapatkan ketinggian turbin dan debit pada poin efisiensi terbaik untuk pompa tertentu. Kondisi berjalan dalam bentuk head dan debit, untuk efisiensi terbaik sebagai sebuah turbin, sangat berbeda dari nilai output pompa, meskipun efisiensi PAT akan mendekati sama dengan operasi pompa. Kerugian gesekan dan

kebocoran, dalam pompa sentrifugal, berakibat dalam mengurangi head dan debit dari teori maksimum. Head dan debit yang dibutuhkan, ketika berjalan sebagai turbin, akan lebih besar daripada nilai teoritikal, supaya meningkat untuk menghadapi kerugian. Persamaan berikut diberikan dalam literatur untuk memprediksikan head dan debit turbin untuk kecepatan tetap: Q1 = Qbep; ηmax

H 1 = H bep; ηmax

(4)

= ηmax

η1

dimana, Q bep adalah nilai debit dan poin efisiensi terbaik pompa (bep) H bep adalah head pada pompa bep ηmax adalahefisiensi maksimum pompa dan Q1 adalah nilai debit saat poin efisiensi terbaik turbin (bep) H1 adalah head saat turbin bep η1 adalah efisiensi maksimum turbin. Persamaan berimplikasi bahwa perbandingan Q1/Q bep dan H1/H bep adalah sama, tetapi hasil eksperimen menunjukkan bahwa rasio head selalu lebih besar daripada rasio debit antara turbin dan model pompa. Prediksi dapat diperbaiki dengan menggunakan tenaga berbeda dari ηmax untuk rasio head dan debit, metode berikut diusulkan oleh KR Sharma of Kiloskar Co, India. Jika kecepatan turbin sama dengan kecepatan pompa, persamaannya adalah:

Q1 =

Qbep η max

0.8

; H1 =

H bep

; η1 = ηmax

(5)

η max1.2

Contoh berikut ini menunjukkan cara – cara menghitung head dan debit yang diperlukan turbin ketika kecepatan turbin sama dengan kecepatan pompa. Contoh 2: Perhitungan turbin dengan titik efisiensi terbaik (pada kecepatan pompa) Pada pembangunan pompa tertentu diberikan kurva yang menunjukkan bahwa pompa mempunyai efisiensi yang maksimum yaitu 62% ketika mengirimkan aliran sebesar 20 l/s pada head 16 pada 1,500 rpm. Penampakan turbin pada efisiensi terbaik diperkirakan sebagai berikut (dari persamaan 5):

Qbep 1

Q =

0. 8 η max

20

= 0.62

0.8

20

= 0.682 = 29.3l / s - 642


42/52

5/11/2018



H = 1

H bep

16

1. 2 η max

= 0.62

16 1.2

= 0.563 = 28.4m

Kadangkala kecepatan turbin tidak sama dengan nilai kecepatan pompa oleh karena itu diperlukan tambahan persamaan untuk mendapatkan kecepatan running yang berbeda dari turbin dan pompa. Sebelum ke persamaan diperlukan “Hukum Affinity”. Hukum Affinity berhubungan dengan head, aliran dan daya dari pompa atau turbin sampai ke kecepatan. Aliran (Q) proporsional dengan kecepatan (N) Head (H) proporsional dengan N 2 Daya (P) proporsional dengan N 3 Hubungan ini dapat digunakan secara khusus untuk menghitung kondisi running pada titik efisiensi terbaik. Persamaan dari head dan debit adalah sebagai berikut:

Q1 ( N = N 1 ) =

N 1 N p

× Q1 ( N = N p )

.............................................................(6)

2

 N  H 1 ( N = N 1 ) =  1  × H 1 ( N = N p )  N p   

...........................................................(7)

dengan N p adalah kecepatan pompa N1 adalah kecepatan running turbin Subtitusikan persamaan (6) dan (7) ke dalam persamaan (5) maka diperoleh:

Q1 =

N 1 N p

×

Qbep η max

2

 N  H bep ; H 1 =  1  × 1.2  N p  η max  

..................................................................(8)

Suatu contoh yang mewakili perhitungan ini diberikan pada halaman selanjutnya. Harus ditekankan bahwa walaupun metode ini lebih akurat jika dibandingkan persamaan biasanya yang diberikan pada literatur yang ada (4), yang hanya mendekati saja. Nilai sebenarnya Qt dan Ht paling besar ± 20% dari nilai yang diperkirakan dari bep (titik efisiensi terbaik). Hal ini kemungkinan tidak berdasarkan efek signifikan dari input PAT, yang tergantung dari kriterianya. Oleh karena itu dianjurkan setelah seleksi pertama kali pompa harus di tes terlebih dahulu seperti pada turbin. Karena turbin diperiksa terlebih dahulu berapa daya yang dihasilkan dari head dan debit. Metode untuk memeriksanya ditunjukkan pada bagian berikutnya. Contoh 3. Perhitungan Turbin dengan titik efisiensi terbaik pada 1550 rpm Head yang tersedia pada lokasi tertentu adalah 26 m dan aliran airnya adalah 7 l/s. Dianjurkan bahwa pompa pada contoh 2 dapat digunakan pada sebagai turbin pada lokasi ini. Motor induksi digunakan sebagai generator secara langsung dari turbin. Kecepatan turbin ditetapkan oleh kecepatan generator. Dari kecepatan pompa 1450 rpm, kecepatan turbin dapat dihitung menjadi 1550 rpm. Dengan menggunakan persamaan 8, kondisi efisiensi terbaik untuk operasi turbin dapat diperkirakan sebagai berikut:

- 643


43/52

5/11/2018



Q1 =

N 1 p

N

×

Qbep 0. 8 η max

=

1550 1450

×

3.89 0.8

= 6.52l/s

0.57

2

 N 1  H bep  1550  2 11.8  × H 1 =  = = 26.5m  × 1.2  N p  η 1.2  1450  0.57 max   Nilai – nilai dari head dan aliran ini mendekati kondisi yang ada di lokasi, oleh karena itu pompanya akan sesuai.

Karena sulitnya memilih PAT (Pump as Turbine), dianjurkan sebagai contoh untuk memilih secara cepat berdasarkan pada lampiran Tabel 6.A2.1 dari “ Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT” berikut. Klien diminta untuk bertanya ke disainer tentang disain mendetail dengan penjelasan teknik untuk memilih pompa untuk PAT, berdasarkan pada karakterisrik dari pompa aktual karena setiap jenis turbin berbeda oleh pembuatannya.

- 644


44/52

5/11/2018



[Referensi 6.3 Lembar Tender Aplikasi Teknik untuk Peralatan Elektro-mekanikal]

Lembar Isian Teknis dari Tender untuk Peralatan Elektro – Mekanikal 1. 2. 3. 4.

Pembeli : ________________________________________________ Nama Pembangkit : ________________________________________________ Lokasi : ________________________________________________ Hal – hal yang mendasar 1) Elevasi level air pada bak pengendap _________________ m 2) Elevasi pusat turbin _________________ m 3) Nilai debit air (keluaran air) _________________ m3/s 4) Diameter dalam pipa pesat _________________ m 5) Panjang pipa pesat _________________ m 6) Jumlah sambungan rumah _________________ HH 7) Daerah lokasi sambungan rumah yang diajukan ______________________________________________________________ 8)

5. Pekerjaan elektro-mekanikal 1) Peralatan pembangkit (a) Turbin hidrolik dan kelengkapannya Satu turbin tipe crossflow _____kW dengan bantalan untuk generator (Catatan: Keluaran harus dirancang oleh peserta tender mengacu pada keluaran akhir pada terminal generator _______kW). Satu katup pemasukan (diameter: _______ cm) Satu peralatan pengukur muka air Alat-alat perawatan dan sukucadang 

  

(b) Penerus daya antara turbin dan generator (jika diperlukan) Satu penerus daya mekanik (gear atau belt) dengan puli-puli. 

(c) Generator dan alat kontrol Satu generator syncronous tipe batang horizontal kedap air _____kVA dengan AVR (atau generator induksi) Satu ELC (atau IGC) sistim kontrol generator termasuk relay-relay pengaman, meteran, peredam getaran, perlengkapan pengontrol suhu ruangan dan kelengkapannya. Satu dummy load (berpendingin udara) beserta segala kelengkapannya. 



 



Satu panel kontrol dengan meteran, saklar, lampu, MC dan MCB, serta lain sebagainya. Satu set suku cadang untuk keperluan pengoperasian dan perawatan.

6. Fasilitas distribusi 20kV (Jika dibutuhkan) 1) Jalur distribusi (a) Switchgear 20kV bagi jalur keluar dengan Circuit breaker, PT, CT, penangkal petir dan kelengkapan lainnya yang dibutuhkan (jika perlu). (b) Transformer step-up dan step-down 20kV/380V (c) Jalur 380/220V dengan tiang baja atau kayu (7 m) dengan kelengkapannya, kabel berinsulasi satu inti (70, 35, 16 mm2), insulator, penangkal petir dan semua kelengkapan yang diperlukan menurut rancangan dari peserta tender, yang mana perhitungan jatuh tegangan harus dilampirkan dalam tender.

- 645


45/52

5/11/2018



7. Fasilitas distribusi 380/220 termasuk penyambungan dan pengkabelan dalam rumah 1) Jalur distribusi (a) Jalur dengan atau 35, kayu m)2)dengan kelengkapannya, kabel380/220V twisted inti empattiang atau baja dua (70, 16(7mm dan segala kelengkapan yang dibutuhkan bagi rancangan yang diajukan peserta tender, yang mana perhitungan jatuh tegangan harus dilampirkan dalam tender. (b) Kabel aerial bundled conductor (ABC) dua inti untuk sambungan rumah, meteran dan (c) MCB (Molded circuir Breaker) dengan kotak tahan-cuaca sebagai pengaman sambungan rumah (satu per 5 atau enam sambungan rumah) dipasang pada tiang. 2)Bahan-bahan lainnya yang diperlukan dalam sambungan rumah (a) Bahan-bahan untuk keperluan penyaluran dan sambungan di dalam rumah dan penyerahan sisa bahan-bahan pada konstruksi jaringan. 8. Training staf Operasional dan Perawatan 1) Selama pekerjaan pembangunan instalasi pembangkit, pelaksana diperlukan untuk menyelenggarakan on-the-job training bagi operator dengan melibatkan mereka dalam pekerjaan. 2) Setelah pembangkit berjalan, pelaksana dibutuhkan untuk menyediakan teknisi yang memadai untuk memperbaiki dan mendampingi operator, jika diminta tergantung dari adanya masalah pada pembangkit selama Masa Pemeliharaan.

Kontraktor diminta untuk mengisi tabel berikut dengan mengajukan fasilitas-fasilitas dan keterangan

MEKANIKAL & ELEKTRIKAL 1. 2.

No. Uraian Katup pemasukan Turbin crossflow a. Turbin b. Base frame turbin

c. Kontrol pengatur beban a. b. 4. Dummy load a. Pemanas berpendingin b. Tempat ballast c.

Satuan

Jumlah

Pembuat

Keterangan

3.

5.

nos. unit

Generator

- 646


46/52

5/11/2018



5.

Generator a. Generator syncronous Stamford

b. Base frame generator Kelengkapan, sukucadang dan peralatan a. b. c. d. e. f. 7. Persiapan dan pemasangan 8. Transportasi dan 6.

8. 9.

pengepakan Pengujian dan trial run Commisisioning

unit unit unit

ls ls ls ls

- 647


47/52

5/11/2018



[Referensi 6.4 Ringkasan Secara Singkat Disain Pembangkit Listrik Mikro Hidro untuk Pelistrikan Pedesaan di Indonesia] 1. Umum Terdapat berbagai jenis peralatan pembangkit listrik (Valve, turbin, kontroler dan generator dll.) yang dijelaskan secara umum dalam “Panduan”. Pembangkit Listrik Mikro Hidro di wilayah pedesaan di Indonesia, bagaimanapun, seharusnya dibuat dengan pendekatan berikut karena alasan tentang data disain yang dapat dipercaya, kemampuan manufaktur yang ada dan biaya proyek termasuk jaringan distribusi, dll. Mempertimbangkan sulitnya ketersediaan operator yang terlatih baik di wilayah pedesaan dan suku cadang untuk perawatan ke depan, semua fasilitas kecuali sejumlah kecil komponen dapat dibuat di Indonesia. Oleh karena itu, direkomendasikan untuk menggunakan peralatan elektro-mekanikal berikut hanya untuk pelistrikan dari sebuah jaringan independen pada saat sekarang. 2. Fasilitas Pembangkit

Mesin utama yang digunakan (turbin dan generator) untuk pembangkit listrik mikro hidro di Indonesia saat ini hanya mengikuti kepada teknologi saat ini dan kemampuan manufaktur. 2.1 Turbin Tipe turbin: Head efektif Debit Output turbin Output generator 3 Crossflow 4 – 30 m 0.2 – 0.7 m /s 10 – 85 kW 8.5 – 75 kW Reverse pum (PAT) 4 – 20 m 0.04 – 0.13 m3/s 2 – 10 kW 1.6 – 8.5 kW Bagaimanapun, turbin diluar kisaran di atas, dapat digunakan jika hasil dari perhitungan dapat masuk dalam kisaran yang ditunjukkan dalam “Panduan” karena output final dari generator adalah ahsil dari Hnet, Q, ηt, ηm, dan ηg menurut pada kondisi lokasi. Oleh karena itu output akan dihitung dalam detil dan pemeriksaan final merefer pada “Panduan” lagi. Pada kasus turbin reverse pump, turbin dipilih dari sebuah pompa yang dicouple langsung ke motor induksi dengan head dan debit hampir sama seperti kondisi disain pada lokasi dengan mempertimbangkan titik efisiensi terbaik pompa. Generator Tipe generator: Frekuensi Kecepatan putaran Power factor Output yang dibutuhkan Synchronous 50 Hz 1500 rpm 0.8 (80%) > kVA (=kW/0.8)* Induksi 50 Hz 1500 rpm 0.8 (80%) > kVA (=kW/0.8)** Catatan: *Pada kasus generator synchronous, generator akan dipilih satu dari standar output (kVA) yang ada lebih daripada perhitungan kW dari turbin (output turbin/0.8) dengan AVR di pasar. **Pada kaus generator induksi, motor induksi digunakan sebagai generator induksi dengan

tambahan Satu yang yang secara langsung dicouplesulit dengan pompa akan sebagai generator kapasitor. karena pilihan terpisah dari generator sebagai akibat kedipilih titik efisiensi terbaik turbin. Tabel secara singkat pemilihan Turbin dan generator untuk PLTMH di Indonesia Peralatan Tipe Kisaran penggunaan untuk pabrik di Keterangan Indonesia 1-1 Turbin Crossflow Daya air (Pw): 14 – 18 kW SKAT T-13 Headnet (Hn): 4 – 30 m atau 14 Debit : 200-700 l/s Efisiensi turbin ηt: 0.7 Kontrol ELC Pw = 9.8 x Pw x Hn P = Pw x ηt Output turbin (P) = 10 – 60 kW

- 648


48/52

5/11/2018



1-2

Turbin

Reverse pump

2-1

Generator

Synchronous

2-2

Generator

Motor induksi

Daya air (Pw): 3-14 kW Headnet (Hn): 2 – 20 m Debit: 40 – 130 l/s

Pompa yang ada merefer pada bep (best

ηt : varibel ke bep efficiency Efisiensi turbin dari turbin dan output turbin yang point of dibutuhkan induction Pw = 0.98 x Pw x H n motor) Pt = Pw x ηt Kontrol IGC Output turbin (Pt): 2 – 10 kW Output (Pg): terdapat output standar Dengan ELC P (kVA) > (Pt x ηm x ηg )/0.8 AVR Kecepatan putaran: 1500 rpm termasuk di Frekuensi: konstan (50 Hz) dalam Voltase: konstan dengan AVR generator itu Efisiensi: Tinggi sendiri

Biasanya penerus daya dibutuhkan Output (Pg): terdapat output standar P(kVA) > (Pt x ηm x ηg)/0.8 atau output standar motor untuk pompa Capasitor: ditambahkan pada excitasi Kecepatan putaran: 1500 rpm Frekuensi: konstan (51-51.5 Hz) tetapi tidak terlalu stabil karena ke beban Voltase: Bervariasi tanpa AVR Efisiensi: bervariasi oleh beban Biasanya digunakan kopling langsung

Dengan IGC

2.2 Inlet valve Butterfly valve yang ada di Indonesia direkomendasikan untuk dipasang hanya di depan turbin untuk keamanan operasi dan perawatan. Diameter tidak akan lebih kecil daripada diameter penstock untuk menjaga head loss. 2.3 Fasilitas penerus daya ( speed increaser ) Pada kasus kecepatan putaran turbin dan generator tidak sesuai, sebuah penerus daya jenis belt yang ada di Indonesia harus disiapkan. 2.4 Pengarah dengan Dummy Load (Ballast) Untuk pembangkit listrik mikro hidro di Indonesia, pengarah tipe dummy load (ballast) harus dipilih dengan pengontrol ELC (untuk generator synchronous) atau IGC (generator induksi) karena mudah perawatannya sebagai akibat jenis listrik dan biaya rendah. Pada kasus dummy load tipe pendingin udara, sistem ventilasi yang baik harus dipertimbangkan untuk disain rumah pembangkit. 2.5 Panel kontrol, Instrumen dan Pengaman Sekarang, panel untuk semua fungsi kontroler (pengarah), instrumen, pengaman dan switchgear dalam satu panel terdapat di Indonesia. Oleh karena itu dianjurkan untuk menggunakan panel jenis ini.

- 649


49/52

5/11/2018



2.6 Jaringan Distribusi 380/220V Pada kasus perhitungan kerugian tegangan di area konsumen terjauh oleh jaringan 380/220 V dalam 5%, sirkuit keluar akan disambungkan ke jaringan distribusi tegangan rendah. 2.7 Jaringan Distribusi 20kV Pada kasus perhitungan kerugian tegangan pada area konsumen terjauh dengan jaringan 380/220V lebih dari 5%, sirkuit keluar akan dinaikkan ke 20 kV dengan trafo dan disambungkan ke jaringan distribusi 20 kV melalui swithgear 20 kV. Pada kasus trafo step down juga dibutuhkan dekat dengan area konsumen. 3. Prosedur Disain Secara Singkat Pendekatan disain secara singkat akan dibuat sebagai berikut; 1) Pertama, lokasi yang sesuai untuk pembangkit listrik akan dipilih dalam area itu dengan mengacu pada konsumsi daya yang dibutuhkan (sebagai contoh; total kW =(150W x Jumlah rumah tangga + fasilitas umum)/1000).

2) 3) 4)

5)

6)

7)

Mengacu pada hasil survei dari lokasi yang sesuai, data yang ada tentang head kotor (m), Head efektif(m), debit (l/s) selama setahun dan output yang dituju harus tepat seperti data sipil. Mengacu pada data di atas dalam 2), turbin dan generator yang sesuai akan dipilih dengan merefer pada tabel diatas. Kebutuhan penerus daya akan diperiksa jika kecepatan rotasi dari turbin dan generator tidak sama. Biasanya tipe belt (V-belt atau flat belt) dengan diameter pulley yang layak pada turbin dan generator digunakan untuk pembangkit listrik mikro hidro. Kapasitas dummy load (ballast) dikontrol oleh ELC atau IGC akan dihitung dengan rumus berikut. Untuk jaringan 3-fasa: Dummy load (kW) = Output generator (kW) x faktor keamanan (1.2 ~ 1.4) Untuk jaringan satu fasa: Dummy load (kW) = Output generator (kW) x faktor keamanan (1.2 ~ 1.4) Catatan: Faktor keamanan (SF)adalah1.2 untuk ventilasi ruangan yang baik untuk pendingin udara. Jika tidak, SF harus ditingkatkan ke 1.3 atau 1.4 menurut pada kondisi pendinginan. Kontrol generator synchronous dengan turbin sebaiknya ELC dan untuk generator induksi sebaiknya IGC, dimana selama ini semua panel didisain dengan baik termasuk sistem pengontrol kecepatan, instrumen dan pengaman sebagai kebutuhan minimum untuk pembangkit listrik mikro hidro. Untuk jaringan distribusi, yang pertama kerugian tegangan pada area rumah tangga yang terjauh oleh jaringan L/T harus dihitung dengan merefer “Panduan”. Jaringan L/T dapat

digunakan jikategangan kerugianoleh tegangan dalam Jika kerugian jaringan L/T 5%. menjadi lebih dari 5%, jaringan distribusi 20 kV akan digunakan untuk suplai daya dengan trafo step-up dan step-down dan sejumlah fasilitas pengaman jaringan 20 kV, seperti sekering, saklar sekering, penangkal petir dll. Sejumlah switchgear mungkin dibutuhkan untuk kapasitas besar dan jaringan panjang. 9) Untuk jaringan distribusi, dianjurkan untuk dilengkapi sebuah kotak tahan cuaca dengan MCB satu fasa untuk setiap 5 – 6 rumah tangga pada tiang jaringan untuk kemudahan perawatan ke depan. 10) Untuk setiap rumah, 3 lampu dan 1 lampu luar berturut-turut dengan saklar akan di rangkai dengan kabel isolator sebagai rangkaian dalam rumah. 8)

- 650


50/52

5/11/2018



4. Rekomendasi untuk Peralatan Utama Secara singkat disain PLTMH ditunjukkan dan dijelaskan dalam bab diatas untuk klien (pembeli atau pemilik) sebagai tujuan utama mendisain..

Bagaimanapun, rekomendasi pengadaan pembangkit listrik. diambil dengan lebih hati-hati untuk hal-hal berikut sebelum 1) Turbin air Turbin crossflow akan memiliki cukup sertifikat data disain dengan hasil tes model yang lengkap, dimana akan dilampirkan untuk fakta-fakta yang menunjukkan bahwa disain turbin dijamin untuk performannya. Turbin crossflow tanpa fakta-fakta seperti diatas tidak akan diterima. Turbin reverse pump (PAT) akan dipilih pengaturan pompa dengan motor induksi untuk mendekati kesamaan head dan debit. Sementara itu, adalah sulit untuk memilih kombinasi pompa dan generator (motor induksi) karena kesulitan dari titik efisiensi terbaik. Turbin reverse pump tidak direkomendasikan untuk sesuatu dengan berbagai variabel head dan debit. 2) Generator Generator synchronous akan dipilih satu dari tipe blushless, belitan star dengan AVR dalam tempatnya untuk kualitas yang tinggi dan listrik yang stabil dan kemudahan perawatan di masa datang. Generator induksi akan dipilih dari pengaturan motor induksi dengan belitan delta seperti pengaturan dari pompa dengan mendekati kesamaan head dan debit. 3) Disain detil Rekomendasi yang kuat menyebutkan kata-kata berikut secara jelas dalam dokumen tender dan/atau dokumen kontrak untuk kepuasan klien, keamanan operasi dan perawatan masa datang. “Kontraktor akan melakukan semua detil disain, dimana termasuk semua kebutuhan analisis dengan persiapan gambar konstruksi, dan hal-hal lain yang dianggap perlu. Kontraktor akan secara penuh bertanggungjawab dan bertanggungjawab atas detail disain dalam kualitasnya, dapat dipercaya dan aman. Apabila klien begitu ingin, kontraktor akan mempersiapkan penjelasan yang cukup untuk detail disainnya secara mendalam”.

- 651


51/52

5/11/2018



- 652


52/52

Desain PLTMH

Recommend Documents