Electronic Load Controller Untuk PLTMh Abstrak
Sebagai pengganti governor dalam upaya menjaga mutu/kualitas daya list listri rik k sist sistem em PL PLTM TMh, h, dua dua deka dekade de tera terakh khir ir ini ini mulai mulai dike dikemb mban angk gkan an beberapa beberapa alat Pengatur Pengatur Beban Beban Elektroni Elektronis s (Eletroni (Eletroni Load !ontroller !ontrollers"# s"# Pada Pada sis sistem tem PL PLTMh TMh,, Eletr Eletroni oni Load Load !ontro !ontroller ller (EL!" (EL!" merupa merupakan kan alat alat untu untuk k meng mengat atur ur kese keseim imba bang ngan an beba beban n utam utama a dan dan ball ballas astt load load yang yang diharapkan sistem PLTMh tersebut bisa selalu terjaga pada kondisi beban relati$ konstan# %engan mengoperasikan sistem PLTMh pada beban relati$ konst konstan, an, maka maka akan akan memb membuat uat genera generator tor berput berputar ar pada pada putara putaran n yang yang relati$ konstan pula, sehingga dengan demikian tegangan dan $rekuensi sist sistem em pun pun akan akan ikut ikut kons konsta tan n tida tidak k terp terpen enga garu ruh h oleh oleh peru peruba baha han n pemakaian beban utama yang kondisinya tidak menentu# Mikrokontroler &T'S)* &T'S)* yang merupakan keluarga M!S+)* mempunyai aplikasi yang sangat sangat luas# luas# %engan %engan meman meman$aa $aatka tkan n mikro mikrokon kontro troler ler &T'S)* T'S)* sebaga sebagaii pengendali utama (main ontroller" EL!, maka rangkaian EL! menjadi ukup sederhana# &T'S)* yang diaplikasikan sebagai penaah siklus listrik sistem, mikrokontroler ukup membutuhkan tambahan rangkaian ero !rossing %etetor sebagai pengubah isyarat sinusiodal menjadi persegi dan Thyristor atau -ontaktor sebagai komponen s.ithing ballast load# EL! mampu mengendalikan ballast load sesuai dengan kapasitas sistem PLTMh dengan menggunakan komponen s.ithing yang sesuai# Sebagai sebuah penenelitian, maka dalam pembuatan pengatur beban elektronis ini, EL! adalah EL! * $ase dan hanya berkapasitas ) k Kata kunci: PLTMh, EL!, Ballast load 1.Pendahuluan Disa Disaat at hang hangat at-h -han anga gatn tnya ya isu isu berk berken enaa aan n deng dengan an kris krisis is ener energi gi list listri rik k nasional, global warming dan climate changes sekarang ini, keberadaan Pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Mikrohidro (PLTMh) (PLTMh) seertinya men!adi salah satu satu solusi solusi alter alternat nati" i" dari dari bebera beberaa a solusi solusi yang yang ada# ada# Terutam erutama a untuk untuk daerah-daerah yang masih disulai dengan listrik tenaga diesel dan lebih khus khusus us untu untuk k desa desa$d $dae aera rahh-da daer erah ah ter teren enci cill yang yang belu belum m menda endaa att elaya elayanan nan aliran aliran lis listr trik ik kare karena na sulit sulit dicaa dicaaii oleh oleh !aring !aringan an listrik listrik yang yang emban embangki gkitny tnya a berada berada !auh !auh dari dari edesa edesaan an (remo (remote te area) area)## Diduk Didukung ung dengan otensi kelistrikan tenaga air di %usantara yang mencaai &'# M, * ersen ersennya nya atau atau &#+ &#+ M, M, daat daat diman" diman"aat aatka kan n untuk untuk sis sistem tem PLTM PL TMh h .# .# /ist /istem em PL PLTM TMh h yang yang su suda dah h terk terken enal al rama ramah h ling lingk kunga ungan, n, kemamuan menghasilkan listrik yang kontinyu (siang-malam) dan !uga keterse ketersediaan diaan teknologi yang ter!amin ter!amin serta kokoh kokoh mamu mamu berumur berumur ' samai 0 tahun, sangat menarik sebagai sumber energi listrik mandiri terbarukan *. /ayangnya dari beberaa kelebihan yang dimiliki sistem PLTMh tersebut, samai sekarang ini teknologi PLTMh di masyarakat masih kurang "amilier, sehingga ertumbuhannya un men!adi lambat# Dari otensi kelistrikan tena tenaga ga air air di 1ndo 1ndone nesi sia a yang yang menca encaa aii &+ &+# # M ters terseb ebut ut,, ada ada
ertengahan tahun '2 ini, baru terdaat sekitar unit sistem PLTMh yang tersebar di wilayah 1ndonesia .# Terlebih lagi embangunan sistem PLTMh yang sudah dilakukan, masih sering mengabaikan mutu$kualitas daya listrik (ower 3uality) yang dihasilkannya# Mutu$kualitas daya listrik yang biasanya dikaitkan dengan erubahan tegangan, "rekuensi dan ergeseran "ase !ika PLTMh meruakan sistem tiga "ase sangat enting untuk dierhatikan# Kualitas daya listrik yang !elek secara signi4kan akan berdamak ada umur$usia eralatan, baik eralatan beban sistem mauun eralatan (komonen) sistem PLTMh itu sendiri *.# Teknik yang digunakan untuk men!aga kualitas daya listrik setia sistem embangkit berbeda-beda, dan demikian ula dengan sistem PLTMh# Pada sistem PLTMh tidak menggunakan go5ernor (engatur keceatan utaran turbin$enggerak mula) yang digunakan untuk menyesuaikan atau menyeimbangkan energi ada enggerak mula dengan kebutuhan emakaian beban konsumen# Teknik yang digunakan ada sistem PLTMh adalah dengan menerakan sistem selalu beroerasi mendekati beban enuh (utaran konstan)# Metode ini dilakukan dengan cara memasang beban tiruan resisti" (ballast loads atau dummy loads) ada sistem# 6alast loads diatur secara otomatis sebagai komensasi erubahan beban utama sistem, sehingga total beban sistem teta mendekati beban enuh (utaran konstan)# 7ntuk mengatur ballast loads bisa beker!a otomatis, ada sistem PLTMh yang menggunakan generator induksi digunakan induction generator controller (189), sedangkan ada sistem PLTMh yang menggunakan generator sinkron digunakan electronic load controller &.# 7ntuk sekarang ini seiring dengan ertumbuhan sistem PLTMh di berbagai negara (terutama negara-negara berkembang), generator sinkron dengan kaasitas kecil mulai banyak diroduksi dan tersedia di asaran, sehingga sedikit demi sedikit embangunan PLTMh yang tadinya memakai generator induksi kini mulai beralih menggunakan generator sinkron# anya sa!a sistem PLTMh yang menggunakan generator sinkron masih memiliki kelemahan ketika ter!adi erubahan embebanan, emulihan erubahan "rekuensi keluaran ke "rekuensi nominal agak tertunda (terlambat) dibandingkan dengan emulihan tegangannya# al ini karena erbaikan tegangan ada generator sinkron yang dilakukan oleh automatic 5oltage regulator (;<=) bersi"at elektris, sedangkan untuk emulihan "rekuensi keluarannya bersi"at mekanis (berkaitan dengan utaran)# >leh karena itu alikasi ballast loads dengan kaasitas kecil (kurang dari * k) dierlukan berikut dengan alat engaturnya, ?L9# 2. Perancangan ELC Prinsi ker!a engatur beban elektronis (electronic load controller, ?L9) ini adalah ?L9 akan memonitor "rekuensi sistem secara terus menerus# @rekuensi hasil monitor akan dibandingkan dengan "rekuensi oAset (nilai "rekuensi yang sudah ditentukan sebelumnya sesuai dengan nilai toleransi yang dii!inkan)# asil dari erbandingan digunakan untuk mengatur besarkecilnya ballast loads secara otomatis yakni dengan cara menambah atau
mengurangi ballast loads sebagai komensasi beban utama yang emakaiannya tidak menentu, sehingga diharakan total beban generator PLTMh akan ter!aga ada beban aman dan utaran generator men!adi relati" mendekati utaran konstan# 2.1. Perangkat Lunak ELC
/ebagaimana dierlihatkan ada 8br#*, ?L9 terdiri atas beberaa blok# ;# Bero 9rossig Detector /ecara sederhana Bero 9rossing Detector (B9D) dide4nisikan sebagai rangkaian elektronik untuk mengubah sinyal sinusiodal men!adi ersegi#
Rangkaian Zero Crossing Detector Gbr.2 diperlukan, karena mikrokontroler sebagai pengendali utama ELC hanya bisa membaca sinyal tinggi dan rendah (persegi. !leh karena itu sumber sinyal masukan dari saluran "ala#"ala yang berupa sinyal sinus harus diubah men"adi sinyal persegi. $. %engendali &tama %engendali utama yang merupakan otak ELC meman'aatkan sebuah C mikrokontroler )*+-/. 0ikrokontroler diprogram untuk mengatur beban ballast loads secara otomatis berdasarkan perubahan 'rekuensi saluran yang dirasakannya. )dapun diagram alur yang dirancang pada pengendali utama adalah sebagai berikut 1
C.-itching *riac merupakan keluarga thyristor, yakni suatu de3ais yang berisi dua buah -CR yang dirangkai anti parallel. *riac mampu mengontol listrik )C gelombang penuh tanpa membutuhkan banyak komponen tambahan. Dibandingkan kontaktor, mengaplikasikan *riac sebagai komponen sitching ballast loads, maka rangkaian rangkaian sitching men"adi sederhana, no noise dan lebih ekonomis.
Cukup memakai empat buah *riac, maka ELC bisa dioperasikan untuk mengendalikan ballast loads sebesar kapasitas nominal generator %L*0h yakni dengan load / 4 /5 6, load 2 4 25 6, load 7 4 75 6 dan load 8 4 5 6 dari kapasitas nominal generator. *otal kemampuan rangkain sitching Gbr.8 adalah k9. *riac */5 6 adalah *riac dengan seri :8558 dimana memiliki tegangan dan arus nominal 855;<8) sehingga untuk dioperasikan pada ballast loads /5 6 (55 9 akan aman. %ada *25 6 dan *75 6 dipilih *riac dengan seri $*/7= dimana memiliki tegangan dan arus nominal >55;<+) sehingga untuk menanggung ballast loads 25 6 dan 75 6 (/ k9 dan /. k9, *riac masih mampu. *5 6 digunakan *riac dengan seri $*/7 dimana memiliki tegangan dan arus nominal >55;) sehingga untuk menanggung ballast loads (2. k9 "uga aman. ?eempat *riac tersebut diatur konduksinya oleh port keluaran mikrokontroler (%/.5, %/./, %/.2, %/.7 yang masing#masing melalui C !ptoisolator 0!C7525. C 0!C2575 dipilih
karena selain keluarannya sebagai dri3er *riac, C 0!C7525 "uga sebagai pengisolasi mikrokontroler dari tegangan "ala#"ala. -ehingga alaupun mikrokontroler digunakan untuk mengontrol tegangan )C 225 ;, mikrokontroler tetap aman. D. ndikator @rekuensi -ebagai tanda pengaman untuk mengetahui %L*0h terbebani lebih (o3erload atau beban lepas (loss o' load, maka pada ELC dilengkapi dengan lampu indikator under
Lampu indikator 'rekuensi under
3. Hasil Pengujian
4. Ucapan Terima Kasih *erima kasih disampaikan $pk. 0. snaeni dan $pk. -u"oko -umaryono selaku dosen pembimbing serta kepada sahabat )thhar )rrosyad yang telah berbagi ilmu mikrokontroler dan sahabat#sahabat ?!0&A?E yang telah banyak men#support dalam menyelesaikan penelitian ini. . Kesimpulan $erdasarkan hasil pengu"ian di laboratorium dan pembahasan hasil penelitian dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut1 /. )plikasi ballast loads dengan menggunakan alat pengatur beban elektronis (Electronic Loads Controller yang terdiri atas tiga rangkaian utama1 Zero Crossing Detector, %engandali utama (0ain Controller dan -itching, dapat digunakan untuk men"adikan mutu. 7 Aalan, )ndi %., H%anduan %raktis *eknik )ntarmuka dan %emrograman 0ikrokontroler )*+C/,J Ele 0edia ?omputindo, akarta, 2557. 8 %utra, Eko )g'ianto., H$ela"ar 0ikrokontroler )*+C/<2< (*eori dan )plikasi. Edisi kedua,J Ga3a 0edia, Kogyakarta, 2558. http1< http1<
$atasan Tegangan %aluran Transmisi -istem tenaga listrik mencakupi pusat#pusat tenaga listrik, sistem transmisi dan distribusi serta beban. *ransmisi dan sistem distribusi merupakan bagian penting penghubung antara pusat#pusat tenaga listrik dengan pusat#pusat beban. %usat tenaga listrik umumnya terletak dekat dengan sumber energy primer atau akses untuk mendapatkan sumber energi primer tersebut mudah sehingga biaya untuk menghasilkan listrik men"adi ekonomis. !leh karena itu, dalam praktiknya akan didapatkan baha pusat#pusat pembangkit terletak dipinggir# pinggir pantai (%L*G<& atau didekat danau#danau (%L*) dan "auh dari pusat#pusat beban k;. -emakin tinggi le3el tegangan saluran transmisi, maka semakin rendah rugi# rugi, 5, 55, 855, 78, 2=, 275, />, /5, /8, /72, //5, =5, >>, 77 k;. *egangan di kisaran 78#=> k; diklasi'ikasikan sebagai tegangan ekstra tinggi< etra high 3oltage (EI;. *egangan di atas => k; dianggap sebagai ultra tegangan tinggi < ultra high 3oltage (&I;. -aat ini, sistem &I; yang dikembangkan adalah, le3el tegangan /555, /55, 225k; semuannya masih dalam tahap penelitian. *ingkat tegangan yang digunakan untuk transmisi tenaga arus searah < high 3oltage direct current (I;DCN adalah1 25 k;, 855 k;, 55 k; dan 5 k;. *egangan DC le3el yang lebih tinggi sedang direncanakan. -istem Distribusi adalah bagian yang menghubungkan antara sistem transmisi dan beban. n3estasi utama dalam sistem tenaga berada pada sektor pembangkit, kemudian sistem distribusi. Ial ini karena beban pemeliharaan dan operasi besar berada pada sektor pembangkit, kemudian sektor distribusi. Dengan demikian kepentingan ekonomi dari sistem distribusi yang sangat tinggi. -elan"utnya, sistem distribusi yang dekat dengan konsumen, memainkan peran penting dalam memberikan kualitas yang baik dan pasokan biaya listrik yang e'ekti'. Dengan demikian, pentingnya ekonomis dan teknis dari sistem distribusi menentukan perencanaan yang matang, desain, konstruksi, dan pengoperasiannya. *egangan tingkat sistem distribusi adalah1 25k;, //k;, >,> k;, 8,/> k;, 8/<855 ; 285<275 ; dan di )merika -erikat menggunakan tegangan //5 ; untuk 'ase tunggal.
Mechatron Power Kontraktor Mikrohidro Buatan Malang Hanya 50 Juta u!iah " 10 k#$ %Me&in 'ur(in Lengka!)
0echatron %oer # ?ontraktor 0ikrohidro $uatan 0alang Gedung ?%R. &ni3ersitas $rai"aya. Lantai ?e 2. alan 0*. Iaryono Ao. /> 0alang, aa *imur >/88 ndonesia ph1 B>278/>/5>/5+ 'a1 B>278/78=8 mechatronMplcOyahoo.co.id •
ome
•
Microhydro
•
Price List
•
9onsultant
•
/olar 9ells
•
%ews
•
;bout 7s
•
9ontact 7s
%erusahaan kami. 0echatron %oer. 0ikrohidro ?ontraktor. 0icrohydro Contractor. -ebuah %erusahaan ?husus $idang Energi *erbarukan. %engalaman Dan Dedikasi kami. *erhadap pemerataan hadirnya Energi Listrik. Di seluruh ndonesia. Dengan berbagai %ilihan 0odel %embangkit. Kang dapat disesuaikan dengan kondisi lingkungan yang ada dan alokasi anggaran yang dimiliki.
?ini. 0emiliki Energi. *idak %erlu 0enunggu. 0an'aatkan P0asa %romoP. Ianya dengan 5 uta Rupiah. &ntuk ?apasitas 0esin /5 k;). %ermesinan *urbin Lengkap. *erdiri atas. *urbin Cross @lo, *ransmisi 0ekanik, Generator, Electronic Load Controller (ELC, dan $allast Load. -emua bisa anda dapatkan. Ianya untuk 0asa %emesanan. )gustus 25//. 0an'aatkan 0asa %romo. 0ikrohidro *ER0&R)I. Iubungi ?ami.
hat e Do
%erusahaan kami. 0emiliki %engalaman bertahun tahun. Dan telah menangani berbagai %eker"aan. $aik yang bersi'at -asta maupun %eker"aan %royek %emerintah. %eker"aan
0ikrohidro. 0eliputi -ur3ey %engukuran ?elayakan, %embangunan D)0, %erbengkelan 0esin *urbin, Iingga %embangunan Rumah 0esin dan Elektrikal. &ntuk memenuhi kebutuhan 0asyarakat &mum, %abrik, dan %emerintah Daerah, terhadap adanya pasokan energi kelistrikan. 0aka, saat ini, %erusahaan kami, menyediakan dan melayani, %engadaan dan %embangunan. $erbagai -istem %embangkit dan *eknologi %endukung %er'orma %embangkitan. Diantaranya adalah1 •
PLTM (Mikrohidro)
•
PLT6 (Tenaga ;ngin)
•
PLT/ (Tenaga /urya)
•
?nergy ;udit ;nd Monitoring (/9;D;)
9all 7s TodayC
ika Energi adalah kebutuhan anda. ika %emerintah tak kun"ung tiba. *eam kami. 0enyediakan aktu. ?husus untuk berdiskusi dengan anda. &ntuk membicarakan. -olusi yang paling e'ekti'.
-egera hubungi kamiQ -enang sekali untuk mengundang anda dalam sebuah Diskusi %erbincangan yang )krab dan %enuh -olusi. Hotline:
5+/2.77.22.++ 5+/+.7+=.8+= Copyright 255 0icrohydro Contractor. )ll rights reser3ed. 9eb Iosting by KahooQ 0echatron %oer # ?ontraktor 0ikrohidro $uatan 0alang Gedung ?%R. &ni3ersitas $rai"aya. Lantai ?e 2. alan 0*. Iaryono Ao. /> 0alang, aa *imur >/88 ndonesia ph1 B>278/>/5>/5+ 'a1 B>278/78=8 mechatronMplcOyahoo.co.id
%ada dasarnya ada dua macam sistem pengaturan pada pembangkit listrik mikrohidro, yaitu go3ernor (-istem pengatur debit air dan electronic load controller
-istem ?ontrol %embangkit Listrik *enaga 0ikrohidro %ada dasarnya ada dua macam sistem pengaturan pada pembangkit listrik mikrohidro, yaitu go3ernor (-istem pengatur debit air dan electronic load controller
mula, membutuhkan sistem pengaturan agar suatu perubahan beban tidak mengakibatkan ter"adinya perubahan putaran. Ial ini secara tradisional dicapai dengan pengaturan debit air yang masuk ke turbin dengan menggunakan go3ernor mekanis. ?erugian sistem ini adalah ketidakmampuannya bereaksi cepat bila ter"adi perubahan beban secara mendadak. %ada beberapa sistem kontrol debit air, dibutuhkan suatu katup pengontrol air yang mahal. Go3ernor mekanis membutuhkan kesesuaian antara turbin dan pipa pesat (penstock. ELEC*R!AC L!)D C!A*R!LLER (ELC %ada prinsipnya pengontrolan dengan ELC bertu"uan agar besar daya yang dibangkitkan oleh generator selalu sama dengan daya yang diserap oleh konsumen ditambah dengan daya yang dibuang ke beban ballast, dengan demikian akan diperoleh 'rekuensi yang stabil. %ada kondisi penyerapan daya oleh beban konsumen melebihi daya yang dibangkitkan generator (o3erload akan ter"adi penurunan 'rekuensi (under 'reuency. ?ondisi ini umumnya tidak diinginkan karena penurunan 'rekuensi bersi'at merusak khususnya peralatan listrik yang bersi'at indukti' (kumparan, trans'ormator. ELC dilengkapi 'asilitas under 'reuency trip yang akan memutuskan hubungan ke beban konsumen dan semua daya akan dibuang pada beban ballast. %rinsip ker"a ELC secara sederhana dapat di"elaskan sebagai berikut. )pabila daya yang diserap pada beban konsumen berubah akan mengakibatkan pula perubahan 'rekuensi ('rekuensi akan menurun bila beban konsumen bertambah dan sebaliknya, perubahan 'rekuensi akan segera dideteksi dan dimanipulasikan untuk mengatur sudur penyalaan pada thyristor. *hyristor pada ELC tidak lain merupakan sakelar elektronik yang mengatur besar kecilnya daya yang harus dibuang ke beban ballast atau diambil dari beban ballast sesuai dengan perubahan 'rekuensi yang ter"adi, sehingga dapat dicapai kembali kondisi daya yang dibangkitkan oleh generator sama dengan daya yang diserap oleh beban konsumendan beban ballast. ?arena dilakukan secara elektronik, perubahan 'rekuensi yang ter"adi untuk kembali stabil ke setting 'rekuensi yang telah ditetapkan akan berlangsung singkat, hanya memerlukan aktu kurang dari 5.2 detik, dengan penyimpangan 'rekuensi kurang dari 5,2 IF
Gambar single Line Diagram ELC untuk %L*0I
