STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN OLEH : Nama

: RONNY SAMUEL SIANTURI

NIM

: 050422006

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN Oleh :

RONNY SAMUEL SIANTURI NIM : 050422006

Disetujui oleh : Pembimbing

Ir. SATRIA GINTING NIP : 131 836 676

Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : 131 459 554

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008


ABSTRAK

PT. Musim Mas KIM 2 Medan adalah perusahaan pengolahan CPO (Crude Palm Oil) menjadi beberapa bahan jadi seperti sabun, minyak makan, dan beberapa bahan-bahan kimia lainnya yang masih berupa bahan baku untuk diolah seperti fatty acid, alkohol, dan lain sebagainya. Di dalam melakukan proses produksinya, perusahaan ini memiliki pembangkit sendiri yaitu berupa Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Sedangkan sumber listrik dari PT. PLN Persero hanya bisa memberikan daya sebesar 2000 kW. Untuk unit PLTU, perusahaan ini memiliki empat unit mesin PLTU dengan kapasitas daya yang diberikan berbeda-beda. Untuk unit PLTU 1 atau perusahaan ini menyebutnya dengan nama Turbin 1 memiliki kapasitas sebesar 2400 kW, untuk PLTU 2 atau Turbin 2 kapasitasnya adalah 3400 kW, Turbin 3 kapasitasnya 4000 kW sedangkan yang terakhir adalah Turbin 4 dengan kapasitas 10 MW. Untuk unit PLTD terdiri dari tujuh unit mesin yang terdiri dari 2 unit merek SKL dengan masing-masing kapasitas 2800 kVA, 1 unit merek Caterpilliar dengan kapasitas daya 2050 kVA, 4 unit merek MTU dengan kapasitas masing – masing 500 kVA dan untuk masing-masing generator diesel memiliki factor daya 0,8. Kedua jenis mesin pembangkit ini ( PLTU dan PLTD) beroperasi tidak secara bersamaan, karena disesuaikan dengan kebutuhan daya pada perusahaan ini. Untuk PLTU yang beroperasi secara terus-menerus hanya 2 unit yaitu Turbin 2 dan Turbin 4 sedangkan Turbin 1 dan Turbin 3 berfungsi sebagai cadangan jika terjadi kekurangan daya. Untuk unit PLTD, biasanya digunakan untuk change Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

power atau dengan kata lain pemindahan beban dari PLN ke Turbin, karena untuk daya dari PLN setiap pukul 18.00 sampai pukul 23.00 tidak digunakan, karena pada jam terssebut PT. PLN Persero menggunakan dayanya untuk melayani beban puncak di masyarakat. Di samping itu, PLTD juga berfungsi untuk memberikan daya secara cepat jika unit PLTU mengalami gangguan.


KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan pertolongan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah : STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstension Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta dan seluruh keluarga yang telah memberikan bantuan baik material maupun moril sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Satria Ginting selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis. 3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstension USU. 4. Bapak Ir. R Sugih Arto Yusuf selaku Dosen Wali penulis. 5. Para dosen dan seluruh staff pengajar dan pegawai di Jurusan Teknik Elektro USU. 6. Seluruh rekan kerja di bagian Pembangkit Listrik dan Electrical Instrument di PT. Musim Mas KIM 2 Medan.


7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro ekstension stambuk ’05 yang

telah

membantu

penulis

baik

dalam

perkuliahan

maupun

penyelesaian Tugas Akhir ini. 8. Seluruh teman sepelayanan di Departemen Profetik Blessing Community Gereja Kristen Baithani khususnya abang Timothius Ginting selaku pembimbing rohani penulis. 9. dan buat seseorang yang istimewa yang selalu menemani penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna disebabkan keterbatasan dari penulis. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata semoga laporan ini beermanfaat bagi mahasiswa Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU khususnya dan seluruh pembaca pada umumnya.

Medan,

Februari 2009

Penulis


DAFTAR ISI ABSTRAK………………...……………………………………………………….i KATA PENGANTAR……………………………………………………...…….iii DAFTAR ISI………………………………………………………………………v DAFTAR GAMBAR………………………………………………………….....vii DAFTAR TABEL DAN GRAFIK………………………………………………x BAB I

PENDAHULUAN

I.1

Latar Belakang Masalah………………………………………………….1

I.2

Tujuan Penulisan………………………………………………………….2

I.3

manfaat Penulisan Tugas akhir……………………………………………3

I.4

Batasan Masalah……………………………………………………….......3

I.5

Metode dan Sistematika Penulisan……………………………………..….4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1

Pembangkit Listrik Tenaga Uap…………………………………………..6

II.2

Komponen-komponen Utama PLTU……………………………………12

II.3

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel……………………………………….22

II.4

Generator Sinkron………………………………………………………..26

II.5

Governor…………………………………………………………………53

II.6

Alat Pembagi Beban generator…………………………………………..56

II.7

Kapasitor Bank..........................................................................................62

BAB III

OPERASIONAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN DIESEL PT. MUSIM MAS MEDAN

III.1

Blok Diagram Uap dan Air........................................................................66

III.2

Operasional PLTU PT. Musim Mas KIM II Medan.................................75


III.3

Operasional PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan..................................87

III.4

Operasi Paralel Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan....................91

BAB IV

PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT

IV.1

Beban Yang Dipikul Pembangkit...............................................................98

IV.2

Pembagian Beban Pembangkit.................................................................101

IV.3

Biaya Operasional PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN………..112

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1

Kesimpulan..............................................................................................118

V.2

Saran.........................................................................................................118

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................120


DAFTAR GAMBAR Gambar II.1

: Siklus Turbin Uap..............................................................6

Gambar II.2

: PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang.........................10

Gambar II.3

: PLTU Dengan Siklus Regeneratif....................................10

Gambar II.4

: PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S..11

Gambar II.5

: Komponen-komponen Utama PLTU...............................13

Gambar II.6

: Boiler................................................................................15

Gambar II.7

: Prinsip Kerja Turbin Reaksi............................................17

Gambar II.8

: Prinsip Kerja Turbin Impuls............................................17

Gambar II.9

: Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)......................18

Gambar II.10

: Turbin Tangensial............................................................19

Gambar II.11

: Turbin Aliran Aksial........................................................19

Gambar II.12

: Sistem Kondensor............................................................20

Gambar II.13

: Deaerator.........................................................................21

Gambar II.14

: Komponen-komponen Utama PLTD...............................22

Gambar II.15

: Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah...........................24

Gambar II.16

: Siklus Percikan Kompresi................................................24

Gambar II.17

: Generator Sinkron............................................................27

Gambar II.18

: Generator Sinkron yang menerima arus penguat medan dari Generator DC................................................31

Gambar II.19

: Sistem Brushless Exictation…………………………….32

Gambar II.20

: Generator dengan Sistem Brushless Excitation dan PMG..........................................................................34

Gambar II.21

: Dua Generator Bekerja Paralel …....….....……………..38


Gambar II.22

: Arus Sinkronisasi................................……………….…39

Gambar II.23

: Efek Tegangan Yang Tidak Sama………………….…..42

Gambar II.24

: Pembagian Beban antara Dua Generator.........................43

Gambar II.25

: Karakteristik Generator yang Bekerja Paralel.................45

Gambar II.26

: Generator yang Terhubung Paralel Dengan Infinite Bus.47

Gambar II.27

: Karakteristik Jaringan Tidak Berhingga..........................48

Gambar II.28

: Diagram Frekuensi-Daya ................................................48

Gambar II.29

: Diagram Frekuensi-Daya.................................................49

Gambar II.30

: Diagram Frekuensi-Daya.................................................50

Gambar II.31

: Hubungan Paralel Antar Generator..................................50

Gambar II.32

: Skema Rangkaian Paralel Generator................................51

Gambar II.33

: Segitiga Daya Generator Paralel Akibat Efek Pengubahan Penguatan............................................52

Gambar II.34

: Segitiga Daya Efek Pengubahan Governor.....................52

Gambar II.35

: Skema Governor…………………………………….….54

Gambar II.36

: Pengaturan Sekunder Melalui titik B2.............................55

Gambar II.37

: Karakteristik Speed Droop...............................................55

Gambar II.38

: Pengkabelan Alat Pembagi Beban...................................59

Gambar II.39

: Penggunaan Alat Pembagi Beban Generator...................61

Gambar II.40

: Segitiga Daya…………………….……………………..62

Gambar II.41

: Kapasitor Sebagai Arus kVAr.........................................64

Gambar III.1

: Blok Diagram Alir Uap dan Air......................................66

Gambar III.2

: Blok Diagram Kondensor dan Injector............................69


Gambar III.3

: Sistem Kerja Injector.......................................................70

Gambar III.4

: Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................71

Gambar III.5

: Konstruksi Turbin............................................................72

Gambar III.6

: Turbin Tipe Back Pressure……………………………..73

Gambar III.7

: Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................74

Gambar III.8

: Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan............75

Gambar III.9

: Sistem Turbin 2 PT. Musim Mas KIM II Medan............84

Gambar III.10

: Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II Medan...............................................................................88

Gambar III.11

: Panel Sinkron...................................................................91

Gambar III.12

: Panel Bus Bar...................................................................92

Gambar III.13

: Diagram Satu Garis PT. Musim Mas...............................95

Gambar III.14

: Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan)..............96

Gambar IV.1

: Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 09.00....103

Gambar IV.2


Gambar IV.3


Gambar IV.4


Gambar IV.5


Gambar IV.6



DAFTAR TABEL DAN GRAFIK Tabel II.1

: Daftar Faktor Daya...........................................................65

Tabel III.1

: Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................78

Tabel III.2

: Turbine 1 Log Sheet.........................................................79

Tabel III.3

: Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet........................79

Tabel III.4

: Turbine 1 Pumps Log Sheet.............................................80

Tabel III.5

: Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................85

Tabel III.6


Tabel III.7


Tabel VI.1

: Karakteristik Beban Pembangkit.....................................98

Tabel IV.2

: Konsumsi Uap Turbin 2 Per Jam...................................113

Tabel IV.3

: Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam...................................115

Grafik IV.1

: Karakteristik Beban Setiap Pembangkit..........................99

Grafik IV.2

: Karakteristik Total Beban Pembangkit............................99


BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG MASALAH Tenaga listrik merupakan salah satu kebutuhan yang paling pokok untuk menunjang kehidupan manusia saat ini. Untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari dalam rumah tangga maupun bisnis, manusia memerlukan tenaga listrik. Secara umum dapat dikatakan bahwa tenaga listrik merupakan salah satu prasyarat kehidupan manusia, dan perkembangan kehidupan manusia memerlukan tambahan

penyediaan

tenaga

listrik.

Orang

mengatakan

bahwa

untuk

pertumbuhan ekonomi, diperlukan pertumbuhan kemampuan penyediaan tenaga listrik. Kebutuhan tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM 2 Medan diperkirakan masih akan terus tumbuh selama beberapa waktu ke depan, mengingat proses pembangunan beberapa plant yang masih terus berlangsung. Untuk

penyediaan

dan

pelayanan

energi

listrik

tersebut

selain

mendapatkan daya dari PT. PLN Persero, maka perusahaan ini memiliki mesinmesin pembangkit yang terdiri dari unit PLTU dan unit PLTD. Secara garis besar unit-unit pembangkit ini melayani beberapa plant atau dengan kata lain beban-beban pembangkit, meliputi: 1. Oleic Acid 2. Flaker, Chiller dan Cooling Water 3. Spray Beading, TF-3 Bagging, Drumming 4. Soap Plant (Finishing dan Main Office) 5. Main Plant FA-2 Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

6. Utility FA-2 7. Soap Plant (Sela dan Main Lab) 8. MCT 9. Speciallity Fat 10. Utility (RO Water, Air Comp.) 11. TF-4 dan Cooling Tower 12. Utility (TF-1, N2, Air Comp.) 13. Hydrogent (Caloric) 14. Main Plant FA-1 15. Fatty Alcohol-Turbo Compressor 16. Fatty Alcohol-Main Plant 17. Fatty Alcohol-Utilty / Hydrogent Jenis pembangkit yang digunakan perusahaan ini adalah PLTU, karena pembangkit jenis ini cukup ekonomis karena bahan bakar yang digunakan tidak terlalu mahal berupa cangkang kelapa sawit dan lahan yang dibutuhkan tidak terlalu luas.

I.2 TUJUAN PENULISAN Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk memberikan penjelasan secara sistematis tentang prinsip kerja dan cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) di PT. Musim Mas KIM 2 Medan.


2. Untuk mendapatkan gambaran operasional PLTU dan PLTD di lapangan dan menyesuaikannya dengan teori yang diperoleh di bangku kuliah.

I.3 MANFAAT PENULISAN TUGAS AKHIR Laporan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi : 1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro yang ingin memperdalam wawasannya tentang Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). 2. Penulis sendiri untuk menambah wawasan dan juga pengetahuan mengenal operasional PLTU dan PLTD baik secara umum maupun siklussiklus yang terjadi pada pembangkit ini. 3. Setiap orang yang berkenan dengan penggunaan pembangkit yang efisien dan sekaligus dapat memenuhi kebutuhannya akan tenaga listrik.

I.4 BATASAN MASALAH Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah: 1. Prinsip kerja dan cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik tenaga Diesel (PLTD). 2. Analisa termodinamika mengenai siklus tenaga uap Rankine. 3. Paralel generator dan daya yang dihasilkan oleh generator tersebut. 4. Tidak membahas secara detail tentang beban yang ditanggung oleh pembangkit. Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

I.5 METODE DAN SISTEMATIKA PENULISAN I.5.1 Metode Penulisan Karena Laporan Tugas Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan melalui : 1. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, majalah, media elektronik (internet), dan sebagainya. 2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari PLTU dan PLTD PT. Musim Mas KIM 2 Medan tentang prinsip kerja dan cara pengoperasian kedua pembangkit ini. 3. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan Teknik Elektro USU, mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini berlangsung.

I.5.2 Sistematika Penulisan Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut : 1. BAB I

:

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, tujuan penulisan, batasan

masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan. 2. BAB II

:

Bab ini berisi tinjauan siklus turbin Uap pada PLTU, generator sinkron, dan PLTD.


3. BAB III

:

Bab ini berisi operasional Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

4. BAB IV

:

Bab ini berisi mengenai beban yang dipikul pembangkit dan prinsip pembagian beban pembangkit.

5. BAB V

: Bab ini berisikan kesimpulan dan saran-saran yang diperoleh dari hasil pembahasan.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP Sesuai dengan nama pembangkitnya, PLTU adalah suatu pembangkit tenaga listrik yang menggunakan energi bahan bakar seperti minyak residu, batubara, cangkang kelapa sawit, gas alam atau sampah untuk memanaskan uap secara berulang-ulang. suhu

uap

2

boiler

2

Ek

turbin 1

1

air

3

Em

4

4 pompa

3

Eb a

kondensor

(a) Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap

b

entropi

(b) Siklus Rankine

Q+ (input) turbin

B 2

boiler

C W+ (output)

uap

1

uap 3

air A

air D

4 W-

kondensor

pompa

Q-

(c) Siklus Tenaga Uap Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Gambar II.1 Siklus Turbin Uap II.1.1. Siklus Tenaga Uap Siklus Rankine, atau siklus tenaga uap, merupakan siklus teoritis paling sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana dipergunakan pada sebuah Pusat Listrik tenaga Uap (PLTU). Gambar II.1(a) memperlihatkan skema dari Pusat Listrik Tenaga Uap yang terdiri atas komponenkomponen terpenting yaitu : boiler, turbin uap, dan kondensor. Jumlah energi masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah Em, sedangkan energi efektif yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja Ek. Energi yang terbuang melalui kondensor adalah sebesar Eb. Dengan menganggap semua kerugian lainnya termasuk Eb, maka dapat dikatakan bahwa berlaku : Em = Ek + Eb sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis :

η = Ek = Em - Eb Em

Em

Dalam gambar II.1(b), yang merupakan suatu diagram suhu-entropi bagi konstelasi menurut gambar II.1(a), luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran Ek, sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang Eb (entropy : besaran termodinamika yang menyertai perubahan setiap keadaan dari keadaan awal sampai keadaan akhir sistem). Luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi masukan Em. Meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

atau udara yang dipakai sebagai penerima. Dalam diagram suhu-entropi hal ini berarti menurunkan garis suhu 4-3. Hal ini dapat dilakukan dengan air pendingin pada kondensor yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Akan tetapi hal ini sangat terbatas, karena air pendingin yang dapat dipakai hanyalah apa yang tersedia, yaitu air laut, air sungai, atau air danau yang ada. Dalam gambar II.1(c) adalah identik dengan gambar sebelumnya yaitu gambar II.1(a) dan II.1(b), hanya saja melalui gambar ini akan dijelaskan secara rinci mengenai kondisi termodinamika dari siklus Rankine dengan melakukan penurunan formulasi sebagai berikut : 1. Kerja pompa (A) : Wpompa = h4 – h1 (tanda negatif menyatakan pompa menerima kerja luar). 2. Energi panas yang dimasukkan ke sistem (B) : qboiler = h2 – h1 3. Kerja turbin (C) : Wturbin = h2 – h3 4. Sistem kondensor (D) : qkond

= h4 – h3 ( tanda negatif menyatakan panas keluar dari kondensor).

5. Panas netto yang masuk ke sistem : qnet

= Qboiler + Qkondensor

6. Kerja netto (net work) yang dihasilkan sistem, Wnet

= Wturbin + Wpompa

7. Efisiensi siklus : η

=

Wnet qboiler


Keterangan : Wpompa

: kerja yang diperlukan untuk menggerakkan pompa (joule/kgm)

Wturbin

: kerja yang diperlukan untuk menggerakkan turbin (joule/kgm)

Wnet

: kerja netto yang dihasilkan sistem (joule/kgm)

h1

: entalpy air keluar dari pompa / entalpy air masuk ke boiler (joule/kgm)

h2

: entalpy uap keluar dari boiler / entalpy uap masuk ke turbin (joule/kgm)

h3

: entalpy uap keluar dari turbin / entalpy uap masuk ke kondensor (joule/kgm)

h4

: entalpy air keluar dari kondensor / entalpy air masuk ke pompa (joule/kgm).

qboiler

: panas yang diberikan ke boiler (joule/kgm)

qkond

: panas yang dibuang kondensor (joule/kgm)

qnet

: panas netto yang masuk ke turbin (joule/kgm)

(entalpy suatu sistem : penjumlahan dari energi dalam / internal energy dengan hasil kali tekanan dan volume sistem). Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan proses pemanasan ulang. Proses pemanasan ulang ini terlihat pada Gambar II.2(a). Turbin uap terbagi dua bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah (TR). Uap yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3 dan dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan lagi ke turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut.


Luas 1-2-3-4-5-6 dari Gambar II.2(b) adalah jumlah energi yang dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi termal dari pusat tenaga listrik menjdi besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga 2 kali, dan turbin uap terbagi atas tiga bagian, yaitu bagian Teknan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan Tekanan Rendah (TR). suhu uap tekanan 2 kotak turbin tinggi boiler

Ek

2 G

3

3 4 uap tekanan rendah

1 air

Em

4

1

5 6

5 6 Eb

pompa

a

kondensor

b

(a)

entropi

(b)

Gambar II.2 PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagian dari energi yang berada di dalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal demikian dilakukan dengan misalnya memanaskan air yang keluar dari kondensor dengan uap yang dipakai dari turbin sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana terlihat pada Gambar II.3(a). Lengkung suhu entropi menjadi sebagaimana tampak pada Gambar II.3(b). suhu uap tekanan tinggi

1

uap tekanan rendah

boiler

box turbin Ek

2

3

1

G

8

2

4

Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan 7 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi airMusim Mas 3 EmKim II Medan, 2008. PT. USU Repository © 2009 6 5

5

8

7

4

Eb

6 kondensor

a

b

entropi

(a)

(b)

Gambar II.3 PLTU Dengan Siklus Regeneratif Siklus Rankine merupakan siklus standar PLTU yang dapat digambarkan pada Diagram T-S (temperature-Entropy) seperti yang ditunjukkan pada gambargambar sebelumnya, atau lebih jelasnya terlihat pada gambar berikut ini.

400

0

temperatur C

300

P1

B

C

200 usefull heat 100 24,1 0

A`` P2

A

D

A`

E

D`

-100 rejected heat -200 -273 1

2

3

4

5 6 entropy, kJ/kg K

7

8

9

Gambar II.4 PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S Kondisi uap yang keluar dari boiler masuk ke dalam turbin ada pada titik C yang merupakan uap jenuh kering (dry saturated). Diasumsikan tidak ada losses pada pipa uap boiler dengan turbin. Di turbin, uap diekspansikan secara isentropic dari titik C ke titik D. Kondensor mengkondensasikan seluruh uap sehingga menjadi air jenuh dan prosesnya berjalan dari titik D ke titik A pada tekanan P2. Air yang Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

bertekanan P2 ini dikompresikan isentropic sehingga tekanannya naik menjadi P1 (garis proses kenaikan tekanan tidak digambarkan dan kerja pompa diabaikan). Dengan tekanan sebesar P1, temperaturnya dinaikkan menjadi TB. Dari titik B sampai titik C terjadi proses penguapan atau mengubah fasa air menjadi fasa uap pada tekanan P1. Selama perubahan fasa ini tidak terjadi perubahan tekanan maupun temperatur. Proses A-B terjadi pada sistem air kondensat dan sistem air pengisi, sedangkan proses B-C terjadi di dalam boiler pada siklus Rankine, energi yang masuk ke dalam sistem adalah panas yang masuk ke boiler. Energi yang keluar dari sistem sebagai losses adalah panas terbuang di kondensor.

II.2 KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA PLTU Keterangan Gambar II.3 : 1

: Boiler

P

: Pompa

2

: Drum

Q1

: Pipa-pipa Boiler

3

: Turbin Tekanan Tinggi

Q2

: Superhiter

4

: Turbin Tekanan Menengah

Q3

: Pemanas Ulang

5

: Turbin Tekanan Rendah

6

: Kondensor

7

: Pemanasan Awal

8

: Pembakaran Bahan Bakar

9

: Kipas Udara Masuk

10

: Kipas Gas Buang

11

: Generator


10 1 Q 3

2

uap tekanan menengah

Q2

uap tekanan rendah uap tekanan tinggi

turbin Q1 P

4

3

5

11

8 air pendingin

6

9

P 7 P

Gambar II.5 Komponen-komponen Utama PLTU II.2.1 Boiler Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.


Gambar II.6 Boiler II.2.2 Turbin Uap Turbin uap pada umumnya lebih banyak digunakan untuk memutar generator pembangkit listrik. Cara kerjanya adalah sebagai penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros turbin dikopel dengan poros generator untuk menghasilkan energi listrik. Ditinjau dari cara kerja transfer energi uap ke poros, turbin uap dapat dibedakan atas dua tipe : 1. turbin reaksi 2. turbin impuls Apabila ditinjau dari aliran uap, turbin uap dapat diklasifikasikan atas tiga tipe, yaitu : i. turbin aliran radial ii. turbin aliran tangensial iii. turbin aliran aksial II.2.2.1 Turbin Reaksi Dirancang pertama kali oleh Hero 120 tahun sebelum masehi. Reaksi ini pancaran uap yang keluar dari nosel (nozzle) mendorong rotor sehingga berputar (gambar II.7). II.2.2.2 Turbin Impuls Jenis turbin ini pertama kali dibuat oleh Branca pada tahun 1629, lihat gambar II.8 untuk prinsip kerjanya. Pancaran uap yang keluar dari nosel menghembus daun-daun rotor (disebut blade) sehingga rotor berputar


(a) Turbin reaksi

(b) Diagram Sudu Turbin reaksi

Ket : Sudu diam (A, A1, A2), sudu bergerak (B, B1, B2) Gambar II.7 Prinsip Kerja Turbin Reaksi

(a) Turbin Buatan Branca 1629

(b) Diagram Sudu Turbin Impuls

Ket : nozzle (A, AA), sudu bergerak (B1, B2, BB1, BB2), sudu diam (C, CC) Gambar II.8 Prinsip Kerja Turbin Impuls II.2.2.i Turbin Aliran Radial Turbin terdiri dari dua rotor dengan blades dipasang berselangan. Turbin aliran ini dikembangkan oleh Ljungstorm (gambar II.9). Kedua rotor berputar dengan arah saling berlawanan, dan masing-masing rotor dikopel terhadap dua generator terpisah. Arah aliran uapnya radial (tegak lurus menjauhi poros), oleh karena itu dinamakan turbin aliran radial.


II.2.2.ii Turbin Aliran Tangensial Jenis turbin ini memliki konstruksi yang kokoh akan tetapi efisiensinya sangat rendah. Pancaran uap dari nosel diarahkan untuk menghembus bucket yang dipasang melingkar pada rotor (gambar II.10). arah hembusan uap adalah tangensial (pada garis singgung putaran bucket). II.2.2.iii Turbin Aliran Aksial Tipe ini yang paling populer dan sangat cocok untuk kapasitas besar. Turbin ini dapat merupakan tipe reaksi dan juga merupakan tipe impuls. Arah aliran uap sejajar dengan poros (gambar II.11).

Gambar II.9 Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)


Gambar II.10 Turbin Tangensial

Gambar II.11 Turbin Aliran Aksial

II.2.3 Kondensor Kondensor merupakan peralatan untuk mengembunkan kembali uap yang telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk menghemat sumber air yng ada di sekitarnya serta menkamin kemurnian air yang digunakan dalam sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun kotoran-kotoran yang dapat merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya menggunakan air dingin seperti air sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses melalui water treatment terlebih dahulu.


uap dari turbin air pendingin dari pipa

sekat arah aliran air pompa air pendingin pipa air hasil kondensasi

air pendingin masuk ke pipa

Gambar II.12 Sistem Kondensor

II.2.4 Deaerator Fungsi deaerator adalah untuk membuang gas-gas atau udara yang tidak terkondensasi yang terbawa ke dalam air pengisi. Jenis deaerator ada yang langsung terintegrasi dengan steam drum dan ada yang terpisahkan atau tersendiri. Gas yang tidak bisa terkondensasi sifatnya merugikan yaitu menghambat perpindahan panas dan udara bisa menyebabkan korosi di bagian dalam pipa-pipa air. Air yang telah dijernihkan maupun air yang telah jernih perlu dilunakkan dengan proses kimia. Reaksi kimia ini menimbulkan berbagai endapan yang harus disaring oleh saringan atau proses pemurnian pendahuluan. Langkah berikutnya adalah demineralisasi, yaitu suatu proses kimia untuk menghilangkan mineralmineral yang masih terdapat dalam air. Kemudian air yang keluar dari instalasi deminearalisasi masih mengandung gas-gas oksigen dan amoniak. Untuk Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

mengeluarkan gas-gas ini, air yang keluar dari instalasi demineralisasi dialrkan ke deaerator.

Gambar II.13 Deaerator

II.2.5 Pompa-pompa Pelumasan Pompa-pompa pelumasan adalah alat bantu pelumasan oli pada sistem mesin pembangkit, di antaranya adalah : •

Pompa Pelumasan Utama

Pompa ini dikopel dengan poros turbin, pompa ini berfungsi untuk memberikan suplai pelumasan pada turbin ketika turbin telah berputar pada putaran normalnya. Selain itu, pompa pelumas utama juga mensuplai oli untuk keperluan sistem governor seperti power oil dan pilot oil. •

Pompa Pelumas Bantu (Auxiliary Oil Pump)


Pompa ini digerakkan oleh motor listrik AC dan mensuplai minyak ke turbin bila pompa minyak pelumas utama tidak dapat mensuplai misalnya ketika putaran rendah atau pada saat start turbin. Seperti pompa minyak utama, selain mensuplai sistem pelumasan, pompa ini juga untuk mensuplai power oil dan pilot oil.

II.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL II.3.1 Komponen-komponen Utama PLTD 4 12

3 1

5

2 8

10

13

9

11

16 17

7

18

14 19

6

15

Gambar II.14 Komponen-komponen Utama PLTD

Keterangan gambar : 1

: mesin diesel

10

: tangki udara start

2

: generator

11

: kompresor

3

: saringan udara

12

: tangki air

4

: peredam kebisingan

13

: pompa air


5

: tangki bahan bakar harian

14

: menara pendingin

6

: tangki bahan bakar

15

: suplesi air

7

: pompa bahan bakar

16

: pendingin minyak pelumas

8

: saringan bahan bakar

17

: tangki minyak pelumas

9

: pompa injeksi bahan bakar

18

: pompa minyak pelumas

19

: pembersih minyak pelumas

II.3.2 Prinsip Kerja Mesin Diesel Pembangkit Listrik tenaga Diesel atau PLTD adalah suatu stasiun pembangkit tenaga, di mana sebagai penggerak mulanya adalah sebuah mesin diesel yang mendapat energi dari bahan bakar cair yang dikenal sebagai minyak solar, dan merubah energi tersebut menjadi energi mekanik dan dikopel dengan sebuah generator untuk mengubah energi mekanik dari mesin diesel menjadi energi listrik. Kebanyakan mesin diesel siklus operasinya empat langkah, karena lebih efisien dibandingkan dengan mesin dua langkah. Diesel mendapatkan daya dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder mesin atau dengan kata lain proses kerja ini ini disebut siklus Otto yang ditemukan oleh insinyur jerman bernama Otto pada tahun 1876. pembakaran bahan bakar tersebut menghasilkan kenaikan temperatur dan tekanan di dalam silinder mesin. Dan tahanan yang dibangkitkan mendorong piston yang terdapat pada silinder mesin. Daya mekanik yang dibangkitkan, diteruskan ke batang engkol (connecting rod), yang dipasang pada poros engkol (crank shaft) untuk meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.


busi

udara & bahan bakar masuk

katub masuk

gas buang keluar

katub keluar

silinder

torak

batang penghubung

poros engkol tangan engkol (1) Langkah pemasukan dan penghisapan

(2) Langkah kompresi

(3) Langkah ekspansi & kerja

(4) Langkah pembuangan

Gambar II.15 Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah Pada sebuah mesin yang mempergunakan siklus percikan kompresi tidak dipergunakan busi. Percikan terjadi karena suhu tinggi disebabkan oleh kompresi udara yang tinggi di silinder. Gambar II.16 memperlihatkan suatu siklus teoritis dan actual untuk jenis mesin yang demikian. P

T

P 3

4

4

ekspansi awal injeksi kompresi

3

masuk & keluar

2 5

5 2

1

1

V

S

V

(a)

(b)

(c)

Gambar II.16 Siklus Percikan Kompresi Proses yang terjadi dalam mesin diesel ini adalah sebagai berikut : 1-2

: kompresi isentropic

2-3

: penambahan panas pada volume konstan


3-4

: penambahan panas pada tekanan konstan

4-5

: ekspansi isentropik

5-1

: pembuangan panas pada volume konstan

Mesin ini sering disebut juga motor diesel sesuai dengan nama dari pembuatnya, yaitu seorang Jerman yang bernama Diesel. Pada mesin ini penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Efisiensi termal dari motor diesel adalah sebagai berikut :

η=

Q2−3 − Q3− 4 − Q5−1 1 = k −1 Q2−3 + Q3− 4  V5     V2 

di mana : Q2-3

= energi yang ditambahkan pada keadaan 2-3,

Q3-4

= energi yang ditambahkan pada keadaan 3-4,

Q5-1

= energi yang dibuang pada keadaan 5-1,

V5

= volume pada keadaan 5,

V2

= volume pada keadaan 2,

k

= rasio panas spesifik = 1,3 – 1,4 untuk udara.

Gambar II.16(a) memperlihatkan diagram Tekanan-Volume (P-V) untuk keadaan teoritis, sedangkan gambar II.16(b) memperlihatkan untuk suatu siklus yang sebenarnya bagi sebuah motor diesel.


II.4 GENERATOR SINKRON II.4.1 Umum Generator sinkron merupakan komponen penting untuk pembangkitan daya tiga fasa dalam suatu pembangkit listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik. Konversi energi mekanik menjadi energi lisrtrik secara besar-besaran praktis hanya dilakukan dengan generator sinkron. Hal ini dikarenakan generator sinkron sebagai mesin pembangkit dapat dibuat untuk pembangkit tenaga listrik berkapasitas besar dan dapat diparalelkan dengan generator lain maupun infinite bus dalam suatu sistem interkoneksi. Sebuah generator sinrkon standar utamanya terdiri dari sebuah rotor yang dimagnetisasi oleh arus medan DC dan sebuah stator dengan belitan tiga fasa AC. Istilah mesin sinkron didasarkan pada kenyataan bahwa rotor berputar secara sinkron dengan medan putaran magnettik stator.

II.4.2 Komponen Utama Generator Sinkron Generator sinkron merupakan generator yang paling umum digunakan dalam pembangkitan energi listrik boloak-balik. Konstrtuksi generator sinkron dapat dilihat pada gambar II.17.


Gambar II.17 Generator Sinkron Komponen terpenting dari generator sinkron terdiri dua bagian utama yaitu stator dan rotor. 1. Stator Stator terdiri dari tiga komponen utama : a. Rangka Stator Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga jangkar generator, yang terbuat dari besi tuang dan dilengkapi dengan slot-slot (parit) sebagai tempat melekatnya kumparan jangkar. Rangka stator memilki celah yang berfungsi sebagai ventilasi udara, sehingga udara dapat keluar masuk dalam inti stator sebagai pendingin. b. Inti Stator Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic khusus yang terpasang ke rangka stator. Laminasi-laminasi diisolasi satu sama lain dan mempunyai jarak antara laminasi yang memungkinkan udara pendingin lewat. Di sekeliling inti terdapat slot-slot tempat melekatkan konduktor / belitan jangkar. c. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar) Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Kumparan jangkar merupakan kumparan tempat timbulnya ggl induksi, sehingga melalui terminal output kumparan jangkar, yang merupakan terminal output generator, diperoleh energi listrik yang siap untuk disalurkan.

2. Rotor Rotor terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : a. Slip Ring Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring. Slip ring ini kemudian dihubungkan ke sumber DC daya luar melalui sikat (brush) yang ditempatkan menempel pada slip ring. Sikat ini merupakan batang grafit yang terbuat dari senyawa karbon yang bersifat konduktif dan memiliki koefisien gaya gesekan yang sangat rendah. b. Kumparan Rotor (medan) Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan medan ini ditempatkan di bagian rotor dari generator. Kumparan ini mendapatkan arus searah dari sumber eksitasi tertentu. c. Poros Rotor Poros rotor merupakan tempat peletakan kumparan medan, di mana pada poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor sehingga penempatan kumparan medan dapat diatur sesuai dengan rancangan yang dikehendaki.


II.4.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron Suatu mesin listrik (generator atau motor) akan berfungsi bila memiliki : 1. kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet; 2. kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor-konduktor yang terletak pada alur-alur jangkar; dan 3. celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet

Untuk menghasilkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan maka fluks magnetic yang memotong kumparan harus berubah. Dengan kata lain ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung penghantar atau kumparan adalah sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut, yang dirumuskan oleh : E

= –N

= –N

=

dΦ dt

d ( BA cos θ ) dt

– NBA

d (cos θ ) dt

Laju perubahan fluks magnetik ini bisa disebabkan oleh salah satu perubahan berikut : 1. perubahan luas bidang kumparan A (B dan θ tetap) 2. perubahan besar induksi magnetik B(A dan θ tetap) 3. perubahan sudut θ antara arah B dan dengan arah normal bidang


Khusus untuk generator, timbulnya ggl induksi disebabkan oleh perubahan sudut θ antara B dan arah normal bidang. Inilah yang mendasari bagaimana generator sinkron dapat menghasilkan energi listrik. Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai berikut : 1. Kumparan medan yang diletakkan di rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus yang mengalir melalui kumparan medan akan menimbulkan fluks magnetik yang besarnya terhadap waktu adalah tetap. 2. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopeldengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar dengan kecepatan tertentu sesuai dengan diharapkan. 3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Dengan demikian, kumparan jangkar yang terletak di stator akan dilingkupi oleh fluks magnetik yang berubahubah besarnya setiap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik terhadap yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-uung kumparan tersebut. Untuk generator sinkron tiga fasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sma lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik. Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

II.4.4 Sistem Penguatan (Exiter) Generator Sinkron Sistem penguatan generator sinkron terus mengalami perkembangan seiring dengan penigkatan kapasitas generator itu sendiri. Pada generator sinkron, arus medan yang diperlukan untuk membangkitkan medan magnet rotor disuplai dari sumber daya DC tertentu. Karena kumparan medan terletak pada rotor yang berputar, maka diperlukan perancangan khusus untuk membentuk

rangkaian

sumber daya DC terhadap kumparan medan. a. DC Exicter Prinsip DC exicter ini adalah pengkopelan poros secara mekanis dari suatu generator sinkron dengan sebuah generator arus searah untuk mensuplai arus searah pada belitan medan di rotornya diperlihatkan pada gambar II.16.

generator sinkron

generator DC

Gambar II.18 Generator Sinkron yang menerima arus penguat medan dari Generator DC Dari gambar di atas terlihat bahwa pada generator sinkron tersebut antara generator utama dan generator DC sebagai pensuplai arus medan pada belitan medannya dikopel secara langsung dengan shaft pada masing-masing generator. b. Brushless Exicter


Brushless Exicter (exicter tanpa sikat) diaplikasikan pada mesin sinkron, di mana suplai arus searah ke belitan medan dilaksanakan tanpa melalui sikat. Biasanya arus searah yang disuplai ke belitan medan berasal dari generator arus bolak-balik yang memiliki shaft yang sama dengan generator utama. Output dari generator bolak-balik (exicter) ini dikonversikan menjadi arus searah dengan penyearah yang diletakkan pada bagian shaft ataupun pada bagian dalam dari rotor generator sinkron. sistem kerjanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

exicter kumparan jangkar exicter

penyearah tiga fasa

generator sinkron

IF

rotor

kumparan medan generator utama

kumparan medan exicter

output tiga fasa

stator

RF

kumparan jangkar generator utama input tiga fasa (arus rendah)

Gambar II.19 Sistem Brushless Exictation Pada gambar di atas terlihat bahwa untuk menghindari adanya kontak geser pada bagian rotor generator sinkron, maka exicter-nya dirancang sedemikian sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung disampaikan ke Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

bagian belitan medan dari generator sinkron. Hal ini dimungkinkan karena dioda penyearah ditempatkan pada bagian shaft yang dimiliki bersama-sama oleh rotor generator sinkron dan exicter-nya, kemudian pada shaft inilah dioda penyearah tadi dilekatkan. Arus medan pada generator sinkron langsung dikontrol oleh arus yang mengalir pada medan exicter, dan dalam hal ini exicter berfungsi sebagai suatu power amplifier. Dioda penyearah yang dipergunakan dirancang sedemikian rupa sehingga mampu bertahan melawan daya sentrifugal yang dirasakannya.

c. Permanent Magnet Generator (PMG) Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang berputar agar generator tersebut dapat menghasilkan tegangan pada statornya. Medan magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor adalah dengan magnet permanen yang dilekatkan pada shaft dari generator tersebut. Generator yang menggunakan magnet permanen sebagai eksitasinya disebut dengan Permanent Magnet Generator (PMG). Biasanya PMG ini dipergunakan pada mesin-mesin berkapasitas kecil saja. Hal ini disebabkan karena kesulitandalam mencegah efek magnet permanen yang dapat menarik benda-benda logam di sekitarnya, sehingga sulit dalam perawatan dan pemasangannya. Selain itu PMG biasanya dipergunakan sebagai pilot exiciter yang mensuplai arus medan pada bagian rotor suatu generator sinkron sehingga generator tersebut dapat men-starting sendiri.


Pada suatu generator besar biasanya mempergunakan paduan dari sistem brushless excitation yang dilengkapi PMG. Hal ini dimaksudkan agar sistem eksitasi dari generator sama sekali tidak tergantung dari sumber daya listrik dari luar mesin itu. Bentuk skematik dari sistem ini digambarkan sebagai berikut. exicter

pilot exciter

kumparan jangkar exicter

medan pilot exicter

penyearah tiga fasa IF

generator sinkron

rotor

kumparan medan generator utama magnet permanen

penyearah tiga fasa

IF

output tiga fasa

RF

stator

kumparan jangkar pilot exiciter

kumparan medan exicter

kumparan jangkar generator utama

Gambar II.20 Generator dengan Sistem Brushless Excitation dan PMG Terlihat pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat magnet permanen, kumparan jangkar exicter, kumparan utama medan dari generator. Hal ini memungkinkan generator tersebut untuk tidak menggunakan slip ring dan sikat dalam pengoperasiannya secara keseluruhan sehingga lebih efektif dan efisien.

II.4.5 Proteksi Pada Generator Sinkron Sistem proteksi generator sinkron terbagi ke dalam dua jenis, yaitu : -

proteksi stator


-

proteksi rotor Proteksi stator meliputi proteksi tegangan lebih, proteksi arus lebih,

proteksi impedansi, proteksi stator terhadap gangguan tanah, proteksi arus diferensial, proteksi terhadap cairan yang masuk ke generator. Proteksi rotor meliputi pembatas sudut beban, proteksi underexcitation, proteksi beban tidak seimbang, proteksi rotor terhadap gangguan tanah. Umumnya sistem proteksi juga terbagi menjadi proteksi mekanik dan proteksi elektrik. 1. proteksi tegangan lebih Di dalam generator biasanya sudah dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis (AVR), yang akan mengatur kestabilan tegangan keluarannya. Namun demikian untuk mengantisipasi kalau pengatur tegangan otomatis tidak bekerja, maka relai tegangan lebih digunakan sebagai pengaman. Relai tegangan lebih (Over Voltage Relay) yang digunakan dilengkapi dengan piranti tunda waktu (time delay) agar diperoleh selektivitas yang memadai, khususnya untuk koordinasi dengan karakteristik pengatur tegangan otomatis. Relai tegangan lebih digunakan pada generator-generator yang mempunyai kapasitas sekitar 10 MVA keatas dengan tegangan kerja 6 KV atau lebih. 2. proteksi arus lebih Relai arus lebih digunakan sebagai pengaman generator, terutama terhadap gangguan-gangguan didepan pemutus tenaga (PMT) generator, baik antar fase maupun gangguan fase ketanah. Penyetelan tunda waktu dari relai harus mempertimbangkan kemampuan generator untuk bertahan terhadap kondisi Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

hubung singkat yang terjadi didepan generator. Sebagaimana diketahui bahwa pada saat terjadi hubung singkat, ada tiga kondisi arus atau reaktansi yang ada pada generator , yaitu arus subperalihan (subtransient), arus peralihan (transient), dan arus tetap (steady state). Oleh karena itu, penyetelan (settings) arus dan tunda waktu hendaknya juga mempertimbangkan kondisi-kondisi tersebut . Penyetelan arus hendaknya lebih besar dari nilai arus nominal generator sehingga memungkinkan generator mampu menahan beban lebih untuk beberapa detik. Hal yang penting pada pengaman generator terhadap arus lebih adalah adanya koordinasi relai, baik koordinasi besaran arus maupun waktu tundanya (time delay). Disamping itu perlu dipertimbangkan pula adanya relai-relai pengaman cadangan (back-up) pada generator. 3. proteksi stator terhadap hubungan tanah Pengaman ini digunakan untuk mendeteksi adanya gangguan-gangguan stator hubung tanah pada generator yang dihubungkan dengan transformator tenaga. Relai ini dapat mendeteksi gangguan-gangguan tanah sampai 95% dari kumparan generator. Sedangkan dengan peralatan kompensasi khusus dapat mendeteksi sampai 100% dari kumparan generator. Adanya gangguan hubung tanah pada stator harus segera diatasi, sebab gangguan ini dapat menimbulkan panas yang berlebihan, kerusakan laminasi alur generator bahkan kebakaran. Oleh karena itu, jika terjadi gangguan seperti itu: pemutus generator, pemutus arus penguat medan, dan penggerak awal harus secepatnya dimatikan. 4. proteksi arus diferensial Relai diferensial digunakan untuk mengamankan generator dari kerusakan akibat adanya gangguan internal pada kumparan stator. Dua unit transformator arus (CT) Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

masing-masing dipasang pada kedua sisi kumparan generator, Sekunder CT terhubung bintang yang ujung-ujungnya dihubungkan melalui kawat-kawat pilot. Pada kondisi normal dan tidak ada gangguan internal, besarnya arus kedua sisi kumparan sama, sehingga arus yang mengalir pada sisi-sisi sekunder CT juga sama. Hal ini menyebabkan tidak ada arus yang mengalir pada relai. Pada saat terjadi gangguan pada kumparan generator, mungkin fase dengan fase atau fase dengan ground, maka arus yang mengalir pada kedua sisi kumparan akan berbeda, sehingga ada arus yang mengalir pada relai. Relai bekerja menarik kontak sehingga kumparan triping mendapat tenaga dari catudaya searah yang selanjutnya akan menarik kontak pemutus tenaga untuk memutuskan hubungan generator dengan sistem. II.4.6 OPERASI PARALEL GENERATOR Operasi paralel pusat-pusat tenaga listrik pada asasnya merupakan perluasan bekerja paralel satu generator dengan generator lain, dengan tambahan resistansi dan reaktansi saluran-saluran interkoneksi. Proses menghubungkan paralel satu generator dengan generator lain dinamakan sinkronisasi. 1. Syarat-Syarat Operasi Paralel Generator Dalam melakukan sinkronisasi, generator yang akan diparalelkan harus memenuhi syarat-syarat operasi paralel, di antaranya adalah sebagai berikut : 1. tegangan apitan dari generator yang akan diparalelkan harus sama dengan tegangan di jaringan 2. frekuensi generator harus sama dengan frekuensi jaringan 3. sudut fasa dari fasa-fasa yang dihubungkan satu sama lain harus sama besar Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

4. urutan fasa kedua generator harus sama atau urutan fasa generator yang akan diparalelkan harus sama dengan jaringan.

2. Dua Generator Bekerja Paralel Umpamakan dua generator G1 dan G2 yang bekerja paralel sebagaimana terlihat pada Gambar II.8. Masing-masing generator memiliki impedansi Z1 dan Z2 yang terdiri atas resistansi R1 dan R2 serta X1 dan X2. Gaya gerak listrik E yang diinduksikan dalam masing-masing mesin adalah E1 dan E2.

} }

Z1

E1 G1

X1

R1

Z2

E2 G2

X2

R2

Gambar II.21 Dua Generator Bekerja Paralel Is Er E2

E1 0

Gambar II.21a Reaktansi Diabaikan


Er E2

E1 0

Is

Gambar II.21b Resistansi Diabaikan Misalkan kini suatu keadaan khusus di mana dari kedua mesin reaktansinya dapat diabaikan. Dalam keadaan demikian kedua ggl E1 dan E2 memiliki selisih fasa sekitar 180 0 (Gambar II.8a), dan resultan Er hampir tegak lurus pada E1 dan E2. Besar arus sinkronisasi dinyatakan dengan rumus : I sy =

Er (Z1 + Z 2 )

Misalkan kini kedua mesin hanya memiliki reaktansi mendekati nol. Arus sinkronisasi Is kan tegak lurus terhadap ggl Er atau sefasa dengan ggl salah satu mesin, misalkan E2 (Gambar II.8b). Dalam hal ini mesin 2 akan memberi daya nyata kepada mesin 1, agar mesin ini dapat berjalan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa untuk memungkinkan generator beroperasi paralel, adanya reaktansi mutlak diperlukan. Bilamana dua generator berada dalam keadaan sinkronisasi penuh maka kedua ggl yang diinduksikan adalah sama dan berbeda fasa 1800, sebagaimana terlihat pada Gambar II.9a, dan tidak terdapat arus mengalir dalam rangkaian setempat. Bilamana kedua ggl sama besarnya tapi berbeda fasa tidak tepat 1800, maka resultan ggl Er bergerak di dalam rangkaian setempat dan mengakibatkan mengalirnya apa yang dikenal sebagai arus sinkronisasi.


E2

Er φ2 α

E2

E1 0

E2

(a) Sinkronisasi Penuh

θ

φ1

Is

0

E1

(b) Sinkronisasi Tidak Penuh

Gambar II.22 Arus Sinkronisasi Misalkan perbedaan fasa antara kedua ggl sebesar α dan E1 = E2 = E, maka resultan ggl Er adalah : Er

 180 0 − α   = 2E cos  2  

α  = 2E cos  90 0 −  2  α  = 2E sin   2 α  = 2E   2 =αE Pendekatan di atas berlaku jika sudut α memilki nilai yang kecil sekali. Besar sinkronisasi Is adalah : Is

=

=

Er Z

αE Z

dengan catatan bahwa Is tertinggal fasa sebesar θ, di mana : θ

X  = arc tg  s   R 


di mana Z merupakan impedansi gabungan per fasa dari kedua generator atau generator dengan jaringan yang memilki kekuatan yang tak terhingga. Bilamana reaktansi generator diketahui, maka arus sinkronisasi adalah : Is

=

E Xs

tertinggal fasa 900 dengan gerak listrik resultan Er. Dalam keadaan di atas mesin 1 memberi daya sebesar E1 Is cosΦ1 sedangkan mesin 2 menerima daya sebesar E2 Is cos Φ2. Karena daya yang dipasok mesin 1 adalah sama dengan daya diterima mesin-mesin ditambah rugirugi, maka berlaku : E1 Is cosΦ1

= E2 Is cos Φ2 + rugi-rugi

Daya yang dipasok mesin 1 dinamakan daya sinkronisasi dan dinyatakan dengan rumus : Ps

= E1 Is cos Φ1 = E1 Is

E1

=E

karena :

dan Φ1 kecil sekali, maka : Ps

 αE   = E   Xs 

=

αE 2 Xs

Untuk daya sinkronisasi sistem tiga fasa dengan demikian adalah : Ps3

=

3αE 2 Xs


Bilamana Ts merupakan torsi sinkronisasi (berdimensi newton meter) maka daya sinkronisasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut : Ps3

= Ts 2π

Ts

= Ps3

ns 60

60 2πn s

di mana : ns

: kecepatan putar sinkron =

f

: frekuensi

p

: jumlah kutub

120 f p

Misalkan kembali dua generator yang memiliki ggl tepat sefasa (relatif terhadap beban luar), akan tetapi besaran E1 dan E2 tidak sama (E1 lebih besar dari E2). Resultan Er adalah sebesar E1 – E2 dan bertindak di dalam rangkaian setempat dan menyebabkan terjadinya arus sinkronisasi Is di dalam rangkaian lokal. Arus sinkronisasi Is ini terbelakang fasa pada Er atau E1 sebesar 900. Sebaliknya E2 tertinggal fasa 900 pada Is, sebagaimana terlihat pada Gambar II.10. Dengan demikian arus sinkronisasi memiliki efek demagnetisasi pada mesin pertama, sehingga menghasilkan penurunan E1 serta efek demagnetisasi pada mesin kedua dan mengakibatkan peningkatan E2. Dengan demikian perbedaan antara E1 dan E2 diperkecil dan kondisi stabil diperoleh kembali.


Er

0

E2

E1

0

0

90

90

Is

Gambar II.23 Efek Tegangan Yang Tidak Sama Misalkan dua mesin dengan karakteristik kecepatan-beban yang tepat sama yang bekerja paralel dengan suatu tegangan apitan bersama sebesar V dan dengan beban impedansi sebesar Z. Misalkan selanjutnya ggl dari mesin 1 dan mesin 2 sebesar E1 dan E2 sedangkan impedansi fasa masing-masing Z1 dan Z2. Tegangan apitan mesin 1 adalah : V

= E1 – I1 Z1, dan

tegangan apitan mesin 2 adalah : V

= E2 – I2 Z2 Z1 I1

E1

Z2 I2

E2

I Z

Gambar II.24 Pembagian Beban Antara Dua Generator Juga berlaku : V

= I Z = (I1 + I2) Z

Dari persamaan-persamaan di atas diperoleh : Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

I1

=

E1 − V , dan Z1

I2

=

E2 − V , Z2

selanjutnya dapat diperoleh pula : I1 + I2 =

E1 − V E −V + 2 Z1 Z2

Atau :  1 E 1 1 E V  + +  = 1 + 2  Z1 Z 2 Z  Z1 Z 2

Atau : E1

V

=

1

Z1

Z1

+

+ 1

E2

Z2

Z2 +1

Z

II.4.7 JENIS OPERASI PARALEL GENERATOR Ketika generator beroperasi sendiri dalam melayani beban, besarnya daya nyata P dan daya reaktif Q yang disuplai oleh generator pasti sebesar total beban yang dipikul oleh generator. Atau dengan kata lain, besarnya daya nyata P dan daya reaktif Q dari generator tidak dapat diatur melalui kontrol generator. Untuk setiap kondisi beban, setting governor yang dikenakan hanyalah untuk mengatur frekuensi operasi generator, begitu juga dengan fungsi pengaturan besarnya arus medan generator hanyalah untuk mengendalikan tegangan terminal sistem VT (bukan untuk mengatur besarnya output daya reaktif generator). Pada operasi paralel karena perubahan beban pada pelayanannya akan menyebabkan tegangan terminal berubah, sehingga tegangan terminal perlu diubah yang juga akan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

mengubah daya reaktif, kita perlu mengatur daya reaktif yang dihasilkan karena akan mempengaruhi daya reaktif yang merupakan daya yang disuplai ke beban. Karakteristik pembebanan generator yang beroperasi paralel dalam hubungannya dengan pengaturan frekuensi dan tegangan terminal generator dapat dilihat pada Gambar II.25. N Nbn Nbp

0

Pbp

kW

(a) Kurva Kecepatan Poros Rotor Terhadap Daya Aktif P f f bn f bp

0

Pbp

kW

(b) Kurva Frekuensi-Daya Aktif P


V Vbn Vbp

-

+

-Q konsumsi kVAr

Q bp

0

Q (daya reaktif) suplai kVAr

(c) Kurva Tegangan Terminal-Daya Reaktif (Q) Gambar II.25 Karakteristik Generator yang Bekerja Paralel Keterangan gambar : N

: putaran generator (ppm-putaran per menit)

f

: frekuensi

V

: tegangan terminal

P

: daya nyata

O

: daya reaktif

bn

: kondisi beban nol (tanpa beban)

bp

: kondisi beban penuh

Tanda positif (+) pada Gambar II.25 (c) di atas, generator memasok daya rektif, sedangkan tanda minus (-) berarti generator menyerap / mengkonsumsi daya reaktif. Dari Gambar II.25 (b) dapat diturunkan rumus hubungan frekuensi dan daya listrik sebagai berikut : Pout

= kk . (fbn – fsis)

di mana : Pout

: daya keluaran generator (kW)

kk

: kemiringan kurva (kW/Hz) atau (MW/Hz)


fbn

: frkuensi beban nol generator (Hz)

fsis

: frekuensi sistem listrik keseluruhan (Hz). Secara umum ada dua jenis operasi paralel generator yang ditemukan

dalam sistem tenaga listrik, yaitu : 1. operasi paralel generator dengan sistem daya yang besar 2. operasi paralel generator dengan generator lain yang berkapasitas sama besar.

1. Operasi Paralel Generator dengan Sistem Daya yang Besar Sistem daya yang besar sering disebut dengan infinite bus. Infinite bus adalah suatu sistem daya yang berkapasitas sangat besar sehingga tegangan dan frekuensi dari sistem tersebut tidak lagi dipengaruhi oleh besarnya daya nyata P dan daya rektif Q yang dibutuhkan oleh beban. Karena daya listrik jaringan ini jauh lebih besar dari pada generator, maka efek yang ada pada generatortersebut hampir tidak berpengaruh (untuk idealnya dianggap tidak berpengaruh sama sekali) pada jaringan yang ada tersebut. Karena itu pula jaringan listrik tersebut untuk idealnya disebut sebagai jaringan / jala-jala tidak berhingga (infinite bus). infinite bus

beban

generator

Gambar II.26 Generator yang Terhubung Paralel Dengan Infinite Bus


Karakteristik frekuensi-daya nyata P, karakteristik tegangan-daya reaktif Q untuk jenis operasi paralel generator dengan infinite bus dapat dilihat pada Gambar II.27 berikut ini. f

-P konsumsi

+ 0

P (daya aktif) suplai kW

(a) Karakteristik frekuensi-Daya Aktif P

V

-Q konsumsi

+ 0

Q (daya reaktif) suplai kVAr

(b) Karakteristik Tegangan-Daya Reaktif Q Gambar II.27 Karakteristik Jaringan Tidak Berhingga Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa jaringan tidak berhingga dapat bertindak sebagai pemasok maupun sebagai konsumen daya listrik. Jadi apabila


generator memasok daya yang melebihi dari yang dibutuhkan beban, maka daya listrik tersebut akan dikonsumsi oleh jaringan tersebut. Berikut ini adalah gambar / diagram frekuensi-daya generator yang dihubungkan paralel dengan jaringan tidak berhingga. f (Hz) f bn f bp

Pb = P j + Pg kW

jaringan

Pg generator

Pj

kW

Pb

Gambar II.28 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel Dengan Jaringan Di mana : Pj

: daya aktif jaringan

Pg

: daya aktif generator

Pb

: daya aktif beban

fbn

: frekuensi tanpa beban

fbp

: frekuensi beban penuh pada saat kondisi sinkron dengan jaringan tercapai, maka generator akan

mengambang (floating) pada jaringan tersebut dan memasok daya nyata yang kecil, serta dengan daya reaktif yang kecil pula (atau tidak sama sekali). Hal ini dapat dilukiskan pada diagram frekuensi-daya sebagai berikut :


f (Hz) f bn f bp

kW

kW

Pg

Gambar II.29 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel Dengan Jaringan Pada Saat Sinkron Tapi kadang-kadang ada kalanya ketika kondisi sinkron dengan jaringan tercapai, frekuensi generator lebih rendah dari frekuensi jaringan, maka secara otomatis generator akan beroperasi sebagai motor (mengkonsumsi daya listrik) lihat Gambar II.30. Dalam sistem tenaga listrik modern, biasanya untuk menghindari hal tersebut di atas, panel kontrol generator selalu dilengkapi dengan rele anti daya balik (power reverse relay). Rele ini secara otomatis memutuskan hubungan antara generator dan jaringan bila generator bertindak sebagai motor. f (Hz) f bn Pg < 0

f bp

kW

Pg

+ kW

Gambar II.30 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Dengan Jaringan Pada Saat Sinkron, di mana Frekuensi Generator Sedikit Lebih Rendah Dari Frekuensi Jaringan

2. Operasi Paralel Generator Dengan Generator Lain Yang Berkapasitas Sama Besar. Operasi paralel ini adalah salah satu jenis operasi paralel generator di mana generator-generator yang dioperasikan secara paralel mempunyai rating daya yang sama besar, kalaupun berbeda selisihnya tidak terlalu jauh. Keberadaan sistem jenis operasi pralel ini dpat dilihat pada Gambar II.31 berikut ini. generator1

beban

generator2

Gambar II.31 Hubungan Paralel Antar Generator Pembagian beban generator yang bekerja paralel dipengaruhi oleh dua hal, yaitu : a. efek pengubahan penguatan b. efek pengubahan setelan governor a. Efek Pengubahan Penguatan Misalkan generator GA dan GB bekerja paralel dan masing-masing memasok arus sebesar I, sehingga total arus beban yang dipasok sebesar 2I. Kemudian penguatan GA dinaikkan, sehingga EA > EB yang berakibat mengalirnya arus sirkulasi :


2I Ib

Ia EA

EB

IS

2I IS Ia = Ib = I

GA

GB

Gambar II.32 Skema Rangkaian Paralel Generator =

IS

E A − EB 2Z S

(dengan catatan ZA = ZB, sehingga ZA + ZB = 2ZS, di mana EA = ggl generator A, dan EB = ggl generator B). Arus IS ini mempengaruhi arus beban pada GA dan GB secara vektoris, sehinnga besarnya arus GA sebesar Ia dengan factor daya sebesar cos φA dan arus GB sebesar Ib dengan factor daya cos φB. Perubahan ini hamper tidak berpengaruh pada besarnya daya nyata beban, namun berpengaruh pada perubahan daya reaktif yang dipikul oleh generator. Berikut ini gambar segitiga daya akibat perubahan penguatan pada generator yang bekerja paralel : kondisi 1 GA Q beban

φA

QA

S

kondisi 2 GA

φA

S

Q beban QB GB

GB φB

φB

Pbeban

Pbeban

PA = PB = 12 P beban φA = φB

Gambar II.33 Segitiga Daya Generator Paralel Akibat Efek Pengubahan Penguatan


Pada kondisi 1 beban yang dipikul GA dan GB sama besarnya, namun ketika penguatan GA dinaikkan maka cos φA meningkat dan mengakibatkan besarnya daya reaktif yang ditanggung GA menurun yang berakibat GB menanggung limpahan daya reaktif GA dan cos φB pun menurun. b. Efek Perubahan Setelan Governor Jika penguatan antar dua generator yang diparalelkan dijaga tetap, dam misalkan setelan governornya (pasokan bahan bakar / daya masukan penggerak mula) generator GA dinaikkan, karena GA dan GB terhubung parallel, maka kecepatan GA tidak dapat melebihi kecepatan (over run) GB. Sebagai kompensasainya maka GA akan menaggung beban (PA) lebih besar dari pada (PB) yang ditanggung oleh GB. kondisi 1 GA Q beban

kondisi 2 QA

φA

S

Q beban

GA

φA QB

GB Pbeban

φB

S

GB

φB

Pbeban

PA = PB = 12 P beban φA = φB

Gambar II.34 Segitiga Daya Efek Pengubahan Governor II.5 GOVERNOR Governor adalah suatu alat yang harus digunakan di semua sistem pembangkit, untuk mengatur bahan bakar yang masuk ke sistem pembangkit tersebut di dalam menyesuaikan kebutuhan bahan bakar tersebut terhadap perubahan frekuensi. Misalkan pada suatu keadaan tertentu frekuensi turun pada nilai di bawah normal, penurunan frekuensi ini dirasakan oleh governor dan governor akan beraksi untuk mengembalikan frekuensi ke nilai normal dengan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

mengatur bahan bakar yang masuk sistem pembangkit agar dapat memutar turbin ke putaran normalnya sehingga frekuensi menjadi normal kembali. Terdapat dua tipe governor yang biasa digunakan yaitu tipe elektronik dan hidrolik mekanik. Governor elektronik dipasang pada mesin yang baru tetapi yang paling umum digunakan adalah governor hidrolik mekanik. Pada governor mekanis, kecepatan putar poros generator yang sebanding dengan frekuensi yang dihasilkan generator didapat dengan menggunakan bolabola berputar yang menghasilkan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal ini dibandingkan dengan gaya mekanik yang didapat dari pegas referensi. Selisih besarnya gaya sentrifugal dengan pegas ini menjadi sinyal penggerak sistem mekanis atau sistem hidrolik yang selanjutnya akan menambah uap.

Gambar II.35 Skema Governor Gambar II.35 menggambarkan skema dan prinsip kerja governor hidrolik di mana pengukuran frekuensi didapat melalui gaya sentrifugal dari bola-bola berputar. Tampak adanya sistem umpan balik melalui engsel E untuk menghentikan kerja governor. Hal ini diperlukan untuk menghindari osilasi Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

(keadaan tidak stabil) pada governor. Besarnya umpan balik dapat diatur melalui penyetelan posisi engsel E. Pada governor elektronik, deteksi frekuensi dilakukan melalui generator kecil yang mempunyai magnet permanen sehingga tegangan jepitnya sebanding dengan putarannya. Karena generator kecil ini dikopel secara mekanis dengan poros generator utama maka putarannya sebanding dengan putaran generator utama, sehingga tegangan jepit generator kecil ini sebanding dengan frekuensi generator utama. Selanjutnya tegangan jepit generator kecil ini dibandingkan dengan tegangan referensi di mana selisihnya menajdi sinyal penggerak sistem elektronik seperti halnya pada governor hidrolik.

Gambar II.36 Pengaturan Sekunder Melalui titik B2 Untuk menghindari terjadinya osilasi pada governor, perlu adanya umpan balik melalui engsel E yang menghentikan kerja governor. Adanya umpan balik menyebabkan timbul speed droop, yaitu turunnya frekuensi yang diatur governor. Intervensi ini disebut pengaturan sekunder. Pengaturan oleh governor sendiri tanpa intervensi yang menghasilkan speed droop disebut pengaturan primer.


Gambar II.37 Karakteristik Speed Droop Adanya speed droop governor terlihat pada garis S1 dan S2. Garis S2 menggambarkan keadaaan speed droop yang lebih besar dari pada keadaan garis S1 yang artinya umpan balik untuk menghasilkan garis S2 lebih besar dari pada garis S1. Besar kecilnya umpan balik ini diatur dengan melakukan pengaturan posisi engsel E. Semakin ke kiri letak engsel E, maka semakin besar umpan balik yang terjadi. Sedangkan sebaliknya, semakin ke kanan letak engsel E ini, maka semakin kecil umpan balik yang terjadi. Pengaturan sekunder melalui titik B2 dan mengubah nilai speed droop. Oleh karena itu, pada gambar di atas, pengaturan sekunder digambarkan sebagai proses pergeseran sejajar garis speed droop yang telah ada sebelumnya (pada gambar di atas diambil garis S1). II.6 ALAT PEMBAGI BEBAN GENERATOR Pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator, kemudian secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan generator tersebut, selanjutnya menghidupkan lagi generator berikutnya dan memparalelkan dengan generator pertama untuk memikul beban yang lebih besar lagi. Saat generator kedua diparalelkan dengan generator Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

pertama yang sudah memikul beban diharapkan terjadinya pembagian beban yang semula

ditanggung generator pertama, sehingga terjadi kerjasama yang

meringankan sebelum beban-beban selanjutnya dimasukkan. Seberapa besar pembagian beban yang ditanggung oleh masing-masing generator yang bekerja paralel akan tergantung jumlah masukan bahan bakar atau uap ke generator diesel atau turbin uap untuk menggerakkan turbin dalam memutar generator. Jumlah masukan bahan bakar/ udara, uap ini diatur oleh peralatan atau katub yang digerakkan governor yang menerima sinyal dari perubahan frekuensi listrik yang stabil pada 50Hz, yang ekivalen dengan perubahan putaran (rpm) mesin penggerak utama generator listrik. Bila beban listrik naik maka frekuensi akan turun, sehingga governor harus memperbesar masukan ( bahan bakar atau uap) ke mesin penggerak utama untuk menaikkan frekuensinya sampai dengan frekuensi listrik kembali ke normalnya. Sebaliknya bila beban turun, governor mesinmesin pembangkit harus mengurangi masukan bahan bakar atau uap ke mesinmesin penggerak sehingga putarannya turun sampai putaran normalnya atau frekuensinya kembali normal pada 50 Hz. Bila tidak ada governor maka mesinmesin penggerak utama generator akan mengalami overspeed bila beban turun mendadak atau akan mengalami overload bila beban listrik naik. II.6.1 Prinsip Alat Pembagi Beban Generator Governor

beroperasi pada mesin penggerak sehingga

generator

menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0 % sampai dengan 100% kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0 % sampai dengan 100 % sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100 % pada tegangan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

dan frekuensi yang konstan. Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan sinyal masukan dari keluaran arus generator berupa elektris, sehingga masukan ini perlu diubah ke mekanis dengan menggunakan elektric actuator untuk menggerakkan motor listrik yang menghasilkan gerakan mekanis yang diperlukan oleh governor. Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya disamakan tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban listrik tidak akan dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran tegangan dan frekuensinya selama beban masih dibawah kapasitas total paralelnya, sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak digunakan sebagai sumber sinyal bagi governor. Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator sebagai sumber sinyal pembagian beban sistem paralel generator-generator tersebut. Saat diparalelkan pembagian beban generator belum seimbang/sebanding dengan kemampuan masing-masing generator. Alat pembagi beban generator dipasangkan pada masing-masing rangkaian keluaran generator, dan masingmasing alat pembagi beban tersebut dihubungkan secara paralel satu dengan berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masingmasing generator dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing generator. Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban akan merupakan petunjuk posisi governor berapa % , atau arus yang lewat berapa % dari kemampuan generator. Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alatalat pembagi beban dengan jumlah arus kemampuan generator -generator yang beroperasi paralel dikalikan 100 (%) merupakan nilai posisi governor yang harus


dicapai oleh setiap mesin penggerak utama sehingga menghasilkan keluaran arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan masing-masing generator. Bila ukuran generator sama maka jumlah arus yang dideteksi oleh masingmasing alat pembagi beban dibagi jumlah generator merupakan arus beban yang harus dihasilkan oleh generator setelah governornya diubah oleh electric actuator yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sesaat setelah generator diparalelkan .

II.6.2 Instalasi Teknis Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan komponen-komponen seperti berikut : trafo arus, trafo tegangan (sebagai pencatu daya), electric actuator, potensiometer pengatur kecepatan dan saklar-saklar bantu. Lihat pengkabelannya dalam Gambar II.38.

. Gambar II.38 Pengkabelan Alat Pembagi Beban


a. Trafo arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai dengan sebesar arus sinyal yang sesuai untuk alat pembagi beban generator (biasanya maksimum 5 A atau = 100 % kemampuan maksimum generator) b. Trafo tegangan berfungsi sebagai sumber daya bagi alat pembagi beban, umumnya dengan tegangan 110 V AC, 50 Hz; dibantu adapter untuk keperluan tegangan DC. c. Electric actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sehingga mampu menggerakkan motor DC di governor sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang diharapkan. d. Potensiometer pengatur kecepatan adalah alat utama untuk mengatur frekuensi dan tegangan saat generator akan diparalelkan atau dalam proses sinkronisasi. Tegangan umumnya sudah diatur oleh AVR, sehingga naik turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin penggerak. Setelah generator dioperasikan paralelkan atau sudah sinkron dengan yang telah beroperasi kemudian menutup Mccb generator, fungsi potensiometer pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban generator. Untuk lebih akuratnya pengaturan kecepatan dalam proses sinkronisasi secara manual, biasanya terdapat potensiometer pengatur halus dan potensiometer pengatur kasar. e. Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh SPM (modul pemaralel generator) dengan mengatur tegangan dan frekuensi keluaran dari generator, kemudian mencocokan dengan tegangan dan frekuensi sistem yang sudah bekerja secara otomatis, setelah cocok Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

memberikan sinyal penutupan ke Mccb generator sehingga bergabung dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat dilihat dalam satu panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa generator di mana masing-masing panel generator mempunyai saklar sinkron di samping SPM-nya.

Dalam Gambar II.39 ditunjukkan penggunaan alat pembagi beban generator dalam suatu sistem kontrol tenaga generator, kontrol mesin penggerak dan managemen beban.

Gambar II.39 Penggunaan Alat Pembagi Beban Generator


Saklar-saklar bantu pada alat pembagi beban generator berfungsi sebagai alat manual proses pembagian (pelepasan & pengambilan) beban oleh suatu generator yang beroperasi dalam sistem paralel. Misalnya *saklar 1 ditutup untuk meminimumkan bahan bakar diesel yang berarti melepaskan beban.* Saklar 3 ditutup untuk menuju pada kecepatan kelasnya (rated speed) yang berarti pengambilan beban dari generator yang perlu diringankan beban listriknya. Setelah generator beroperasi secara paralel, generator-generator dengan alat pembagi bebannya selalu merespon secara aktif segala tindakan penaikan atau penurunan beban listrik, sehingga masing-masing generator menanggung beban dengan prosentasi yang sama diukur dari kemampuan masing-masing.

II.7 KAPASITOR BANK Pembangkit listrik AC mengeluarkan daya listrik dalam bentuk ; daya aktif (kW) yang akan diubah menjadi daya mwkanik, panas, cahaya dan sebagainya dan daya reaktif (kVAr) diperlukan oleh peralatan listrik yang bekerja dengan sistem elektromagnet untuk pembentukan medan magnet. Penjumlahan daya aktif dan daya reaktif menghasilkan daya nyata (kVA). Di mana perbandingan antara daya aktif dan daya nyata menghasilkan faktor daya (cos φ). Pada umumnya yang dimaksud daya listrik dengan kualitas baik adalah bila faktor daya > 0.85. Sedangkan sebagian besar beban di industri adalah motor-motor induksi yang memilki sifat induktif yang menyebabkan rendahnya nilai faktor daya (cos φ). Untuk mengatasi hal tersebut maka perlu dipasang perangkat kapasitor bank. II.7.1 Daya Aktif dan Daya Reaktif


Daya aktif, diukur dalam kilowatt (kW), merupakan daya nyata (daya poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu. Terdapat beban tertentu seperti motor, yang memerlukan bentuk lain dari daya yang disebut daya reaktif (kVAR) untuk membuat medan magnet. Walaupun daya reaktif merupakan daya yang tersendiri, daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim listrik. Berikut dapat dilihat hubungan dari ketiga daya listrik dalam segitiga daya pada Gambar IV.3 di bawah ini. P-daya aktif (kW) cos φ

S-d

ay

at

Q-daya reaktif (kVAr)

ota

l (k

VA

)

Gambar II.40 Segitiga Daya Penjumlahan vektor daya aktif dan reaktif merupakan daya total (nyata), diukur dalam kVA (kilo Volts-Amperes). Daya ini merupakan daya yang dikirim oleh pembangkit ke beban. Secara matematis hal ini dapat dinyatakan sebagai: kVA

=

(kW ) 2 + (kVAr ) 2

II.7.2 Koreksi Faktor Daya Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya total (kVA), atau kosinus sudut antara daya aktif dan total. Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Untuk lebih jelasnya dapat kembali dilihat pada gambar sebelumnya yaitu Gambar IV.3. Faktor Daya

=

daya aktif daya total


=

kW kVA

= cos φ Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh pembangkit listrik memiliki faktor daya satu, daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,3, kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (kVAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (kVA).

II.7.3 Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor pengkoreksi faktor daya pada sistim distribusi daya pabrik. kapasitor bertindak sebagai pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah daya reaktif, juga daya total yang dihasilkan oleh bagian utilitas.

Gambar II.41 Kapasitor Sebagai Arus kVAr Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Tabel II.1 Daftar Faktor Daya


Sebelum Kompensasi

cos φ 0,40 0,41 0,42 0,43 0,44 0,45 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90

Sesudah Kompensasi (Faktor Daya Yang Diinginkan)

0,85 1,67 1,60 1,54 1,48 1,42 1,36 1,31 1,26 1,21 1,16 1,11 1,07 1,02 0,98 0,94 0,90 0,86 0,82 0,78 0,75 0,71 0,68 0,65 0,61 0,58 0,55 0,52 0,49 0,46 0,43 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,24 0,21 0,18 0,16 0,13 0,10 0,08 0,05 0,03 0,00 -

0,86 1,70 1,63 1,57 1,51 1,45 1,39 1,34 1,28 1,23 1,19 1,14 1,09 1,05 1,01 0,97 0,93 0,89 0,85 0,81 0,78 0,74 0,71 0,67 0,64 0,61 0,58 0,54 0,51 0,48 0,46 0,43 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,24 0,21 0,18 0,16 0,13 0,10 0,08 0,05 0,03 0,00 -

0,87 1,72 1,66 1,59 1,53 1,47 1,42 1,36 1,31 1,26 1,21 1,17 1,12 1,08 1,03 0,99 0,95 0,91 0,87 0,84 0,80 0,77 0,73 0,70 0,67 0,63 0,60 0,57 0,54 0,51 0,48 0,45 0,43 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,24 0,21 0,18 0,16 0,13 0,10 0,08 0,05 0,03 0,00 -

0,88 1,75 1,68 1,62 1,56 1,50 1,44 1,39 1,34 1,29 1,24 1,19 1,15 1,10 1,06 1,02 0,98 0,94 0,90 0,86 0,83 0,79 0,76 0,73 0,69 0,66 0,63 0,60 0,57 0,54 0,51 0,48 0,45 0,42 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,24 0,21 0,18 0,16 0,13 0,10 0,08 0,05 0,03 0,00 -

0,89 1,78 1,71 1,65 1,59 1,53 1,47 1,42 1,37 1,32 1,27 1,22 1,17 1,13 1,09 1,05 1,01 0,97 0,93 0,89 0,86 0,82 0,79 0,75 0,72 0,69 0,66 0,63 0,60 0,57 0,54 0,51 0,48 0,45 0,42 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,24 0,21 0,19 0,16 0,13 0,11 0,08 0,05 0,03 0,00 -

0,90 1,81 1,74 1,68 1,62 1,56 1,50 1,45 1,39 1,34 1,29 1,25 1,20 1,16 1,12 1,07 1,03 1,00 0,96 0,92 0,88 0,85 0,81 0,78 0,75 0,72 0,68 0,65 0,62 0,59 0,56 0,54 0,51 0,48 0,45 0,42 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,27 0,24 0,21 0,19 0,16 0,13 0,11 0,08 0,06 0,03 0,00

0,91 1,84 1,77 1,71 1,64 1,59 1,53 1,47 1,42 1,37 1,32 1,28 1,23 1,19 1,14 1,10 1,06 1,02 0,99 0,95 0,91 0,88 0,84 0,81 0,78 0,74 0,71 0,68 0,65 0,62 0,59 0,56 0,54 0,51 0,48 0,45 0,43 0,40 0,37 0,35 0,32 0,29 0,27 0,24 0,22 0,19 0,16 0,14 0,11 0,08 0,06 0,03

0,92 1,87 1,80 1,73 1,67 1,61 1,56 1,50 1,45 1,40 1,35 1,31 1,26 1,22 1,17 1,13 1,09 1,05 1,02 0,98 0,94 0,91 0,87 0,84 0,81 0,77 0,74 0,71 0,68 0,65 0,62 0,59 0,57 0,54 0,51 0,48 0,46 0,43 0,40 0,38 0,35 0,32 0,30 0,27 0,25 0,22 0,19 0,17 0,14 0,11 0,09 0,06

0,93 1,90 1,83 1,77 1,70 1,65 1,59 1,54 1,48 1,43 1,38 1,34 1,29 1,25 1,20 1,16 1,12 1,08 1,05 1,01 0,97 0,94 0,90 0,87 0,84 0,81 0,77 0,74 0,71 0,68 0,65 0,62 0,60 0,57 0,54 0,51 0,49 0,46 0,43 0,41 0,38 0,35 0,33 0,30 0,28 0,25 0,22 0,20 0,17 0,14 0,12 0,09

0,94 1,93 1,86 1,80 1,74 1,68 1,62 1,57 1,52 1,46 1,42 1,37 1,32 1,28 1,24 1,20 1,16 1,12 1,08 1,04 1,01 0,97 0,94 0,90 0,87 0,84 0,81 0,78 0,75 0,72 0,69 0,66 0,63 0,60 0,57 0,55 0,52 0,49 0,47 0,44 0,41 0,39 0,36 0,34 0,31 0,28 0,26 0,23 0,20 0,18 0,15 0,12

0,95 1,96 1,90 1,83 1,77 1,71 1,66 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40 1,36 1,31 1,27 1,23 1,19 1,15 1,11 1,08 1,04 1,00 0,97 0,94 0,90 0,87 0,84 0,81 0,78 0,75 0,72 0,69 0,66 0,64 0,61 0,58 0,55 0,53 0,50 0,47 0,45 0,42 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,24 0,21 0,18 0,16

0,96 2,00 1,93 1,87 1,81 1,75 1,69 1,64 1,59 1,54 1,49 1,44 1,39 1,35 1,31 1,27 1,23 1,19 1,15 1,11 1,08 1,04 1,01 0,97 0,94 0,91 0,88 0,85 0,82 0,79 0,76 0,73 0,70 0,67 0,64 0,62 0,59 0,56 0,54 0,51 0,48 0,46 0,43 0,41 0,38 0,35 0,33 0,30 0,28 0,25 0,22 0,19

0,97 2,04 1,97 1,91 1,85 1,79 1,73 1,68 1,63 1,58 1,53 1,48 1,44 1,39 1,35 1,31 1,27 1,23 1,19 1,15 1,12 1,08 1,05 1,01 0,98 0,95 0,92 0,89 0,86 0,83 0,80 0,77 0,74 0,71 0,69 0,66 0,63 0,60 0,58 0,55 0,53 0,50 0,47 0,45 0,42 0,40 0,37 0,34 0,32 0,29 0,26 0,23

0,98 2,09 2,02 1,96 1,90 1,84 1,78 1,73 1,67 1,62 1,58 1,53 1,48 1,44 1,40 1,36 1,32 1,28 1,24 1,20 1,17 1,13 1,10 1,06 1,03 1,00 0,97 0,94 0,90 0,88 0,85 0,82 0,79 0,76 0,73 0,71 0,68 0,65 0,63 0,60 0,57 0,55 0,52 0,49 0,47 0.44 0,42 0,39 0,36 0,34 0,31 0,28

0,99 2,15 2,08 2,02 1,96 1,90 1,84 1,79 1,74 1,69 1,64 1,59 1,54 1,50 1,46 1,42 1,38 1,34 1,30 1,26 1,23 1,19 1,16 1,12 1,09 1,06 1,03 1,00 0,97 0,94 0,91 0,88 0,85 0,82 0,79 0,77 0,74 0,71 0,69 0,66 0,63 0,61 0,58 0,56 0,53 0,50 0,48 0,45 0,42 0,40 0,37 0,34

1,00 2,29 2,22 2,16 2,10 2,04 1,98 1,93 1,88 1,83 1,78 1,73 1,69 1,64 1,60 1,56 1,52 1,48 1,44 1,40 1,37 1,33 1,30 1,27 1,23 1,20 1,17 1,14 1,11 1,08 1,05 1,02 0,99 0,96 0,94 0,91 0,88 0,86 0,83 0,80 0,78 0,75 0,72 0,70 0,67 0,65 0,62 0,59 0,57 0,54 0,51 0,48

BAB III Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

OPERASIONAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN DIESEL PT. MUSIM MAS MEDAN III.1 BLOK DIAGRAM UAP DAN AIR

Gambar III.1 Blok Diagram Alir Uap dan Air PT. Musim Mas Keterangan gambar : P-1

: pipa uap utama boiler 1

P-2


P-3


P-4


V-1

: valve / keran uap dari boiler 1 ke header

V-2



V-3


V-4


V-5

: control valve uap dari header ke plan alkohol

V-6

: control valve uap dari header ke plan speciallity fat

V-7

: control valve uap dari header ke plan MTC

V-8

: control valve uap dari header ke plan fatty acid I / II

V-9

: valve uap dari boiler 4 ke turbin 4

V-10 : valve uap dari header ke turbin 1 dan 3 V-11 : valve uap dari header ke turbin 2 V-12 : valve uap dari header ke turbin 1 V-13 : main valve uap ke turbin 4 V-14 : main valve uap ke turbin 3 V-15 : control valve air kondensat turbin 4 ke deaerator 3 V-16 : control valve air kondensat turbin 3 ke deaerator 1 dan 2 V-17 : valve manual air ke feed tank 1 V-18 : valve manual air ke feed tank 2 V-19 : valve manual air ke feed tank 3 V-20 : main valve uap ke turbin 1 V-21 : main valve uap ke turbin 2 V-22 : control valve air kondensat turbin 1 ke deaerator 1 dan 2 V-23 : Back Pressure Valve (control valve)

Sistem pembangkit di PT. Musim Mas Medan menggunakan empat unit boiler sebagai pemanas airnya untuk menghasilkan uap. Untuk boiler 1 sampai Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

boiler 3 memiliki kapasitas yang sama yaitu tekanan uap maksimal 30 bar dengan temperatur maksimal 300 0C. Sedangkan untuk boiler 4 memilki kapasitas yang berbeda dengan boiler lainnya yaitu tekanan uap 40 bar dengan temperatur uap 400 0C. Di dalam operasi normal turbin artinya tidak kekurangan daya listrik ke beban, maka turbin yang beroperasi adalah turbin 2 dan turbin 4. Sedangkan turbin 1 dan turbin 3 adalah cadangan untuk beban puncak dan apabila ada gangguan di turbin 2 dan turbin 4. Begitu juga dengan boiler, untuk operasi normal, boiler yang beroperasi hanya tiga unit dari empat unit yang ada yaitu dua dari boiler 1, 2, 3 dan satu lagi boiler 4. Untuk boiler 1, 2, 3 mensuplai uapnya terlebih dahulu ke header sebelum diberikan ke turbin. Oleh karena itu perlu dilakukan sinkronisasi boiler sebelum uap-uapnya di masukkan ke header, yaitu dengan menyamakan tekanan uapnya yaitu sebesar 30 bar untuk setiap bolier yang akan disinkron. Untuk boiler 4 digunakan khusus untuk mensuplai uap ke turbin 4 yang memiliki daya yang cukup besar yaitu 10 MW. Ada dua jenis tipe turbin yang dipergunakan pada sistem pembangkit ini, yaitu : 1. turbin tipe kondensing 2. turbin tipe back pressure. III.1.1. Turbin Tipe Kondensing Turbin tipe kondensing adalah turbin yang menggunakan kondensor, di mana uap yang dipakai ke turbin akan diembunkan kembali menjadi air di kondensor untuk dikembalikan ke boiler melalui deaerator. Selain dari itu, kondensor juga berfungsi untuk meringankan kerja turbin dengan menambahkan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

sistem injector ke sistem kondensor pada pembangkit ini. Prinsip kerja sistem injector ini yaitu dengan meng-inject-kan uap untuk menghasilkan vakum di kondensor, sehingga vakum ini akan membantu kerja turbin dengan cara menghisap udara dari turbin, sehingga meringankan kerja turbin untuk memutar generator. Uap yang di-inject-kan ke injector langsung berasal dari uap boiler dengan tekanan uap maksimal 15 bar yang dikontrol oleh keran kontrol (control valve). Main valve

Inlet steam 30 bar

turbine P-15

uap exhaust ruptured disc kondensor kondensor

hot well

boiler

safety valve air kondensat

air dari injector P-20 P-17

control valve motive steam 15 bar

P-17

pompa kondensat

Sistem injector

exhaust

air pendingin injector Control valve ke boiler

Control valve

Gambar III.2 Blok Diagram Kondensor dan Injector PT. Musim Mas Di dalam operasionalnya, pembangkit jenis ini harus benar-benar dijaga kevakumannya karena sangat berpengaruh terhadap kinerja turbin di dalam memutar generator. Dalam kondisi pembangkit stop atau keluar dari sistem jaringan listrik, maka nilai tekanan di dalam kondensor adalah 1000 mbar atau nilai kevakumannya (daya hisap uap exhaust turbin ke injector) adalah 0 mmHg atau dengan kata lain sistem injector tidak aktif menghisap udara dari kondensor. Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Dalam kondisi operasi normal atau pembangkit berada di sistem jaringan listrik, nilai tekanan kondensor dijaga berada di nilai 60 mbar sampai 200 mbar sesuai dengan beban yang dipikulnya. Berikut ini adalah contoh perhitungan nilai kevakuman kondensor : misalkan di lapangan dengan daya pembangkit (P) = 1200 kW, didapat : tekanan kondensor (P)

= 60 mbar

maka nilai vakumnya

 P   = - 760 mmHg -  x760mmHg    1000 mbar     60 mbar = - 760 mmHg -  x760mmHg    1000 mbar  = - 714,4 mmHg

Artinya dengan tekanan kondensor 60 mbar (gauge pressure) sama dengan 714,4 mmHg (absolute pressure / tanda minus menunjukkan absolute) injector menghisap udara dari kondensor. air kondensat masuk pipa dari kondensor

air kondensat keluar

motive steam / control valve 15 bar

uap 30 bar boiler

auger valve tabung injector

exhaust

exhaust

tekanan tinggi tekanan rendah air pendingin injector

Gambar III.3 Sistem Kerja Injector PT. Musim Mas Untuk konsumsi uap, turbin jenis ini mempunyai karakter tersendiri. Di dalam operasionalnya, semakin tinggi beban yang dipikul pembangkit maka Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

pembangkit akan mensuplai daya yang semakin besar pula diikuti dengan konsumsi uap yang besar untuk memutar rotor turbin. Pembangkit tipe kondensing di perusahaan ini ada 3 unit, yaitu Turbin 1 kapasitas 2400 kW, Turbin 3 kapasitas 4000 kW dan Turbin 4 kapasitas 10 MW. Ketiga unit pembangkit ini memiliki karakter dan prinsip kerja yang sama. Oleh karena itu, maka diambil Turbin 3 sebagai contoh. Berikut ini adalah karakteristik konsumsi uap dari pembangkit ini. Tekanan uap masuk (barG)

: 30.0

Suhu uap masuk (0C)

: 300.0

Tekanan uap keluar (barA)

: 0.100

Putaran per menit (RPM)

: 4500

25000

no HV closed

1 HV closed 20000

Steam Flow (kg / HR)

2 HV closed

all HV closed

15000

10000

5000

4500 RPM

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Power Output (kW)

Gambar III.4 Kurva Karakteristik Pembangkit Dari Gambar III.4 di atas, maka dapat dicari konsumsi uap untuk 1 kW melalui perhitungan di bawah ini : Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Untuk daya 500 kW, konsumsi uap (steam flow) = 5200 kg / HR dengan catatan seluruh hand valve dalam kondisi tertutup, maka : 500kW Untuk 1 kW, steam flow (X) ⇒ 1kW

⇒ 500(X)

5200 kg =

HR

X

= 5200 kg

5200 kg

⇒X

=

⇒X

= 10,4 kg

HR

HR

500 HR

Atau dengan kata lain, pembangkit ini mengkonsumsi uap untuk 1 kW adalah sebesar 10,4 kg setiap jamnya.

casing turbin noozle

rotor turbin

}

hand valve

uap masuk

penampang noozle

uap ke kondensor

Gambar III.5 Konstruksi Turbin

III.1.2. Turbin Tipe Back Pressure


Turbin tipe back pressure adalah turbin yang menggunakan tangki penampung uap dari turbin, di mana uapnya masih digunakan untuk keperluan lain. Turbin jenis ini dirancang agar uap keluarannya (exhaust steam) memiliki tekanan yang sudah ditentukan untuk keperluan tertentu. Misalkan untuk perusahaan PT. Musim Mas, turbinnya dirancang agar tekanan uap keluarannya (exhaust steam pressure) berkisar di 4,0 bar, dan di tangki back pressure tekanan itu dijaga sekitar 3,0 sampai 3,6 bar. Untuk menjaga tekanan di tangki, maka ditambahkan pada sistem back pressure sebuah keran kontrol (control valve) untuk menjaga tangki back pressure tidak kelebihan tekanan. Dan apabila terjadi kelebihan tekanan di tangki, maka control valve akan membuka mebuang uap sampai tekanan di tangki seperti yang diharapkan. Jika terjadi kekurangan tekanan di tangki, maka pembangkit perlu ditambah beban sekitar beberapa kW, sehingga governor akan membuka memasukkan uap ke turbin sesuai dengan kebutuhan beban yang ditambah, sehingga tekanan keluaran turbin akan bertambah diikuti dengan naiknya tekanan di tangki back pressure. main valve inlet steam 30 bar uap yang dipakai

by pass valve

turbine Back Pressure Valve (BPV) uap buangan

uap exhaust

tangki back pressure

boiler

drain valve

Gambar III.6 Turbin Tipe Back Pressure


Turbin back pressure memiliki karakteristik yang berbeda dibanding dengan turbin tipe condensing. Perbedaannya terletak pada banyaknya konsumsi uap untuk turbin. Turbin jenis ini mengkonsumsi lebih banyak uap dari pada turbin jenis kondensing dengan tujuan uap keluaran dari turbin (steam exhaust) masih akan dipakai untuk keperluan lain, dalam hal ini uap tersebut dipakai untuk keperluan proses dari pabrik yaitu untuk memanaskan bahan baku. Berikut ini akan dijelaskan mengenai karakteristik dari turbin tipe back pressure. Tekanan uap masuk (barG)

: 30.0

Suhu uap masuk (0C)

: 300.0

Tekanan uap keluar (barG)

: 3,2

Putaran per menit (RPM)

: 7000

45000

40000

35000

Steam Flow (kg / HR)

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0 0

500

1000

1500

2000 Power Output (kW)

2500

3000

Gambar III.7 Kurva Karakteristik Pembangkit Dari gambar III.7 di atas dapat dilihat konsumsi uap untuk setiap beban yang dipikul dari pembangkit jenis ini. Dapat juga diketahui konsumsi uap untuk Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

3500

1000 kW adalah 17000 kg / hr. Maka untuk 1 kW adalah sekitar 17 kg / hr. Ini berarti konsumsi uap untuk turbin jenis back pressure mengkonsumsi uap lebih banyak dari pada turbin jenis kondensing.

III.2 OPERASIONAL PLTU PT. Musim Mas KIM II Medan Pembangkit Listrik Tenaga Uap di PT. Musim Mas terdiri dari empat unit yaitu : 1.1. Turbin 1 dengan kapasitas 2400 kW 1.2. Turbin 2 dengan kapasitas 3200 kW 1.3. Turbin 3 dengan kapasitas 4000 kW 1.4. turbin 4 dengan kapasitas 10 MW 1.1. Turbin 1 Turbin 1 adalah turbin jenis kondensing dengan kapasitas terpasangnya adalah 2400 kW. Untuk operasional pembangkit ini, ada beberapa parameter penting yang harus diperhatikan agar pembangkit ini dapat beroperasi dengan normal. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar sistem pembangkit berikut ini. manual valve

inlet steam 30 bar

steam boiler governor gear box turbin uap

G

cooling tower kondensor

exhaust steam ke deaerator (boiler) pompa kondensor

pompa cooling tower

control valve

hot well pompa vacuum

pipa air water treatment

air air cooling tower uap


Gambar III.8 Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan Sistem dari turbin 1 terdiri dari satu unit turbin uap dengan kecepatan putaran 6792 rpm dengan unit gear box sebagai transformer putaran menjadi 1500 rpm di generatornya sehingga generator dapat menghasilkan frekuensi listrik 50 Hz. Generator yang digunakan untuk turbin 1 ini adalah generator sinkron dengan spesifikasi sebagai berikut : -

generator AVK

-

pf

: 0.80

-

rotation direct

: left

-

rotation

: 1500 rpm

-

excitation

: 57 V, 4.7 A

-

insul class

:H

-

Aux excitation

: 80 V 50 Hz

Beberapa komponen pendukung kerja turbin 1 adalah sebagai berikut : 1. Cooling tower berfungsi sebagai pendingin air yang digunakan untuk kondensor dan pendingin oli pelumasan mesin. 2. Kondensor berfungsi sebagai tempat terjadinya kondensasi di mana uap berubah menjadi air. Di dalam operasionalnya, kondensor harus dijaga tekanannya atau nilai kevakumannya, karena sangat berpengaruh terhadap kinerja turbin. 3. Pompa cooling tower berfungsi untuk sirkulasi air ke kondensor. 4. Pompa kondensor berfungsi untuk memompakan air dari hot well ke deaerator boiler atau kembali ke hot well kondensor agar level air tetap terjaga di hot well. Di mana pengaturan ini diatur oleh sebuah control Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

valve, jika level air di hot well terlalu rendah, maka control valve akan membuka banyak memasukkan air ke hot well dan jika sudah sesuai dengan level yang diinginkan, maka control valve akan menutup sehingga air akan dialirkan ke deaerator. Ini sangat penting karena sangat mempengaruhi nilai kevakuman dari kondensor yaitu jika level air naik maka vakum akan turun di mana vakum dijaga minimal 30 cmHg. 5. Pompa vakum berfungsi untuk menghisap udara dari kondensor sehingga kevakuman di kondensor terjaga. 6. Pompa oli berfungsi untuk mensirkulasikan oli ke mesin turbin seperti gear box, bearing turbin, bearing generator, dengan tujuan untuk mendinginkan komponen-komponen mesin tersebut. Pompa oli ini terdiri dari dua yaitu pompa oli utama (mechanical pump) yang dikopelkan langsung ke gearbox turbin dan pompa oli bantu (auxilary oil pump) yaitu berupa motor induksi yang beroperasi ketika turbin proses start dan stop running. Di dalam memulai operasi turbin 1, ada beberapa prosedur kerja atau urutan kerja yang harus dilakukan antara lain : 1. mengaktifkan terlebih dahulu pompa oli bantu (auxilary oil pump) untuk melakukan pelumasan ke mesin agar suhu mesin tidak terlalu tinggi. 2. setiap pompa-pompa pendukung diaktifkan yaitu pompa cooling tower, pompa kondensat, pompa vakum dan kipas cooling tower agar air cooling tower tetap dingin. 3. buka sedikit valve utama (manual valve) untuk mengatur sealing steam di mana sealing steam diatur dengan tekanan 0.5 sampai 0.8 kgf/cm2. Sealing Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

steam berfungsi untuk menjaga casing turbin tidak dimasuki udara atau uap yang di dalam turbin tidak keluar dari casing. 4. setelah vakum mencapai 50-55 cmHg, aktifkan governor dengan mengaktifkan hand-trip pada governor agar uap dapat masuk ke turbin. 5. jalankan turbin melalui panel kontrol dengan kecepatan awal 500 rpm terlebih dahulu, 700 rpm, 1000 rpm sampai kecepatan normalnya 1500 rpm. 6. setelah turbin berjalan normal 1500 rpm, cek semua kondisi turbin untuk memastikan semua komponen aman dan turbin siap untuk disinkronkan ke jaringan. 7. setelah sinkron, lakukan pembebanan perlahan sesuai dengan kapasitas turbin. Dalam hal ini, turbin 1 berkapasitas 2400 kW. Berikut ini adalah beberapa parameter yang harus diperhatikan ketika turbin 1 sedang beroperasi di dalam beberapa tabel berikut ini. Tabel III.1 Daya per Jam (13 Januari 2009) waktu 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00

kuat arus (A) R S T 1950 1950 1950 1900 1900 1900 1850 1850 1850 2250 2250 2250 2150 2150 2150 1900 1900 1900 1800 1800 1800 1900 1900 1900 2300 2300 2300 2050 2050 2050 2300 2300 2300 2050 2050 2050 2200 2200 2200 2400 2400 2400 1700 1700 1700 1450 1450 1450 1950 1950 1950

daya (kW) 1250 1200 1100 1400 1350 1150 1100 1250 1500 1250 1500 1250 1400 1600 1050 850 1200

actuator (%) 44 43 42 48 45 42 40 44 51 44 51 44 49 49 39 35 44

tegangan (V) 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400

frekuensi (Hz) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50

pf 0.92 0.92 0.91 0.91 0.92 0.92 0.9 0.91 0.93 0.91 0.92 0.91 0.91 0.92 0.9 0.89 0.92


2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

2000 1800 1700 1800 1800 1700 1800

2000 1800 1700 1800 1800 1700 1800

2000 1800 1700 1800 1800 1700 1800

1300 1150 1050 1200 1150 1050 1200

45 44 41 42 44 41 42

400 400 400 400 400 400 400

50 50 50 50 50 50 50

0.92 0.92 0.9 0.9 0.92 0.9 0.9

Tabel III.2 Turbine 1 Log Sheet

waktu

inlet steam press (bar)

steam chest (kgF/ cm2)

exh. steam press (cm Hg)

sealing steam (kgF/ cm2)

9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

27.8 27.7 27.5 27.5 27.3 27.8 27.3 27.3 27.5 27.7 27.4 27.7 27.2 27.5 27.2 27.5 27.5 27.5 27 27 27.6 27 27 27.6

14 13 12.5 15 14 12 11.5 11.5 17 13.5 17 13.5 16 17 11.5 9.4 13.6 14.2 14.7 11.7 12.2 14.7 11.7 12.2

66 65 64 65 65 64 66 66 65 65 65 65 64 62 67 69 66 66 66 66 66 66 66 66

0.74 0.73 0.73 0.72 0.72 0.72 0.77 0.73 0.71 0.72 0.7 0.72 0.7 0.7 0.7 0.7 0.71 0.7 0.71 0.7 0.7 0.71 0.7 0.7

oil cooler temp (0C )

speed (rpm)

lub oil to brg(kgF/ cm2)

oil in

oil out

CW in

CW out

tbn brg

1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500

1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

52 54 55 55 54 53 52 52 53 54 54 54 55 55 53 53 54 54 54 53 53 54 53 53

44.4 44.9 45.3 45.1 45.1 44.8 44.5 44.8 45.4 45.6 45.8 45.7 46.2 46.9 44.3 43.7 44.7 44.7 44.7 43.9 44.2 44.7 43.9 44.2

30 30 30 30 30 30 30 30 31 31 31 31 31 32 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

32 32 32 32 32 32 32 32 33 33 33 33 33 34 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32

56.4 56.7 56.8 57 56.8 56.7 55.4 56.1 57.3 57.2 58.3 58.2 58.2 58.2 55.8 54.7 56.5 56.8 56.8 55.5 55.9 56.8 55.5 55.9

reduction gear bearing temp (0C) pinion pinon wheel wheel brg brg brg brg (tbn (gen (tbn (gen side) side) side) side) 57.6 57.7 52.5 46.5 57 57.7 52.8 46.9 57.4 58.2 53.1 47.5 57.1 58.9 54 47.4 57 58.6 53.6 47.3 57.1 57.5 52.7 47.1 56.9 57.2 51.9 46.8 57.1 58 52.8 47.1 57.1 59.3 54.4 47.6 57.6 59 53.8 47.9 57.3 59.7 55.2 47.9 57.4 59.6 55.2 47.8 57.8 59.7 55.2 48.3 57.5 59.4 55.1 47.9 56.7 56.7 51.7 46.2 56.6 56 50.6 45.8 56.7 58 52.9 46.5 56.7 58.3 53.2 46.6 56.7 58.1 53.1 46.8 56.4 56.5 51.5 45.9 56.7 56.9 51.8 46.3 56.7 58.1 53.1 46.8 56.4 56.5 51.5 45.9 56.7 56.9 51.8 46.3

Tabel III.3 Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet

waktu

9:00 10:00 11:00 12:00

condenser press (cm.Hg)

hot well temp (0C)

hot well level

60 60 60 61

45 45 44 45

normal normal normal normal

CW. Temp (0C) inlet

outlet

30 30 30 30

36 36 36 36

positioner air press (kgF/cm2) air supply press 2.6 2.6 2.6 2.6

liquid level controller (kgF/cm2)

output press

signal press

air supply

control press

1.3 1.3 1.4 1.3

0.65 0.65 0.7 0.65

1.5 1.5 1.5 1.5

0.65 0.65 0.7 0.65


13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

61 62 62 61 60 61 59 61 60 59 62 62 61 62 62 62 62 62 62 62

46 43 42 45 49 47 50 48 48 49 42 39 44 45 45 42 43 45 42 43

normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal normal

30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 28 27 28 28 28 28 28 28 28 28

36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 35 34 35 35 35 35 35 35 35 35

2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6

1.4 1.4 1.4 1.4 1.3 1.4 1.3 1.4 1.3 1.4 1.5 1.5 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4

0.7 0.7 0.7 0.7 0.65 0.7 0.65 0.7 0.65 0.7 0.75 0.75 0.68 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.6 0.65 0.65 0.62 0.7 0.73 0.65 0.65 0.65 0.66 0.68 0.65 0.66 0.68

Tabel III.4 Turbine 1 Pumps Log Sheet

waktu 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

suc. press (cm.Hg) 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 15 15 15 15 15 15 15 15 15

cooling water pump disc. current Press (A) 2 (kgF/cm ) 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125 1.7 125

condensate pump

vacuum pump

pump no.

suc. press (cm.Hg)

disc. Press (kgF/cm2)

pump no.

vacuum (cm.Hg)

pump no.

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

50 50 51 51 51 51 51 51 50 50 50 50 50 50 51 50 50 50 50 50 50 50 50 50

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

53 53 53 53 53 53 53 53 50 52 50 50 50 50 53 54 53 53 53 53 53 53 53 53

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1


Keterangan : Exh.

: exhaust

Tbn

: turbine

Lub.

: lubrication

Disc. : discharge

Brg

: bearing

Suc.

: suction

CW

: Cooling Water

Gen

: generator

Dapat dilihat dari beberapa tabel operasional turbin di atas, kondisi parameter turbin 1 ketika beroperasi setiap jamnya. Naik turunnya beban yang dipikul turbin 1 akan sangat mempengaruhi beberapa parameter salah satunya adalah governor. Parameter governor ini dapat dilihat pada Tabel III.1 Daya per Jam yaitu nilai actuator dalam persen (%). Misalkan untuk pukul 9.00 actuatornya adalah 44 yang berarti untuk beban 1250 kW pada pukul 9.00 WIB valve governor terbuka sebesar 44 % dalam memasukkan uap ke turbin atau dengan kata lain, semakin besar beban yang dipikul turbin 1 maka valve governor akan membuka semakin besar pula untuk memasukkan uap atau sebaliknya. Nilai beban juga mempengaruhi nilai steam chest, di mana steam chest adalah nilai tekanan uap yang diperlukan untuk beban generator yang sedang beroperasi. Nilai steam chest ini berbanding lurus dengan nilai beban yang sedang dilayani oleh generator turbin 1. Untuk perhitungan nilai steam chest dapat dilihat di bawah ini : •

dari tabel di atas untuk jam 09.00 WIB - inlet steam press

= 27.8 bar

- Maka untuk beban penuh 2400 kW, Steam chest = inlet steam press = 27.8 bar Untuk beban pukul 09.00 WIB, nilai steam chest-nya adalah : Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

steam chest beban penuh (bar ) × beban yang dipikul generator (kW ) beban penuh (kW ) Steam chest

=

27.8 × 1250 2400

= 14.48 bar (1 bar = 0.9806 kgF/cm2) = 14.199088 kgF/cm2 •

Untuk jam 10.00 WIB Inlet steam press

= 27.7 bar

Steam chest

=

27.7 × 1200 2400

= 13.85 bar = 13.58131 kgF/cm2 Demikian seterusnya nilai perhitungan steam chest untuk setiap beban yang dipikul oleh turbin 1. Atau dengan kata lain nilai yang diperoleh melalui perhitungan identik sama dengan nilai yang diperoleh di lapangan (nilai pengukuran). Ada beberapa parameter lain selain dari dua parameter yang sudah diuraikan di atas yang sangat mempengaruhi kinerja dari turbin 1. Parameterparameter tersebut merupakan parameter yang benar-benar harus diperhatikan agar turbin 1 tidak trip, antara lain adalah sebagai berikut : 1. nilai vakum, di mana vakum dijaga minimal 30 cmHg. 2. nilai exhaust steam minimal 10 cmHg 3. tekanan lub oil 4. vibrasi dari mesin turbin dan generator 5. suhu mesin tidak lebih dari 75 0C Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

6. over speed pada putaran 1750 rpm. Dalam pengoperasiannya, turbin 1 hanya digunakan ketika beban puncak, atau penggunaannya hanya berlangsung dalam beberapa jam saja di mana PLN tidak mensuplai listriknya ke PT. Musim Mas yaitu beban yang seharusnya dipikul PLN akan dipindahkan ke turbin 1. Setelah beberapa jam beban puncak atau dengan kata lain PLN kembali mensuplai listriknya ke PT. Musim Mas, maka beban PLN yang ada di turbin 1 dikembalikan ke PLN dan turbin 1 segera dihentikan operasinya. Di dalam menghentikan turbin 1, ada beberapa prosedur yang harus dilakukan antara lain adalah sebagai berikut : 1. mengurangi beban yang dipikul turbin 1 sampai 0 kW 2. setelah CB turbin 1 terbuka, maka hentikan turbin 1 melalui panel kontrol turbin, dalam hal ini turbin 1 menggunakan panel control merek Woodward 505 dengan menekan ”STOP” lalu “YES”. Maka secara otomatis putaran turbin akan berkurang sampai 0 rpm. 3. mengaktifkan pompa oli Bantu (auxiliary oil pump), hal ini diperlukan karena minyak adalah medium pendingin untuk menghilangkan panas pada mesin turbin dan generator. 4. menutup valve utama uap dan memastikan uap tidak masuk ke turbin selama turbin stop dan meg-off-kan hand trip pada turbin. 5. membuka semua valve drain untuk membuang air yang ada di turbin agar turbin tidak mengandung air yang dapat menyebabkan turbin korosi. 6. memastikan semua motor pompa seperti pompa kondensat, vakum telah stop kecuali pompa cooling tower, motor kipas cooling tower, pompa oli


bantu tetap dibiarkan beroperasi selama ± 30 menit untuk proses pendinginan turbin dan generator. 1.2. Turbin 2 Turbin 2 adalah turbin tipe back pressure dengan daya maksimalnya adalah sebesar 3200 kW. Turbin ini dirancang dengan jenis back pressure karena uap keluarannya (exhaust steam) masih digunakan lagi untuk keperluan lain, dalam hal ini digunakan untuk memanaskan bahan baku di beberapa plant-plant lain di perusahaan ini. Sehingga dalam pengoperasiannya turbin ini harus mengikuti nilai tekanan back pressure-nya melalui parameter seting BPV (Back Pressure Valve) yaitu sebesar 3.5 bar. Back Pressure Valve (BPV) ini sudah dilengkapi barometer elektronik untuk mengukur nilai tekanan yang ada di dalam tangki back pressure dan diseting 3.5 bar yang berarti jika tekanan uap di tangki melebihi setingan BPV maka BPV akan terbuka otomatis untuk membuang uap dan menjaga tekanan di tangki back pressure tetap di antara 3.4-3.5 bar. Jika tekanan di tangki turun di bawah 3.4 bar, maka beban di generator turbin 2 harus ditambah sampai tekanan dapat terjaga berkisar di 3.4-3.5 bar tersebut. steam boiler

main valve

governor gear box

G

turbin

bypass to plant

BPV (3,5 bar)

control valve BPV

exhaust steam

uap

Gambar III.9 Sistem Turbin 2 PT. Musim Mas KIM II Medan


Turbin 2 juga mempunyai beberapa parameter yang harus diperhatikan ketika turbin ini beropearasi. Parameter-parameter tersebut dapat dilihat dari tabel-tabel berikut ini. Tabel III.5 Daya per Jam (13 Januari 2009) waktu 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

kuat arus (A) R S T 980 980 1000 1000 950 1020 1020 930 1020 820 820 980 1050 1120 1100 1000 1020 1050 900 860 1000 900 900 950 950 950 1000 1000 1000 1100 1000 1000 1100 1050 1050 1150 1050 1050 1150 1000 1000 1100 1050 1050 1150 1000 1000 1100 1100 1100 1180 1100 1100 1170 1180 1160 1200 1100 1100 1180 1100 1100 1150 1180 1160 1200 1100 1100 1180 1100 1100 1150

daya (kW) 500 550 550 480 550 550 500 450 500 600 600 650 650 600 650 600 650 650 700 700 650 700 700 650

Gov. Load Limit × 10 (%) 3.3 3.4 3.4 3.2 3.4 3.4 3.3 3.3 3.3 3.5 3.5 3.6 3.6 3.5 3.6 3.4 3.7 3.6 3.7 3.8 3.7 3.7 3.8 3.7

Tegangan (V) 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400

frekuensi (Hz) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50

pf 0.88 0.89 0.93 0.91 0.88 0.9 0.91 0.89 0.89 0.91 0.92 0.92 0.92 0.91 0.91 0.9 0.92 0.92 0.93 0.94 0.94 0.93 0.94 0.94

Tabel III.6 Turbine 2 Log Sheet inlet steam waktu 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

temp (0C) 303 304 305 305 305 305 303 303 303

press (bar) 28 28 28 27.8 28 28 28 28 28

control oil press (bar) 4.6 4.6 4.6 4.6 4.6 4.6 4.6 4.5 4.5

gear box oil press (bar) gear 1

gear 2

4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4

1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7

exh. steam temp (0C) 174 175 175 175 175 175 175 175 175

press (bar) 3.8 4 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.9 3.9

nozzle press (bar)

flow (ton/h)

inlet oil to gear box temp (0C)

9 9.5 9.5 8.8 9.8 10 9 9 9

12.56 12.5 12.49 10.81 11.68 13.03 11.3 10.5 10

48 48 49 49 49 49 49 49 49


18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

303 303 303 303 303 303 303 303 300 300 303 303 300 303 303

27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27.5 27 27.5 27.3 27 27.5 27.3

4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.6 4.6 4.6 4.6 4.5 4.6 4.6 4.5

4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4

1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65

175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175 175

4 4 3.9 4 4 4 3.9 3.9 3.9 3.9 4 4 3.9 4 4

11 11.5 11.5 11 11 11 11 12 11.5 12.1 12.5 12.5 12.1 12.5 12.5

14.96 14.7 14.71 14.48 14.03 15.32 14.98 14.28 14.5 14.7 14.46 14.4 14.7 14.46 14.4

49 49 49 49 47 47 46 47 47 47 47 47 47 47 47

Tabel III.7 Turbine 2 Log Sheet

waktu 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

gear box high speed shaft temp (0C) no. 1 no. 2 62 67 62 67 63 68 63 68 62 68 63 68 63 68 63 68 63 68 63 68 63 68 63 68 63 68 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67 62 67

gear box low speed shaft temp (0C) no. 1 No. 2 58 52 58 53 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 59 54 58 53 58 53 58 52 58 52 58 52 58 52 58 52 58 52 58 52 58 52 58 52

oil cooler water temp (0C) in out 30 32 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 31 33 30 32 30 32 29 31 30 32 30 32 30 32 30 32 30 32 30 32 30 32 30 32

BPV (bar)

tbn brg oil press (bar)

speed (rpm)

3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.4 3.4 3.4 3.4 3.5 3.5 3.4 3.5 3.5

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

6917 6848 6854 6825 6840 6909 6917 6825 6854 6825 6884 6825 6884 6913 6804 6854 6880 6825 6884 6917 6910 6884 6917 6910


Perubahan nilai beban pada Tabel III.5 di atas akan mempengaruhi nilai gov. Limit Load (%). Gov. Limit Load adalah nilai membukanya governor untuk memasukkan uap ke turbin untuk menghasilkan daya yang dibutuhkan. Semakin besar nilai beban pembangkit, maka semakin besar nilai Gov. Limit Load. Beberapa parameter lain yang berpengaruh terhadap perubahan beban adalah nilai noozle dan flow pada Tabel III.6. Noozle pressure adalah nilai tekanan uap yang dipakai untuk beban yang sedang dipikul oleh generator. Semakin tinggi nilai beban generator maka akan semakin tinggi juga nilai noozle pressure untuk melayani nilai beban tersebut. Flow adalah konsumsi uap untuk nilai beban yang sedang dilayani oleh turbin tersebut. Semakin besar nilai beban yang sedang dilayani oleh pembangkit, maka semakin banyak uap yang dipakai dalam satuan ton/jam.

III.3 OPERASIONAL PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel atau yang lebih dikenal dengan Genset (Generator Set) diesel di PT. Musim Mas KIM II Medan terdiri dari tujuh unit dengan klasifikasi yang berbeda-beda. Ketujuh unit itu adalah sebagai berikut : 1. dua unit diesel SKL : 1000 rpm, generator excitasi 43 V 3.6 A, kelas isolasi : H, pf : 0.8, 2250 kW. 2. satu unit diesel Caterpillar : 1500 rpm, generator excitasi 22 V, 5.8 A, kelas isolasi : H, pf : 0.8, 400 V 1640 kW. 3. empat unit diesel MTU : 400 kW, 400 V.


Masing-masing unit diesel adalah sama untuk setiap bagian komponen pendukung kerja mesin-mesin tersebut. Di bawah ini digambarkan skema diagram mesin diesel yang dipakai di PT. Musim Mas KIM II Medan.


Gambar III.10 Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II Medan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Gambar III.10 di atas memperlihatkan skema generator diesel sebagai suatu stasiun sistem pembangkit tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM II Medan yang terdiri dari beberapa bagian unit mesin, yaitu : 1. unit bahan bakar ; bahan bakar dari tangki penimbun diteruskan ke tangki harian yang dilakukan oleh pompa. Bahan bakar tersebut dilewatkan melalui saringan, untuk menjaga agar tidak terjadi pencemaran dan lain sebagainya. Dari tangki harian, melalui saringan dan pompa injeksi diteruskan ke mesin untuk proses pembakaran. 2. unit pemasukan udara ; kebutuhan udara tujuan kompresi pada masing-masing siklus, disuplai melalui saringan untuk menjaga partikel-partikel abu tidak masuk ke silinder. 3. unit pendingin mesin ; untuk mendinginkan silinder mesin, air pendingin dilewatkan melalui dinding silinder (jacket). Air pendingin yang dibutuhkan diusahakan bebas dari kotoran, agar ruang pendinginan silinder tidak tersumbat. Untuk tujuan ini, maka pada tangki pembuangan gelombang udara ditempatkan suatu peralatan yang disebut hot well. 4. unit pelumasan ; minyak pelumas dari tempat penampungan, oleh pompa dialirkan melalui saringan (filter). Umumnya pelumas dalam keadaan panas bila mengalir dari tempat penampungan. Bila minyak pelumas tidak dalam keadaan panas, maka perlu dipanaskan sebelum minyak pelumas tersebut dialirkan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

melalui filter. Minyak pelumas tersebut didinginkan pada heat exchanger sebelum dikirim kembali ke mesin. Dari ketujuh unit generator diesel yang dipakai di perusahaan ini, masingmasing memiliki prosedur start yang berbeda-beda. Prosedur start untuk generator diesel tersebut adalah sebagai berikut : 1. menjalankan dengan kompresi udara ; udara bertekanan ± 20 kg / cm2 yang disuplai dari botol udara, didistribusikan ke kutub hisap mesin. Pada mesin yang mempunyai silinder yang banyak, udara kompresi dimasukkan ke dalam satu silinder dan menekan piston sehingga mengakibatkan poros engkol (crank shaft) berputar. Dengan mensuplai bahan bakar pada saat yang tepat dari siklus yang terdapat pada mesin, maka mesin akan beroperasi. Generator diesel yang menggunakan metode start ini adalah diesel dengan merek SKL 2 unit. 2. menjalankan dengan motor listrik ; motor listrik mengerakkan roda gigi piston yang dikopel pada gigi yang terdapat di sekeliling roda gila (fly wheel) mesin. Tenaga listrik yang disuplai untuk motor, dibuat mampu untuk menggerakkan mesin. Setelah mesin mulai berjalan, secara otomatis motor listrik terlepas (tidak terkopel dengan roda gila). Metode seperti ini dipakai untuk diesel generator merek MTU 4 unit dan Caterpillar 1 unit.


III.4 OPERASI PARALEL PEMBANGKIT PT. Musim Mas KIM II Medan Pembangkit listrik di perusahaan ini ada dua jenis, yaitu pembangkit listrik tenaga uap dan diesel. Kedua jenis pembangkit ini dirancang untuk operasi paralel karena sudah dilengkapi dengan panel sinkron. Untuk melakukan operasi paralel pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator, kemudian secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan generator tersebut. Operasi sinkron yang dilakukan antara lain antara generator uap dengan generator uap, generator uap dengan generator diesel, generator diesel dengan generator diesel dan generator diesel dengan jaringan PLN. Keempat operasi paralel tersebut memiliki prosedur yang sama di dalam melakukan operasi paralel. Di dalam melakukan operasi paralel, setelah turbin sudah dalam kondisi running atau siap untuk disinkronkan, maka yang harus diperhatikan adalah panel sinkron. Berikut ini adalah gambar panel sinkron dan panel bus bar. Synchrone Kit 100

V

frekwensi meter I

Hz 47

48

47

48

50

52

53

52

53

600 500

400

Hz 50

300

400

500 600 300

slow

fast

100

II

synchronoscope

Synchrone Switch 0 1 2 3

Synchrone Lamp


Gambar III.11 Panel Sinkron

BUS BAR TURBINE PANEL 4000 3000

A

2000

2500

4000

4000 3000

3000

A

2000

A

kW

1500

2000

2000

1000 500

0

0

0

0

cos θ

600 500 400

frekwensi meter

V

0.9

48

47

50

0.7 0.6

0.9

Hz 300

0.8

1

52

0.8

53

0.7 0.6

100

man off auto

1 (-)

2 (+)

Lower and upper frequency

off

on

starter key switch

Gambar III.12 Panel Bus Bar Langkah-langkah melakukan sinkronisasi generator : 1. karena CB yang digunakan adalah tipe ACB (Air Circuit Breaker), maka pompa terlebih dahulu (charger) dengan udara agar CB dapat menutup pada saat generator sudah paralel terhadap jaringan. 2. aktifkan panel sinkron dengan memutar starter key switch ke arah on yang terdapat di panel bus bar 3. arahkan synchrone switch ke posisi 2 di mana 2 adalah salah satu penomoran dari bus bar generator yang akan disinkronkan ke jaringan.


4. karena sinkronisasi yang akan dilakukan adalah otomatis, maka atur posisi selector switch man auto ke posisi auto agar CB bisa menutup secara otomatis jika generator sudah sinkron. 5. perhatikan panel sinkron terutama sinkronoskop. Jika arah jarum berputar cepat ke arah tanda positif (+) maka frekuensi generator lebih tinggi dari pada di jaringan, sedangkan jika berputar ke arah tanda negatif (-) maka artinya frekuensi generator lebih rendah dari pada di jaringan. Usahakan frekuensi generator yang akan diparalelkan lebih tinggi dari pada di jaringan. Jika tidak, maka naikkan frekuensi generator dengan upper and lower frequency switch dengan menggerakkan switch ini ke arah 2 (+), maka frekuensi dan beban akan bertambah ke generator yang akan diparalelkan, dan jika generator sudah sinkron dengan jaringan maka CB akan menutup secara otomatis dan generator sudah masuk ke sistem jaringan. 6. kembalikan switch-switch yang dipakai tadi ke posisi semula seperti synchrone switch ke posisi 0, switch man auto ke posisi off, starter key switch ke posisi off. 7. lakukan pembebanan ke generator disesuaikan dengan kapasitas mesin tersebut. Di dalam kondisi beban puncak, yaitu dari jam 18.30 sampai jam 22.30 maka turbin akan melakukan koordinasi dengan pembangkit diesel untuk melakukan pemindahan beban dari PLN ke turbin atau dengan kata lain disebut dengan istilah change power. Karena pada kondisi beban puncak, PLN akan memutus dayanya untuk melayani pasokan listrik ke masyarakat dalam waktu Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

beberapa jam (sekitar jam 18.30 sampai jam 22.30) setelah itu PLN kembali lagi memasok daya listriknya kembali ke perusahaan. Dengan memperhatikan diagram satu garis pada gambar III.14, maka dapat dilihat langkah-langkah untuk melakukan proses pemindahan beban (change power) dari jaringan PLN ke jaringan turbin dengan perantaraan generator diesel : 1. Generator diesel dijalankan 2 unit yaitu SKL 1 dan SKL 2, kemudian melakukan sinkronisasi terhadap generator uap (turbin). 2. generator diesel menarik beban sebesar 800 kW dari turbin melalui ACB Turbin 5000 A. 3. setelah bus bar SKL terbebani 800 kW, maka ACB Turbin 5000 A dibuka kemudian diesel SKL melakukan sinkronisasi ke jaringan PLN dengan menutup coupler 2 SKL to PLN dan kemudian diesel SKL segera menarik beban dari PLN (±1300 kW). 4. setelah diesel SKL terbebani dengan beban PLN (±1300 kW) ditambah beban 800 kW yang dari turbin, maka diesel SKL melakukan sinkronisasi dengan turbin dengan menutup kembali ACB turbin 5000 A (coupler 2 SKL to PLN dibuka kembali). 5. SKL melakukan pengiriman beban setiap 200 kW ke turbin sampai beban di diesel SKL 0 kW. 6. setelah beban di diesel SKL terkirim semua ke turbin, maka diesel SKL melepas sinkron dengan jaringan turbin dan turbin melakukan pembagian beban agar setiap turbin memikul beban dengan seimbang sesuai dengan kemampuan tiap-tiap turbin. 7. Setelah kondisi turbin aman, maka diesel SKL segera di-stop. Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009


Gambar III.13 Diagram Satu Garis PT. Musim Mas

Gambar III.14 Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan) Keterangan gambar : 1

: transformator 3000 kVA “SHINKO”

2

: turbin 1 2400 kW

3

: coupler turbin 1 ke turbin 2

4

: link MDP turbin ke MDP SKL

A

: transformator 3000 kVA turbin

B

: turbin 2 3200 kW

KE-1 : turbin 3 4 MW KA-1 : link sub stasiun turbin ke sub stasiun SKL KA-2 : turbin 4 10 MW KA-3 : transformator 3000 kVA “SHINKO” KA-4 : sub stasiun turbin 3 KA-5 : spare Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

KA-6 : sub stasiun alkohol plant KA-7 : VT KC-1 : incoming dari sub stasiun turbin KC-2 : transformator 2000 kVA turbo compressor KC-3 : transformator 4000 kVA utility KC-4 : transformtor 4000 kVA plant KB-1 : link sub stasiun SKL ke sub stasiun turbin KB-2 : transformator 4000 kVA SKL KB-3 : sub stasiun speciallity fats KB-4 : transformator 3500 kVA turbin KB-5 : VT KD-1 : transformator 3500 kVA speciallity fats


BAB IV PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT IV.1 BEBAN YANG DIPIKUL PEMBANGKIT Jenis beban yang dipikul oleh pembangkit ada dua jenis yaitu beban statis yang berupa pemanas dan lampu-lampu penerangan serta beban dinamis yang berupa motor-motor listrik. Dalam setiap waktu, tiap-tiap pembangkit memikul beban yang berbeda-beda setiap harinya. Berikut ini adalah contoh dari karakteristik beban yang dipikul oleh pembangkit tanggal 19 November 2008. Tabel VI.1 Karakteristik Beban Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan

waktu (per jam) 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 01.00 02.00 03.00

beban beban turbin1- turbin22.4MW 3.2MW (kW) (kW) 1400 450 1500 1300 1250 1200 1400 1400 1150 1450 1700 1850 1500 1650 1350 1250 1250 1250 1250

950 750 900 800 750 900 800 860 900 1080 1050 850 1000 950 830 850 850 850 850

pf

beban turbin410MW (kW)

0.95 0.91 0.95 0.93 0.92 0.92 0.93 0.94 0.92 0.95 0.95 0.96 0.95 0.95 0.94 0.93 0.93 0.93 0.93

7200 8300 7200 7200 7200 7300 7300 7300 7350 8050 7950 7950 8000 7900 7050 7000 7000 7000 7000

pf

beban PLN2MW (kW)

total beban turbin (kW)

0.91 0.94 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.94 0.93 0.93 0.94 0.92 0.91 0.92 0.92 0.92 0.92

900 950 980 900 950 1000 900 1000 1000 1100 1000 1000 1000 1000

9550 9500 9600 9300 9200 9400 9500 9560 9400 10580 10700 10650 10500 10500 9230 9100 9100 9100 9100

beban turbin + PLN (kW) 10450 10450 10580 12540 10150 10400 10400 10560 10400 10580 10700 10650 10500 10500 10330 10100 10100 10100 10100


04.00 1250 850 0.92 7070 0.92 1000 9170 10170 05.00 1150 850 0.92 7040 0.92 1050 9040 10090 06.00 1050 850 0.91 7070 0.92 1000 8970 9970 07.00 1200 700 0.92 6950 0.91 1000 8850 9850 08.00 1300 800 0.93 7030 0.92 950 9130 10080 Maka jika Tabel VI.1 di atas dikonversikan ke grafik adalah sebagai berikut : 9000

8000

7000

beban (kW)

6000

5000

4000

3000

2000

1000

09 .00 10 .00 11 .00 12 .00 13 .00 14 .00 15 .00 16 .00 17 .00 18 .00 19 .00 20 .00 21 .00 22 .00 23 .00 24 .00 01 .00 02 .00 03 .00 04 .00 05 .00 06 .00 07 .00 08 .00

0

waktu (per jam) beban turbin 1 (kW) beban turbin 4 (kW)

beban turbin 2 (kW) beban PLN (kW)

Grafik IV.1 Karakteristik Beban Setiap Pembangkit


12000

10000

beban (kW)

8000

6000

4000

2000

08 .0 0

07 .0 0

06 .0 0

05 .0 0

04 .0 0

03 .0 0

02 .0 0

01 .0 0

24 .0 0

23 .0 0

22 .0 0

21 .0 0

20 .0 0

19 .0 0

18 .0 0

17 .0 0

16 .0 0

15 .0 0

14 .0 0

13 .0 0

12 .0 0

11 .0 0

10 .0 0

09 .0 0

0

waktu (per jam)

total beban (kW)

Grafik IV.2 Karakteristik Total Beban Pembangkit Dilihat dari Tabel IV.1 dan gambar kedua grafik di atas, rata-rata beban dari pukul 09.00 sampai 17.00 adalah 9445.556 kW dengan catatan beban PLN ±1100 kW berada di jaringan PLN. Kemudian pada pukul 17.30 adalah proses pemindahan beban (change power) dari jaringan PLN ke jaringan turbin yaitu memindahkan beban PLN ±1100 kW ke jaringan turbin karena PT. PLN Persero melakukan pemutusan daya sekitar empat jam ( dari pukul 18.30-22.30) untuk melayani beban puncak di masyarakat. Oleh karena itu pada pukul 18.00 beban turbin bertambah sekitar ±1100 kW dari beban 9400 kW menjadi 10700 kW, tetapi terlihat di tabel beban untuk pukul 18.00 adalah 10580 kW dikarenakan pada jam tersebut adalah jam makan malam dan istirahat selama ±45 menit di mana mesin-mesin sebagian di-stop, sehingga ada pengurangan daya sekitar 120 kW. Kemudian pada pukul 19.00, aktifitas pabrik kembali dilakukan dan beban juga bertambah menjadi 10700 kW. Beban puncak terjadi dari pukul 18.00 Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

sampai 22.00 dengan rata-rata beban sekitar ±10586 kW. Pada pukul 22.30, PT. PLN Persero kembali memasok dayanya ke pabrik, sehingga dilakukan proses pemindahan beban dari jaringan turbin ke jaringan PLN dengan perantaraan generator diesel. Beban yang dipindahkan adalah sebesar ±1300 kW sehingga beban turbin berkurang menjadi sekitar 9200 kW sampai 9230 kW. Pada pukul 24.00 sampai pukul 07.00 beban rendah dikarenakan aktifitas berkurang, dan pada pukul 08.00 aktifitas pabrik kembali dimulai dan akan naik kembali seperti hari sebelumnya.

IV.2 PEMBAGIAN BEBAN PEMBANGKIT Dalam operasi paralel pembagian beban pembangkit listrik di PT. Musim Mas KIM II Medan terutama generator uap, harus dilakukan dengan tujuan penyesuaian terhadap kapasitas generator, jenis turbin dan pengaturan frekuensi. Dari Gambar III.13 Bab III diagram satu garis PT. Musim Mas KIM II Medan, generator uap dibagi dua kelompok pembangkit, yaitu kelompok pertama adalah Turbin 1 dan Turbin 2, sedangkan kelompok kedua adalah Turbin 3 dan Turbin 4, sehingga dalam operasionalnya beban dibagi ke dalam kedua kelompok pembangkit tersebut. Untuk pembangkit kelompok 1 yaitu Turbin 1 dan Turbin 2, pembagian beban di kelompok ini tergantung dengan Turbin 2 karena turbin ini berbeban disesuaikan dengan tekanan BPV (Back Pressure Vessel), di mana tekanan uap di tangki ini jika di bawah 3.0 bar, maka beban harus dinaikkan, atau jika BPV sudah buang uap, maka beban Turbin 2 harus dikurangi sampai tangki Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

BPV tidak membuang uap lagi. Sisa beban Turbin 2, diberikan ke Turbin 1 atau dipindahkan ke Turbin 4 atau Turbin 3 jika beroperasi. Ada 2 jenis tipe pembebanan di PT. Musim Mas KIM II Medan yaitu tipe Droop Load dan tipe Base Load. Tipe Droop Load yaitu pembangkit beroperasi mengikuti perubahan beban di jaringan, sedangkan tipe Base Load yaitu pembangkit beroperasi pada beban tertentu, di mana beban yang ditanggung pembangkit tidak dapat naik turun tanpa dilakukan oleh operator. Untuk pembangkit tipe Droop Load adalah Turbin 1 dan Turbin 4, sedangkan tipe Base Load adalah Turbin 2 dan Turbin 3. Secara matematis, pembagian beban untuk daya aktif, reaktif, semu dan faktor daya sistem dari pembangkit generator uap dapat dilihat pada perhitungan berikut ini : Dari data beban turbin uap pada Tabel IV.1 dapat dilihat : •

Jam 09.00 WIB : beban total (Pt)

= 9550 kW

Ptbn4

= 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.91

Pt

= Ptbn1,2 + Ptbn4

9550

= Ptbn1,2 + 7200

Ptbn1,2

= 9550 – 7200 = 2350 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95

Qtbn4

= Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4) = 7200 tan (cos-1 0.91) = 7200 tan 24.494 = 7200 × 0.4556


= 3280.32 kVAr Qtbn1,2

= Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2) = 2350 tan (cos-1 0.95) = 2350 tan 18.194 = 2350 × 0.3286 = 772.408 kVAr

Qt

= Qtbn1,2 + Qtbn4 = 3280.32 + 772.408 = 4052.728 kVAr

S2

= P2 + Q2 = 95502 + 4052.7282 = 91202500 + 16424604.24 = 107627104.24

S

= 107627104.24 = 10374.34 kVA

Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam 09.00 WIB adalah : pf

=

P S

=

9550 10374.34

= 0.9205


S=

103

74.3

4 kV

A

Q = 4052.728 kVAr

P = 9550 kW cos φ = 0.9205

Gambar IV.1 Segitiga Daya Generator Uap 19 November 2008 Jam 09.00 WIB •


= 9500 kW

Ptbn4

= 8300 kW, cos ϕ = 0.94

Pt

= Ptbn1,2 + Ptbn4

9500

= Ptbn1,2 + 8300

Ptbn1,2

= 9500 – 8300

Ptbn1,2

= 1200 kW, cos ϕ = 0.91

Qtbn4

= Ptbn4 tan (cos-1ϕ) = 8300 tan (cos-1 0.94) = 8300 tan 19.948 = 8300 × 0.363 = 3012.5 kVAr

Qtbn1,2

= Ptbn1,2 tan (cos-1 ϕtbn1,2) = 1200 tan (cos-1 0.91) = 1200 tan 24.495 = 1200 × 0.45 = 546.73 kVAr


Qt

= Qtbn1,2 + Qtbn4 = 546.73 + 3012.5 = 3559.23 kVAr

S2

= P2 + Q2 = 95002 + 3559.232 = 90250000 + 12668118.1929 = 102918118.1929

S

= 102918118.1929 = 10144.85 kVA


=

P S

=

9500 10144.85

P = 9500 kW cos φ = 0.936

kVAr

101

Q = 3559.23

= 0.936

44.8

5 kV

A

Gambar IV.2 Segitiga Daya Generator Uap 19 November 2008 Jam 10.00 WIB

•

Jam 11.00 WIB :


beban total (Pt)

= 9600 kW

Ptbn4

= 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.92

Pt

= Ptbn1,2 + Ptbn4

9600

= Ptbn1,2 + 7200

Ptbn1,2

= 9600 – 7200 = 2400 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95

Qtbn4

= Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4) = 7200 tan (cos-1 0.92) = 7200 tan 23.074 = 7200 × 0.4259 = 3067.187 kVAr

Qtbn1,2


Qt

= Qtbn1,2 + Qtbn4 = 788.64 + 3067.187 = 3855.827 kVAr

S2

= P2 + Q2 = 96002 + 3855.8272 = 92160000 + 14867401.853929 = 107027401.85

S

= 107027401.85


= 10345.405 kVA Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam 11.00 WIB adalah : pf

=

P S

=

9600 10345.405

103

45.4

05

kVA

Q = 3855.827

P = 9600 kW cos φ = 0.9279

kVAr

= 0.9279


•


= 9300 kW

Ptbn4

= 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.92

Pt

= Ptbn1,2 + Ptbn4

9300

= Ptbn1,2 + 7200

Ptbn1,2

= 9300 – 7200 = 2100 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.93

Qtbn4

= Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)


= 7200 tan (cos-1 0.92) = 7200 tan 23.074 = 7200 × 0.4259 = 3067.187 kVAr Qtbn1,2


Qt

= Qtbn1,2 + Qtbn4 = 829.973 + 3067.187 = 3897.16 kVAr

S2

= P2 + Q2 = 93002 + 3897.162 = 86490000 + 15187856.0656 = 101677856.0656

S

= 101677856.0656 = 10083.54 kVA


=

P S

=

9300 10083.54

= 0.9223 Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

P = 9300 kW cos φ = 0.9223

kVAr

100

Q = 3897.16

83.5

4 kV

A


•

Beban puncak jam 19.00 WIB : beban total (Pt)

= 10700 kW

Ptbn4

= 7950 kW, cos ϕtbn4 = 0.93

Pt

= Ptbn1,2 + Ptbn4

10700

= Ptbn1,2 + 7950

Ptbn1,2

= 10700 – 7950 = 2750 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95

Qtbn4

= Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4) = 7950 tan (cos-1 0.93) = 7950 tan 21.565 = 7950 × 0.395 = 3142.041 kVAr

Qtbn1,2

= Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2) = 2750 tan (cos-1 0.95) = 2750 tan 18.195 = 2750 × 0.3287


= 903.881 kVAr Qt

= Qtbn1,2 + Qtbn4 = 903.881 + 3142.041 = 4045.922 kVAr

S2

= P2 + Q2 = 107002 + 4045.9222 = 114490000 + 16369484.83 = 130859484.83

S

= 130859484.83 = 11439.38 kVA

Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap untuk beban puncak jam 19.00 WIB adalah : pf

=

P S

=

10700 11439.38

P = 10700 kW cos φ = 0.935

114

39.3

8 k VA

Q = 4045.922 kVAr

= 0.935

Gambar IV.5 Segitiga Daya Generator Uap 19 November 2008 Beban Puncak Jam 19.00 WIB •

Beban puncak jam 07.00 WIB :


beban total (Pt)

= 8850 kW

Ptbn4

= 6950 kW, cos ϕtbn4 = 0.91

Pt

= Ptbn1,2 + Ptbn4

8850

= Ptbn1,2 + 6950

Ptbn1,2

= 8850 – 6950 = 1900 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.92

Qtbn4

= Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4) = 6950 tan (cos-1 0.91) = 6950 tan 24.495 = 6950 × 0.4556

Qtbn4

= 3166.51 kVAr

Qtbn1,2


Qt

= Qtbn1,2 + Qtbn4 = 809.396 + 3166.51 = 3975.906 kVAr

S2

= P2 + Q2 = 88502 + 3975.9062 = 78322500 + 15807828.52 = 94130328.52

S

=

94130328.52


= 9702.08 kVA Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap untuk beban puncak jam 07.00 WIB adalah : pf

=

P S

=

8850 9702.08

P = 8850

kW

cos φ = 0.912

114

39.

38

kV

A

Q = 3975.906 kVAr

= 0.912

Gambar IV.6 Segitiga Daya Generator Uap 19 November 2008 Jam 07.00 WIB IV.3 BIAYA OPERASIONAL PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN Biaya operasional PLTU di PT. Musim Mas KIM II Medan meliputi biaya perawatan dan perbaikan, spare part, dan bahan bakar. Dari ketiga biaya tersebut, pada umumnya yang merupakan biaya terbesar dalam operasional adalah biaya bahan bakar. Bahan bakar yang dipakai untuk PLTU ini adalah cangkang kelapa sawit. Pada sub bab ini akan dilakukan perhitungan terhadap pemakaian bahan bakar selama satu hari operasional untuk tanggal 19 November 2008 sesuai dengan data yang sudah diperoleh dari lapangan. Pada Bab III Gambar III.1 Blok Diagram Alir Uap dan Air PT. Musim Mas dapat dilihat sistem pembangkit generator uap yang dipakai di perusahaan Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

ini. Boiler yang digunakan ada empat unit dengan kapasitas yang berbeda-beda. Masing-masing boiler tersebut adalah Boiler Cangkang 1 (BC-1) berkapasitas 32 ton uap / jam, Boiler Cangkang 2 (BC-2) dan Boiler Cangkang 3 (BC-3) berkapasitas sama yaitu 45 ton uap / jam, dan Boiler Cangkang 4 (BC-4) berkapasitas 55 ton uap / jam. Untuk tanggal 19 November 2008, boiler yang beroperasi ada 3 unit yaitu BC-2, BC-3 dan BC-4. Artinya kapasitas uap kering yang tersedia untuk Turbin 1 dan 2 adalah 90 ton uap / jam, sedangkan kapasitas uap kering yang tersedia dari BC-4 ke Turbin 4 adalah 55 ton uap / jam. Data dari perusahaan didapat bahwa BC-1,2,3 memerlukan 195 kg cangkang kelapa sawit untuk menghasilkan 1 ton uap kering, sedangkan untuk BC-4 memerlukan 230 kg cangkang kelapa sawit untuk menghasilkan 1 ton uap kering. Di bawah ini ditunjukkan perhitungan konsumsi bahan bakar untuk setiap generator uap yang beroperasi tanggal 19 November 2008 yang lalu. •

Turbin 2 Tabel VI.2 Konsumsi Uap Turbin 2 Per Jam waktu (per jam)

beban turbin23.2MW (kW)

09.00

950

10.00

750

11.00

900

12.00

800

13.00

750

14.00

900

15.00

800

16.00

860

17.00

900

18.00

1080

19.00

1050

konsumsi uap (ton/jam) 16.25 14.60 16.05 15.00 14.58 15.95 15.02 15.75 16.07 17.75 17.45


20.00

850

21.00

1000

22.00

950

23.00

830

24.00

850

01.00

850

02.00

850

03.00

850

04.00

850

05.00

850

06.00

850

07.00

700

08.00

800

15.60 17.01 16.48 15.38 15.60 15.65 15.63 15.71 15.58 15.61 15.63 14.46 15.03 377.84 tonh

Jumlah :

18220 kWh

Lama beroperasi = 24 jam Energi listrik yang dihasilkan = 18220 kWh Jumlah uap yang dikonsumsi = 377.84 tonh Turbin 2 mengkonsumsi uap dari BC-2 dan 3, 1 ton uap

= 195 kg cangkang,

maka untuk 377.84 ton uap

= 377.84 × 195 = 73678.8 kg cangkang kelapa sawit

Atau dengan kata lain, untuk setiap 1 kWh =

konsumsi uap selama x jam energi listrik selama x jam

=

377.84 18220

= 0.0207 ton uap kering Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

Maka untuk 1 kWh

= 20.7 kg uap kering.

Data di lapangan diperoleh : 1 ton uap kering

= 195 kg cangkang kelapa sawit

Maka, untuk 0.0207 ton uap kering adalah = 0.0207 × 195 Maka untuk 1 kWh

= 4.04 kg cangkang kelapa sawit

∴ untuk tanggal 19 November 2008, Turbin 2 mengkonsumsi bahan bakar cangkang kelapa sawit sebanyak 73.7 ton dengan konsumsi uap kering adalah 20.7 kg / kWh atau membutuhkan cangkang kelapa sawit sebesar 4.04 kg / kWh. Biaya cangkang kelapa sawit = Rp 400 / kg, maka biaya bahan bakar Turbin 2 untuk tanggal 19 November 2008 adalah : 73678.8 kg × Rp 400 •

= Rp 29.471.520

Turbin 4 Tabel VI.3 Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam waktu (per jam) 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00

beban turbin410MW (kW)

konsumsi uap (ton/jam) 33.84

7200 39.13 8300 33.75 7200 33.82 7200 33.85 7200 34.31 7300 34.32 7300 34.29 7300 34.55 7350 37.84 8050 37.37 7950


20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00

37.36 7950 37.65 8000 37.15 7900 33.14 7050 32.95 7000 32.93 7000 32.91 7000 32.94 7000 33.22 7070 33.09 7040 33.26 7070 32.67 6950 33.04 7030 829.38 176410

Jumlah :

tonh

kWh

Data dari perusahaan diperoleh untuk 1 MW membutuhkan 4.7 ton uap kering. Lama beroperasi = 24 jam Energi listrik yang dihasilkan = 176410 kWh Jumlah uap yang dikonsumsi = 829.38 tonh Turbin 4 mengkonsumsi uap dari BC-4, 1 ton uap

= 230 kg cangkang kelapa sawit,

maka untuk 829.38 ton uap

= 829.38 × 230 = 190.7574 ton = 190757.4 kg cangkang kelapa sawit

Atau dengan kata lain, untuk setiap 1 kWh =

konsumsi uap selama x jam energi listrik selama x jam


=

829.38 176410

= 0.0047 ton uap kering Maka untuk 1 kWh

= 4.701 kg uap kering.

Data di lapangan diperoleh : 1 ton uap kering

= 230 kg cangkang kelapa sawit

Maka, untuk 0.0047 ton uap kering adalah = 0.0047 × 230 Maka untuk 1 kWh

= 1.081 kg cangkang kelapa sawit

∴ untuk tanggal 19 November 2008, Turbin 4 mengkonsumsi bahan bakar cangkang kelapa sawit sebanyak 190.7574 ton. Biaya cangkang kelapa sawit = Rp 400 / kg, maka biaya bahan bakar Turbin 4 untuk tanggal 19 November 2008 adalah : 190757.4 kg × Rp 400

= Rp 76.302.960

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN Berdasarkan uraian dan pengamatan terhadap Studi Pembangkit Tenaga Uap dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. operasi paralel kedua jenis pembangkit di dalam prakteknya sedikit berbeda dengan teori yang dipelajari, di mana pada saat sinkronisasi Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

frekuensi generator yang akan diparalelkan harus sedikit lebih tinggi dari frekuensi jaringan. 2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap tipe kondensing mengkonsumsi bahan bakar lebih sedikit dari pada Pembangkit Listrik tenaga Uap tipe back pressure. 3. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel merupakan pembangkit cadangan apabila terjadi kekurangan daya dan juga digunakan untuk melakukan pemindahan beban dari jaringan PLN ke jaringan turbin dan sebaliknya.

V.2 SARAN Dari studi koordinasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Medan, penulis ingin menyampaikan beberapa saran sebagai berikut : 1. Perlu dilakukan pengecekan atau up grade terhadap boiler agar dapat menghasilkan tekanan uap yang benar-benar maksimal sehingga masingmasing generator dapat beroperasi secara maksimal dalam memberikan daya ke beban. 2. Atau untuk mendapatkan hasil tekanan dan konsumsi uap yang maksimal, maka unit boiler untuk pembangkit harus dipisah dengan unit boiler yang dipakai ke bagian proses produksi. 3. walaupun saat ini kapasitas pembangkit mampu untuk memenuhi kebutuhan beban, untuk ke depan perlu dilakukan penambahan


pembangkit atau up grade sistem pembangkit, karena pembangunan beberapa plant yang masih terus berlangsung di perusahaan ini.

DAFTAR PUSTAKA 1. Abdul Kadir, Prof, Pembangkit Tenaga Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1990 2. Djiteng Marsudi, Ir, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit Dan Humas ISTN Bhumi Srengseng Indah, Jakarta, 1990. 3. Djiteng Marsudi, Ir, Pembangkitan Energi Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005. 4. Neno Suhana, Rangkaian Kontrol Genset Seri Teknik, Penerbit ITB, Bandung, 2002. Ronny Samuel Sianturi : Studi Pembangkit Listrik Tenaga Uap Dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Kim II Medan, 2008. USU Repository © 2009

5. P. Shlyakhin, Turbin Uap Teori Dan Rancangan, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1990. 6. Sumanto, MA, Drs, Mesin Sinkron, Penerbit Andi, Yogyakarta, 1996. 7. Werlin. S. Nainggolan, Teori Dan Penyelesaian Thermodinamika, Penerbit Armico, Bandung, 1978. 8. Woodruff and Lammers, Steam Plant Operation, McGraw-Hill Book Company, New York, 1984.


STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK

Recommend Documents