View
16
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
SKRIPSI
OPTIMASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR PADA PLTMH
DENGAN SISTEM
(AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR) AVR
Program Studi Teknik Tenaga Listrik
Tugas akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat
Guna Memperoleh Gelar Sarjana
pada Program Studi Teknik Tenaga Listrik
Diajukan Oleh :
Alham Munandar
105 82 1458 14
Dwi Prasetyo
105 82 1271 13
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
MAKASSAR
2020
ABSTRACK
ALHAM MUNANDAR (105 82 1458 14) dan Dwi Prasetyo (105 82 1271 13). Optimasi Pengaturan
Tegangan Generator Pada PLTMH Dengan Sistem (Automatic Voltage Regulator) AVR. Dibimbing oleh
............................
1. Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah yang besar seperti: bioetanol
sebagai penganti bensin, biodisel sebagai penganti solar, tenaga panas bumi, mikrohidro, tenaga
surya, tenaga angin, bahkan sampah/limbah yang dapat di gunakan sebagai pembangkit listrik.
Minihidro merupakan pembangkit listrik tenaga air dengan skala kecil. Tujuan dari penelitian ini yaitu
untuk mengoptimalkan pemakaian potensi air deras untuk sumber PLTM dan untuk menghitung daya
terbangkitan suatu PLTM dari perhitungan teotritis. Dilaksanakan pada bulan September sampai
November 2019 dan jenis kegiatan yang di lakukan yaitu pengumpulan alat dan bahan, survei lokasi
dan pengambilan data di desa Banyorang dan PLTHM BANTAENG 1. Pembangkit Listrik Tenaga Mini
Hidro Desa Pattaneteang Kecamatan Tompo Bulu Kabupaten Bantaeng beroperasi sejak pertengahan
tahun 2015 dan dari segi pembangkitnya dapat menghasilkan pemakaian beban maksimal untuk
konsumen 2,276 Mw. Berdasarkan pengukuran debit air dilapangan yaitu aliran sungai Batumassong
yang airnya dimanfaatkan sebagai sumber utama dengan hasil yang didapatkan adalah 4,26 m3/s.
Hasil pengukuran daya dengan perhitungan teorotis adalah 53,41 Mw berdasarkan hasil pengukuran
debit air dan dari segi pembangkit kapasitas daya stiap turbin 2,1 Mw (2100 Kw) sedangkan
pembangkit menggunakan dua buah turbin jadi total kapasitas dayanya 4,2 Mw. Saat beban listrik
mengalami perubahan menyebabkan tegangan listrik yang berubah-ubah AVR atau Automatic Voltage
Regulator akan bekerja secara otomatis untuk mengatur tegangan agar tetap stabil. Untuk menjaga
agar agar besar tegangan listrik yang dihasilkan suatu generator pembangkit listrik tetap satbil pada
tegangan 220 volt/ 380 volt maka pada setiap pembangkit listrik atau generator listrik dilengkapi alat
pengatur tegangan yang disebut dengan AVR.
Kata Kunci : Energi terbaharukan, Minihidro, AVR.
ABSTRACK ALHAM MUNANDAR (105 82 1458 14) and Dwi Prasetyo (105 82 1271 13). Optimization of Generator Voltage Settings in MHP with AVR (Automatic Voltage Regulator) System. Guided by ............................ 1. Indonesia has the potential for large amounts of renewable energy sources such as: bioethanol as a substitute for gasoline, biodiesel as a substitute for solar, geothermal power, micro hydro, solar power, wind power, even garbage / waste that can be used as electricity generation. Minihidro is a small-scale hydroelectric power plant. The purpose of this research is to optimize the potential use of heavy water for PLTM sources and to calculate the power generation of a PLTM from theological calculations. Conducted from September to November 2019 and the types of activities carried out, namely the collection of tools and materials, location surveys and data collection in the Banyorang village and BTHAENG PLTHM 1. Mini Hydro Power Plant in Pattaneteang Village, Tompo Bulu District, Bantaeng Regency, operated since mid 2015 and in terms of power generation it can produce a maximum load usage for 2,276 Mw consumers. Based on the measurement of water discharge in the field, the Batumassong river flow whose water is used as the main source with the results obtained is 4.26 m3 / s. The result of power measurement with theoretical calculations is 53.41 Mw based on the measurement of water discharge and in terms of generating power capacity for each turbine 2.1 Mw (2100 Kw) while the power plant uses two turbines so the total power capacity is 4.2 Mw. When the electrical load changes, causing varying electrical voltage AVR or Automatic Voltage Regulator will work automatically to regulate the voltage to remain stable. To keep the amount of voltage generated by a generator generating electricity remained at a voltage of 220 volts / 380 volts, each power plant or electric generator is equipped with a voltage regulator called the AVR. Keywords: Renewable energy, Minihidro, AVR.
ii
KATA PENGANTAR
Segala Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang
telah melimpahkan segala rahmat-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “OPTIMASI PENGATURAN
TEGANGAN GENERATOR PADA PLTMH DENGAN SISTEM AVR” guna
memenuhi sebagian persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
program studi Teknik Sipil Pengairan pada Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Makassar.
Penulis menyadari kelemahan serta keterbatasan yang ada
sehingga dalam menyelesaikan tugas akhir ini banyak memperoleh
bantuan dari berbagai pihak, dalam kesempatan ini penulis menyampaikan
ucapan terimakasih kepada :
1. Bapak Ir. Hamzah Al-Imran, ST., MT. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Makassar.
2. Ibu Adriani, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Makassar. Ibu Suryani, ST., MT. selaku Dosen
Pembimbing II dalam penyusunan tugas akhir ini.
3. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen dan Staff Akademik Jurusan Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
4. Terkhusus penulis ucapkan terima kasih kepada Kedua orang tua kami
tercinta, yang telah mencurahkan seluruh cinta, kasih sayang yang
hingga kapanpun penulis takkan bisa membalasnya.
iii
5. Terima kasih juga kepada Himpunan Mahasiswa Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Makassar.
6. Serta ucapan terima kasih kepada saudara-saudara seperjuangan
Fakultas Teknik angkatan 2014.
Penulis menyadari bahwa proposal ini masih banyak kekurangan
baik isi maupun susunannya. Semoga proposal ini dapat bermanfaat tidak
hanya bagi penulis juga bagi para pembaca.
Makassar, Januari 2020
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................. ii
KATA PENGANTAR ......................................................................... iii
DAFTAR ISI ........................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ................................................................................ vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................ viii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ............................................................................ 2
1.3.Tujuan Penulisan .............................................................................. 3
1.4. Batasan Masalah ............................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mykrohydro ................................................................................... 4
2.2. Generator Arus Bolak Balik ............................................................. 5
2.3. AVR (Automatic Voltage Regulator) ............................................... 16
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian ....................................................... 31
3.2. Langkah-Langkah Penelitian ......................................................... 33
3.3. Metode Perencanaan .................................................................... 37
3.4. Prinsip Kerja Dari AVR .................................................................. 43
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Profil AVR Secara Umum .............................................................. 46
4.2. Pengukuran Debit AIR .................................................................... 54
4.3. Konsep Penerapan AVR Pada Generator Satu Fasa .................... 64
4.4. Pemeliharaan Dan Perawatan AVR/Genset dan Generator .......... 67
v
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ................................................................................... 72
5.2. Saran ............................................................................................ 73
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk Sinyal Sinusoidal.................................................. 6
Gambar 2.2 Bentuk Karakteristik Alternator Tanpa Beban ................. 10
Gambar 2.3 Bentuk Karakteristik Alternator Beban ........................... 11
Gambar 2.4 Hubungan Antara Tegangan dan Arus ............................. 13
Gambar 2.5 Simbol SCR ...................................................................... 15
Gambar 2.6 Simbol thyristor dan 3pn-juntion ...................................... 18
Gambar 2.7 Skema Optocopuler ......................................................... 19
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem........................................................ 37
Gambar 2.3 Mikrokontroler.................................................................. 38
Gambar 3.3 Rangkaian Kontrol Thysistor ............................................ 39
Gambar 4.1 Automatic Voltage Regulator ............................................ 45
Gambar 4.2 Kondisi Panjang Dan Lebar Sungai .................................. 49
Gambar 4.3 Kurva Komponen Daya Listrik ......................................... 56
vii
DAFTAR TABEL
Tabel. 1 Debit Air Setiap Segmen Hari Pertama ................................... 51
Tabel. 2 Debit Air Setiap Segmen Hari Ke Dua ................................... 52
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Lonjakan harga minyak hingga UU$ 70/barel mempengaruhi
aktifitas perekonomian di berbagai belahan dunia. Di indonesia, kemelut
tersebut di perparah maraknya penyelundupan minyak yang di tengarai
merugikan negara hinga 8.8 trilyun rupiah pertahun penerapan UU Migas
No 22 Tahun 2001 juga di tuding sebagai penyebab menurunnya
kemampuan pertamina dalam menyediakan BBM. Maka kelankaan BBM
merupakan pemandangan yang biasa di jumpai di berbagai daerah di tanah
air. Dari segi APBN, Subsidi BBM yang mencapai 25% di nilai sebagai
sesuatu yang tidak wajar dan memberatkan. Krisis BBM ini disinyalir
merupakan penyebab melemahnya rupiah terhadap dolar. Tulisan ini
membahas ketergantungan terhadap BBM dan analisis sumber energi
terbarukan di indonesia.
Indonesia sesungguhnya memiliki potensi sumber energi terbarukan
dalam jumlah yang besar. Beberapa diantaranya bisa segera di terapkan di
tanah air, seperti: bioethanol sebagai penganti bensin, biodiesel sebagai
penganti solar, tenaga panas bumi, mikrohidro, tenaga surya, tenaga angin,
bahkan sampah/limbah sekalipun bisa di gunakan untuk membangkitan
listrik. Hampir semua sumber energi tersebut sudah di coba di terapakan
dalam skala kecil di tanah air. Momentum krisis BBM saat ini merupakan
waktu yang tepat untuk menata dan menerapkan dengan serius sebagai
2
potensi tersebut. Meski saat ini sangat sulit melakukan subtitusi total
terhadap bahan bakar fosil, namun implementasi sumber energi terbarukan
sangat penting untuk segera di mulai.
Untuk memaksimalkan pemanfaatan sumber energi terbarukan ini di
perlukan komponen-komponen pendukung sehingga dapat memberikan
hasil yang di inginkan. Untuk itu perancangan komponen pendukung harus
di desain sesuai spesifikasi yang di inginkan. Salah satu aplikasi yang akan
di rancang dalam hal ini adalah sistem AVR (Automatic Voltage Regulator)
untuk mengatasi permasalahan-permasalahan pada pembangkit energi
yang di hasilkan dalam skala kecil namun dari pembangkit inilah dapat
membantu mengatasi kirisis energi yang telah terjadi terjadi terutama untuk
melayani kebutuhan-kebutuhan listrik daerah terpencil yang memukinkan
untuk pengadaan pembangkit tenaga mikro hidro.
1.2. Rumusan Masalah
Dalam pembangkit listrik menggunakan mikrohidro, fruktuasi
tegangan yang dihasilkan sangat bervariasi terutama karena terjadi
perubahan beban pada jam-jam tertentu. perubahan tegangan dari
pembangkit ini merupakan suatu masalah yang memerlukan penanganan
secara serius karena sangat mempengaruhi unit kerja serta dapat
mengakitbatkan kerusakan peralatan-peralatan listrik pada pelanggan.
Untuk itu dikembangkan cara pengaturan penguatan tegangan pada
pembankit yang biasa disebut AVR (Automatic Voltage Regulator).
Tujuannya untuk mengurangi terjadinya fruktuasi tegangan mikrohidro.
3
Teknik ini di kembangkan dengan pemanfaatan sistem pengaturan
tegangan keluaran pada SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang berfungsi
untuk mengatur penguatan tegangan pada generator. Berdasarkan
permasalahan di atas maka di peroleh rumusan hal-hal sebagai berikut:
1. Untuk mempelajari dan mengetahui penerapan avr pada generator.
2. Untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari sistem avr menjaga
kestabilan tegangan.
1.3. Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini yaitu :
1. Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimalkan pemakaian potensi air
deras untuk sumber PLTM
2. Untuk menghitung daya terbangkitan suatu PLTM dari hitungan
teorotis
1.4. Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini kami hanya akan membatasi pada seberapa
besar potensi daya listrik yang mampu di hasilkan PLTMH Bateang 1 untuk
keperluan listrik masyarakat sekitar
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Minihidro
Minihidro merupakan pembangkit listrik tenaga air dengan skala kecil
(bisa mencapai beberapa ratus KW). Relatif kecilnya energi yang dapat di
hasilkan oleh minihidro (dibandikan PLTA skala besar) berimplikasi pada
relatif peralatan serta kecilnya areal tanah yang di butuhkan guna
memasang instalasi dan pengoprasian minihidro. Haltersebut merupakan
salahsatu keunggulan minihidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan
lingkungan.
Minihidro cocok di terapkan di pedesaan yang belum terjangkau
listrik dari PT PLN. Minihidro sendiri mendapatkan energi dari aliran air yang
memiliki perbedaan suatu ketinggian tertentu. energi tersebut di
manfaatkan untuk memutar turbin yang di hubungkan dengan generator
listrik. Minihidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar,
misalkan dengan ketinggian 2,5 m bisa menghasilkan listrik 400 kW. potensi
pemanfaatan minihidro secara nasional di perkirakan mencapai 5 kW,
sedangkan yang di manfaatkan saat ini baru sekitar 600 kW. Meski potensi
energinya tidak terlalu besar, namun minihidro dapat di pertimbangkan
untuk memperluas jangkauan listrik di seluruh nusantara.
Potensi penyedian air yang sangat besar bagi indonesia
memungkinkan untuk menyediakan listrik dari berbagaimacam keperluan.
Baik dalam keperluan skala besar, maupun skala lebih kecil. Di pedesaan
5
banyak terdapat sungai sungai kecil, dimana di samping dapat digunakan
untuk keperluan saluran irigasi sebenarnya juga dapat di gunakan atau di
manfaatkan bagi keperluan listrik rumah tangga. Di samping itu karena
jaringan listrik yang ada saat ini belum dapat di penuhinya dan menjangkau
sampai kepedesaan, sehingga peranan PLTMH ini sebenarnya sangat
perlu untuk di kembangkan. Hal itu di sebabkan dengan tersedia listrik di
daerah pedesaan sehingga dapat meninkatkan taraf kesejahteraan di
pedesaan. Sebenrnya PLTMH sangat identik atau sama dengan PLTA,
hanya skala atau ukuran yang lebih kecil (minihidro). PLTMH tidak
memerlukan air dengan aliran yang besar dan yang lebih istimewa dapat
memanfaatkan sungai-sungai kecil atau ketinggian terjun air tidak terlalu
tinggi, bahkan dapat di gunakan terjunan air dengan ketinggian 4 hingga 10
meter. Sedangkan daya yang di hasilkan umumnya di bawah 500 kW.
2.2. Generator Arus Bolak-Balik
Generator singkron adalah generator arus bolak-balik dan sering di
sebut alternator yang berfungsi mengubah tenaga mekanik menjadi daya
listrik, menurut hukum faraday, menjelaskan secara kuantitatif induksi
tegangan oleh medan magnetik berubah waktu. Pengubahan tenaga
elektro magnetik terjadi padasaat terjadi perubahan fluks yang di sebabkan
oleh adanya gerakan mekanis. Pada mesin berputar, tegangan di
bangkitkan pada lilitan atau sekelompok kumparan dengan memutar lilitan-
lilitan tersebut secara mekanis melalui suatau medan mangnetik, dengan
memutar secara mekanis atau medan magnit melalui lilitan atau meracang
6
suatu rangkaian magnetik sedemikian sehingga harga reluktans berubah-
ubah sesuai dengan putaran rotor.
Mesin singkrong mempunyai kumparan jangkar pada rotor dan
kumparan medan pada rotor Kumparan jangkarnya berbentuk sama
dengan mesin induksi. Sedangkan kumparan medan mesin dapat
berbentuk kutub sepatu (salient) ataua kutub dengan celah udara sama rata
(rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan
medan dialirkan ke rotor melalui cin-cin.
Apabila kumparan jangkar di hubungkan dengan sumber tegangan
tiga fasa maka akan menimbulkan medan putar pada rotor. Kutub medan
rotor yang di beri penguat arus serarah mendapat tarikan dari kutub medan
putar setator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron),
dan apabila rotor di putar oleh suatu penggerak mula (utama) dan
kumparan medan di beri sumber tenaga dc sehingga kumparan medan
akan membangkitkan medan magnit. Hasil interaksi kawat-kawat jangkar
dengan garis-garis gaya, maka di dalam kawat jangkar akan timbul
tegangan induksi yang sinusoid atau berebntuk grafik, seperti berikut.
.
Gambar 2.1 Bentuk Sinyal Sinusoidal
7
Tegangan yang timbul pada kawat jangkar akan di suplai kejala-jala
melalui slip ring dan dapat di hubunkan langsung dengan terminal setator
dan arus eksitansinya yang dialirkan melalui slip ring Generator serempak
dengan mudah di jalankan pararel, dan dalam keadaannya sistem pecatuan
listrik di negara-negara industri dapat mencapai jumlah yang besar yang
melibatkan beratus-ratus buah alternator ayng bekerja secra pararel, yang
saling di hubungkan oleh ratusan kilometer jaringan tarnsmisi. Sistem yang
luar biasa besarnya ini telah tumbuh tanpa perlu memperhatikan rancangan
sistem agar keserempakan selalu terpelihara jika terjadi ganguan-ganguan
dengan segala masalahnya, baik secara teknik ataupun adimistratif, yang
harus di agar sistem mesin dan personil yang amat rumit tersebut tetap
dapat terkordinasikan jalannya. Alasan utama bagi penggunan sistem yang
saling berhubungan tersebut adalah adanya kesinambungan dalam
pemakaiannya dan mempunyai nilai ekonomi dalam penanaman modal
pabrik serta biaya pemaikaiannya.
2.2.1. Kontruksi Generator Arus Bolak-balik (AC)
Kontruksi generator AC lebih sederhana, selain generator sinkron
ada juga generator asinkron (generator induksi), yang kontruksinya sama
dengan motor-motor induksi. Bagian-bagian terpentong dari generator AC
adalah:
1. Rangkain stator
Rangkain stator di buat dari besi tuang. Rangka stator merupakan
rumah dari bagian-bagian yang lain.
8
2. Stator
Stator bagian ini tersusun dari plat-plat (seperti yang di pergunakan
juga pada jangkar dari mesin arus searah) stator yang mempunyai alur-alur
sebagai tempat meletakkan lilitan motor. Lilitan ini befungai sebagai tempat
terjadinya GGL induksi.
3. Rotor
Rotor merupakan bagain yang berputar. pada motor terdapat kutub-
kutub magnet dengan lilitannya yang di aliri arus searah melewati cin-cin
geser dan sikat-sikat.
4. Slip Ring atau Cincin Geser
Dibuat dari bahan kuningan atau tembaga yang di pasang padaporos
dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama
dengan poros dan rotor. Jumlah slip ring ada dua buah yang amsing masing
slip ring dapat menggeser sikat yang masing-masing merupakan sikat-sikat
posistif dan negatif, berguna mengalirkan arus penguat ke magnet lilitan
magnet pada lilitan magnet pada rotor.
5. Generator penguat
Generator penguat adalah suatu generator arus searah yang di pakai
sebagai sumber arus. Biasanya yang di pakai adalah dinamo shunt.
Generator arus searah ini biasanya di kopel terhadap mesin
pemutarannya bersama generator utama. Akan tetapi sekarang banyak
generator yang tidak menggunakan generator arus searah (dari luar)
sebagai sumber penguat, sumber penguat di ambil dari GGL sebagian kecil
9
belitan statornya. GGL tersebut di transformasikan kemudian di serahkan
dengan penyearah elektronika sebelum masuk pada bagian penguat.
Mesin serempak merupakan suatau mesin medan ac yang
kecepatannya dalam keadaan mantap atau bagus (steady state)
berbanding lurus dengan frekuensi dari arus yang mengalir pada gandar-
kumparannya. Medan magnetik yang di hasilkan oleh arus gundar
kumparan berputar dengan kecepatan yang sama dengan yang di hasilakn
oleh gandar-kumparan pada rotor (yang berputar pada kecepatan yang
sama).
2.2.2. Penguatan
Pada generator sinkron kumparan medan (rotor) di beri eksitasi atau
penguatan dengan arus searah. Arus serah tersebut dapat diperoleh dari
sumber arus serah atau arus bolak-balik yang di searahkan.
Generator atau sumber listrik lain, yang memberikan eksitasi pada
generator sinkron (alternator) di sebut penguat terpisah, dan apabila arus
eksitasi diambil dari alternator itu sendiri di sebut penguatan sendiri, yaitu
dengan memanfaatkan sisa magnet pada kutub.
Pada stasiun tenaga, kadang-kadang digunakan jala-jala khusus
untuk memberikan eksitasi pada generator sinkron. Tetapi yang sering
digunakan adalah eksitasi tersendiri bagi tiap-tiap alternator itu. Stasiun
tenaga yang mempunyai jala-jala eksitasi biasanya diberi daya dari
beberapa generator arus searah yang di hubungkan pararel, dan
10
memberikan daya pada kumparan medan semua alternator. Dalam
keadaan darurat jala-jala eksitasi diberi daya oleh batere.
Untuk penguatan utama biasanya digunakan generator arus searah
dengan penguatan bebas atau penguatan sendiri. Bagi generator yang
berpenguatan bebas yang bekerja sebagai penguat utama (main exciter)
eksitasinya di peroleh dari sumber arus searah lainnya. Generato atau arus
listrik lain yang memberikan eksitasi pada penguatan utama disebut
penguatan pembantu (pilot exciter).
Arus eksitasi ini dapat menentukan sifat-sifat dari alternator, yaitu
dengan mengatur harga arus eksitasi maka faktor daya dari alternator
tersebut dapat di tentukan. Jika arus eksitasi cukup membankitkan fluks
yang di perlukan oleh alternator, maka disebut alternator bekerja pada
faktor daya satu. Bila arus eksitasi kurang dari harga pf maka alternator
bekerja dengan lagging-pf (faktor daya terbelakng), sedangkan jika harga
arus eksitasi lebih besar dari harga pf maka disebut leading-pf (faktor daya
mendahului).
2.2.3. Alternator Tanpa Beban dan Berbeban
a. Alternator tanpa beban
Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor di beri arus
medan (if), tegangan (Eo) akan terinduksi pada kumparan jangkar ekor. Eo
= c n (Rumus 2.1) di mana : c = konstanta mesin, n = putaran sinkron,
= fluks yang di hasilkan oleh If, Ra = Tahanan stator, Xa = Reaktansi bocor
Eo = V (keadaan tanpa beban, I = Arus medan Eo = tegangan beban
11
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir ada stator,
karenanya tidak terdapt pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan
arus eksitasi If. Apabila arus medan If diubah-ubah harganya, akan di
peroleh harga Eo seperti yang terlihat pada kurva berikut ini.
Gambar 2.2 Bentuk Karakteristik Alternator Tanpa Beban
b. Alternator Berbeban
Dalam keadaan berbean arus jangkar akan mengalirdan
mengakibatkan terjadi reaksi jangka Reaksi jangkar bersifat reaktif karena
itu dinyatakan sebagai reaktansi dan di sebut reaksi pemangnet (Xm).
Reaktansi pemangnet ini bersama-sama dengan reaktnasi fluks bocor (Xa)
di kenal sebagai reaktansi sinkron (Xs). Apabila suatu alternator di bebani
dengan beban induktif murni maka arus I akan terbelakang dari tegangan
minimal.
Gambar 2.3 Bentuk Karakteristik Alternator Berbeban
12
Pesamaan hubungan antara tegangan dan arus beban
E = V + Ia + jlXs, Xs = Xm + Xa (Rumus 2.2)
Bila , Ia = 0
Maka :
E = V
E = c n
c n = V + Ia.Ra + jlXs (Rumus 2.3)
Jadi :
V = c n - Ia.Ra + jlXs atau
V = E- Ia.Ra + jlXs
= If
Di mana :
E = tegangan sebelum di bebani
V = tegangan terminal
C = konstanta
N = putaran
= fluks
Ia = arus jangkar
Ra = tahapan stator
If = arus exitasi
Xs = reaktansi sinkron
2.2.4. Prinsip Kerja Generator Sinkron
Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah :
a. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan
sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap
kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui
kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap
waktu adalah tetap.
b. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor
segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan
nominalnya.
13
c. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet
yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada
rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan
jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-
ubah besarnya terhadap waktu.
Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan
menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut.
Untuk generator sinkron tiga phasa, 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 120° satu sama lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan
jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.
2.3. AVR (Automatic Voltage Regulator)
AVR (Automatic Voltage Regulator) adalah pengatur tegangan
otomastis prinsip kerjanya menerapkan sistem umpan balik. Pengaturan
tegangan ini disesuaikan dengan kondisi beban yang dipakai, untuk
mempertahankan tegangan pengeluaran atau output dari sumber atau
penyedia daya. Rankaian ini banyak diterapkan pada peralatan penyedia
daya listrik seperti pada pembangkit listrik yang tegangan keluarannya
bervariasi akibat dari perubahan naik turunnya beban yang terpakai, pada
UPS (Uninteruptional Power Suplly) dan peralatan peralatan penyedia daya
lainnya yang memerlukan tegangan keluaran yang tetap stabil.
14
Perankat pengaturan tegangan secara otomastis biasanya terdiri
dari rangkaian kontrol daya yang menrpkan peralatan-peralatan elektronika
daya seperti dioda semikonduktor daya, thyristor SCR (Silicon Controled
Rectifer) peralatan mikrokontroler dan lain sebagainya. Keakuratan dari
rangkaian pengatur tegangan otomatis ini sangat di tentukan oleh berbagai
hal seperti kestabilan dari peralatan yang di gunakan.
2.3.1. Silicon Controled Rectifer (SCR)
SCR atau bisa juga di sebut penyearah terkendali silikon merupakan
thyristor yang sifat satu arah (arus mengalir drai anoda ke katoda),
mempunyai tiga terminal (katoda,anoda dan pintu kemudi/kontrol gate),
serta biasa juga disebut saklar dwimantap karena banyak digunakan untuk
pensaklaran isyarat dan aday. Dalam arah terbalik SCR bertinkah seprti dua
dioda p-n berderet yang diberi panajaran terbalik. Karakteristiknya tidak
beda dengan penyearah silikon biasa yang di beri panjaran terbalik.
Karakteristiknya tidak beda dengan penyearah silikon biasa diberi panjaran
terbalik. Dalam operasi lumrah SCR diberi tegangan maju (forward Votage)
minimum dan penyulutan di lakukan dengan menginjeksikan arus di pintu.
Pada SCR peka cahaya (LASCR) memanfatkan cahaya sebagai pengganti
arus pintu. Pada suhu yang cukup tinggi (melebihi yang di tarikan oleh
15
pabrik), SCR bertingkah seperti dioada p-n biasa (hilang kemampuannya
untuk menyumbat), SCR akan menghantar apabila di picu oleh gate.
Gambar 2.5 Simbol SCR
Kegunaan Penyearah Terkendali Silikon (SCR), dianataranya yaitu :
1. SCR sebagai penyearah dan juga pengatur (misalnya dalam penegisi
baterai yang teregulasi), dan sebagai hantran hanya kesatu arah.
2. SCR sebagai saklar, merupakan sakelar on – of (tidak seperti transistor
atau tabung hampa yang merupakan pelawan variable, meskipun dapat
juga di pakai sebagai sakelar on-of), di-on-kan sebentar mengenakan
arus kemudi pada pintu.
3. SCR sebagai penguat, dapat mengrendel dengan isyarat beberapa
mikrowat, selama beberapa mikrodetik, dan menswits ratusan watt.
Sebagai penguat daya kemudian dapat melampaui 10 kali juta. Karena
itu merupakan piranti kemudi (control device) paling peka.
16
2.3.2 Pengaturan Tegangan Generator
Karena tegangan terminal generator AC banyak berubah dengan
berubahnya beban, maka untuk operasi hampIr semua peralatan listrik
perlu usaha untuk menjaga tegangannya konstan. Cara yang biasa
dilakukan untuk ini adalah menggunakan alat pembantu yang disebut
pengatur tegangan (voltage regulator) untuk mengendalikan besarnya
eksitasi medan DC yang dicatukan pada generator. Bila tegangan terminal
generator turun karena perubahan beban, pengatur tegangan secara
otomatis menaikkan pembangkitan medan sehingga tegangan kembali
normal.
Hampir semua pengatur tegangan mengendalikan eksitasi medan
generator secara tak langsung yaitu dengan mengoperasikan rangkaian
pegeksitasi medan. Arus yang harus ditangani oleh pengatur jauh lebih kecil
dalam rangkaian medan pengeksitasi daripada dalam rangkaian medan
generator. Salah satu tipe pengatur tegangan generator adalah jenis
tahanan geser kerja langsung. Pada dasarnya pengatur ini terdiri dari
tahanan variabel yang dikendalikan secara otomatis dalam rangkaian
medan pengeksitasi. Elemen tahanan geser yang dihubungankan seri
dengan pengeksitasi medan terdiri dari tumpukan blok tahanan atau wafer
bukan logam, ditumpuk sehingga tahanan dari tumpukan dapat diubah jika
dimiringkan kedepan atau kebelakang oleh elemen kopel. Prinsip kerja
pengatur tegangan statik sama seperti jenis tahanan geser kerja langsung,
yaitu tegangan generator ac diatur dengan megubah tahanan efektif dalam
17
rangkaian medan pengeksitasi, yang selanjutnya megubah keluaran
tegangan dari pengeksitasi tersebut.
2.4. Thyristor
Thyristor merupakan salah satu tipe devais semi konduktor daya
yang paling penting dan telah di gunakan secara ekstensif pada rangkaian
elektronika daya. Thrystor biasanya di gunakan sebagai saklar/stabil,
berpotensi antara non-konduksi ke konduksi. Pada banyak aplikasi,
thyristor dapat diasumsikan sebagai saklar ideal akan tetapi dalam
prakteknya thyristor memiliki batasan dan karakteristik tertentu.
2.4.1 Karakteristik thrystor
Thrystor merupakan devais semi konduktor 4 lapisan berstruktur
pnpn dengan tiga pg-junction. Devais1ini1memiliki1tiga1terminal: anode,
katode dan gerbang. Thrystor di buat melalui proses disfusi. Ketika
tegangan anode dibuat lebih positif di bandingkan dengan tegangan katode,
sambungan J1 dan J3 berada pada kondisi forward biasa. Sambungan J2
berada dalam kondisi ini thrystor dikatakan pada kondisi forward blocking
atau kondisi off-state, dan arus bocor dikenal sebagai arus off-state ID jika
tegangan anode ke katode VAK di tingkatkan hingga suatu tegangan
tertentu sambungan J2 akan bocor. Hal ini dikenal dengan avalance
Breakdown dan tegangan VAK tersebut dikenal sebagai. Forward breakdown
voltage, VBO karena J1 dan J3 sudah berada pada kondisi forward biasa.
Maka akan terdapat lintasan pembawa muatan bebas melewati tiga
sambungan, yang akan menghasilkan arus anode yang besar.
18
Thrystor pada kondisi ini di sebut berada pada keadaan konduksi atau
keadaan hidup. Tegangan1jatuh1yang1terjadi1dikarenakan1oleh tegangan
ohm antara empat layer dan biasanya1cukup1kecil1sekitar 1 V. pada
keadaan on, arus dibatasi oleh resistansi atau impedansi luar, R1, seperti
terlihat pada gambar di bawah ini. Arus anode harus lebih besar dari suatu
nilai yang di sebut current IL. Agar diperoleh cukup banyak aliran pembawa
muatan bebas yang melewati sambungan-sambungan jika tidak devais
akan kembali ke kondisi blocking ketika tegangan anode ke katode
berkurang : latching current IL adalah arus anode minimum yang di perlukan
agar dapat membuat thrystor tetap pada kondisi hidup begitu suatu thyristor
telah di hidupkan dan sinyal gerbang di hilangkan.
Ketika berada pada kondisi on, thyristor akan bertindak seperti diode
yang tidak dapat di kontrol. Devais ini akan terus berada pada kondisi on
karena tidak adanya lapisan deplesi pada sambungan J2 karena pembawa-
pembawa yang bergerak bebas. Akan1tetapi, jika arus maju berada di
bawah suatu tingkatan yang disebut holding current IH, daerah deplesi akan
terbentuk di sekitar J2 karena adanya pengurangan banyak pembawa
muatan bebas dan thyristor akan berada pada blocking. Holding curreng
terjadi pada orde milliamper dan lebih kecil dari latching current I2.IH>IL.
Holding current IH adalah arus anode minum untuk mempertahankan
thyristor pada kondisi on.
19
Gambar 2.6 Simbol thyristor dan 3 pn-juntion
Ketika tegangan lebih positif di banding dengan anode, sambungan
J2 ter-forward bias, akan tetapi sambungan J1 dan J3 akan terverse bias.
Hal ini seperti diode-diode yang terhubung secara seri dengan tegangan
balik bagi keduanya. Thyristor akan dapat berada pada kondisi reverse
blocking dan arus bocor reverse yang di kenal sebagai current IR akan
mengalir melalui servis.
Thyristor akan dapat dihidupkan dengan meningkatkan tegangan
maju Vak di atas VBO akan tetapi kondisi ini bersifat merusak. Dalam
prakteknya dalam maju harus dipertahankan di bawbah VBo dan thrystor di
hidupkan dengan memberikan tegangan positif antara gerbang terhadap
katode. Hal ini di gambarkan pada gambar 4-2b dengan garis putus-putus.
Begitu thrystor kemabli dengan sinyal penggerbangan itu ada arus
anodenya lebih besar tapi harus holding thyristor akan terus berada pada
kondisi tersambung secara positif balikan, bahakan bila sinyal
penggerbangan dihilangkan thyristor dapat dikategorikan sebagai laching
devais.
20
Thyristor di buat hampir selruhnya dengan proses disfusi. Arus
anode tertentu untuk menyebar keseluruhan daerah dari sambungan
teretntu, dari suatu titik dekat gerbang yang di berikan untuk mebuat
thyristor on. Pabrik pembuat thyristor menggunakan banyak struktur untuk
mengendalikan di/dt waktu turn on dan waktu turn off, tergantung pada
konstruksi fisiknya.
2.4.2. Prinsip Kerja Automatic Volatage Regulator
Apabila tegangan output generator dibawah tegangan normal tegangan
generator, maka AVR akan memperbesar arus pengutan (exitacy) pada
exiter. Dengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output
generator akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis dikerenakan
dilengkapi dengan peralataan seperti alat yang digunakan untuk
pembatasan minimum ataupun maksimum yang bekerja secara
otomati.Tiga keadaan AVR, yaitu
a. Jika tegangan output tinggi maka error signal(+) AVR akan
memberian perintah untuk mengurangi arus eksitasi
b. Jika tegangan cocok dengan harga set point (0) maka AVR tidak
akan memberikan perintah apapun
c. Jika tegangan output rendah maka error signalakan (-) maka AVR
akan memberi perintah agar menambahkan arus eksitasi
21
2.4.3. Konstruksi Automatic Voltage Regulator
Bagian AVR dibagi menjadi dua bagian utama yaitu :
a. Bagian penyearah(rectifier) yang berfungsi mengubah energi AC
menjadi DC yang dibutuhkan oleh generator sinkron dalam proses eksitasi.
Pada bagian ini yang lebih diutamakan adalah kontrol sinyal yang untuk
menyalakan transistor.
b. Bagian pengatur tegangan yang berfungsi sebagai pengontrol
tegangan DC generator sinkron. Voltage regulator merupakan bagian
terpenting dalam proses eksitasi pada generator sinkron. Pada bagian ini
terdapat kontrol PI yang berfungsi untuk mengatur tegangan DC yangakan
diinjeksikan pada medan generator sinkron. Masukan dari pengatur
tegangan merupakan tegangan DC yang berasal dari penyearah serta
tegangan refrensi yang diinginkan dengan kontrol PI yang digunakan maka
didapat keluaran berupa tegangan eksitasi yang menjadi masukan
generator sinkron.
22
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu Dan Tempat Penelitian
• Waktu
Penelitian ini akan di lakukan selama 3 bulam pada bulan September
sampai November 2019 dan jenis kegiatan yang di lakukan yaitu
pengumpulan alat dan bahan, survei lokasi dan pengambilan data di desa
Banyorang dan sekitarnya
• Tempat Pelaksanaan
Tempat pelaksanaan dilakukan di PLTM BANTAENG 1
• Jenis Penelitian Dan Sumber Data
Jenis penelitian yang digunakan adalah eksperimental, dimana kondisi
tersebut dibuat dan diatur oleh peneliti dengan mengacu pada literatur-
literatur yang berkaitan dengan penelitian tersebut, serta adanya kontrol
dengan tujuan untuk mengetahui hubungan sebab akibat serta berapa
besar hubungan sebab akibat tersebut dengan cara memberikan
perlakuan-perlakuan tertentu pada beberapa kelompok eksperimental dan
menyediakan kontrol untuk perbandingan.
23
A. Data Primer
Data primer adalah data yang di dapat dari instansi-instansi ataupun
institusi-institusi terkait dengan penelitian.
B. Data Skunder
Data skunder adalah data yang diperoleh dari literatur dan hasil
penelitian yang sudah ada baik yang telah dilakukan di laboratorium
maupun dilakukan ditempat lain yang berkaitan dengan penelitian
tentang optimasi pengaturan tegangan generator pada pltmh dengan
sistem avr
1.) Pengukuran Debit Air
a. Pengukuran Penampang
Untuk menghitung luas penampang dapat di hitung dengan persamaan
berikut
A = b x y Persamaan
Keterangan :
A = Luas Penampang Basah (m2)
b = Lebar Saluran (m)
y = ketinggian Saluran =h(m)
b. Pengukuran Kecepatan Aliran
1.) Pengukuran menggunakan current meter
Umumnya hubungan tersebut dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut :
V = an + b
Keterangan :
V = Kecepatan aliran (m/s) n = Jumlah Putaran tiap waktu tertentu a b = tetapan yang di tentukan kalibrasi alat Di laboratorium ada dua tipe current meter yaitu tipe baling-baling (porpeller type) dan tipe canting (cup type)
24
2.) Pengukuran mengunakan pelampung
Persamaan debit yang diperoleh adalah :
Q = A x k x U (V) ( Persamaan )
Keterangan :
Q = Debit air (𝑚3/detik)
A = Luas penampang basah (𝑚2)
U(V) = Kecepatan air sebenarnya (m/detik)
K = Koefisien pelampung
di mana : k = 1 – 0,116 (( ) x 0,1 ) α = kedalaman tangki tersebut/
kedalaman air tersebut( bagian pelampung yang sudah
tengelam/kedalaman air )
3.2. Langkah - Langkah Penelitian
Diagram alir penyelesaian tugas akhir menggunakan diagram alir sebagai
berikut:
1. Pengumpulan data
Data yang dikumpulkan untuk diolah yaitu :
• Data jumlah rata-rata debit selama 2 hari
• Data hasil perhitungan daya
• Data kecepatan aliran
2. Pengolahan Data
Setelah data terkumpul, maka data diolah untuk mendapatkan hasil sebagai
berikut:
• Nilai debit air selama 2 hari berturut-turut
• Daya hasil perhitungan teotritis
• Perhitungan daya yang dihasilkan generator
3. Setelah data lengkap dan valid, maka dilanjutkan menganalisa data yang
didapatkan, jika data belum lengkap maka kembali ke pengumpulan data.
25
4. Setelah menganalisa data tersebut maka didapatkan hasil analisa yang
menjadi kesimpulan dari penelitian ini.
5. Penelitian selesai.
3.2.1 Alat dan Bahan
1). Alat dan bahan untuk mengukur debit air dan tegangan
• Alat tulis menulis
• Current Meter
• Pengukur Waktu (Jam/stop watch)
• Alat pelampung Dan sejenisnya untuk mengukur debit sungai
• Siapkan pita ukur atau (meter roll)
• Amperemeter
• Voltmeter
26
3.2.2 Flowcat Penelitian
Hasil Analisa
Tidak
Ya
Tidak
Pengumpulan Data
Pengolahan Data
Data Lengkap
dan valid
A nalisa Valid
Analisa Data
Mulai
Selesai
27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Profil AVR Secara Umum
Secara umum, AVR merupakan singkatan dari Automatic Voltage
Regulator di mana komponen ini berfungsi untuk terus menjaga
keseimbangan atau stabilitas voltase tegangan listrik dari sebuah generator
set atau genset ketika berhadapan dengan beban listrik yang kerap
berubah-ubah.
Gambar 4.1 Automatic Voltage Regulator
Pembangkit tenaga listrik terdiri dari peralatan utama salah satunya
adalah generator sinkron. Generator sinkron memegang peranan penting
dalam pembangkitan energi listrik ukuran besar. Sebagian besar energi
listrik yang dipergunakan oleh konsumen untuk kebutuhan sehari-hari
dihasilkan oleh generator phasa banyak (polyphase) yang ada di pusat
pembangkit. Secara umum prinsip kerja generator sinkron adalah apabila
berputarnya rotor yang diputar oleh penggerak mula (prime mover) dan
stator yang di eksitasi pada kecepatan sama.
28
Generator sinkron mempunyai permasalahan yaitu tidak stabilnya
tegangan. Tidak stabilnya tegangan pada generator sinkron akan
menyebabkan ketidak stabilan sistem secara keseluruhan terutama kualitas
sistem, dan kemampuan transfer daya dari pembangkit ke konsumen,
kondisi terparah terjadinya mekanisme pelepasan beban dengan demikian
maka diperlukan peralatan yang dapat mengendalikan kestabilan tegangan
generator sinkron yaitu Automatic Voltage Regulator (AVR).
Automatic Voltage Regulator (AVR) adalah sebuah divais pengatur
tegangan yang digunakan pada generator sinkron untuk menstabilkan
tegangan keluaran yang dihasilkan dari generator sinkron. AVR memegang
peranan penting dalam pembentukan tegangan terminal generator sinkron
dalam suatu pembangkit.
Adanya perubahan-perubahan beban akan menyebabkan tegangan
output terminal generator berubah-ubah sehingga dibutuhkan alat
penyetabil tegangan (AVR) dengan melihat nilai arus eksitasi pada penguat
tegangan (eksiter). Persentase tegangan jatuh (drop tegangan) yang terjadi
antara tegangan yang dibangkitkan generator terhadap tegangan ouput
generator dapat dilihat dari nilai regulasi tegangan. peran dan penggunaan
AVR sebagai pengendali tegangan generator sinkron.
29
4.1.1 Pengukuran Debit Air
a. Pengukuran Penampang
Untuk menghitung luas penampang dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan
A = b x y
Keterangan1:
A =1luas1penampang1basah1(m2)
b =1lebar1saluran1(m)
y = ketinggian1saluran=h(m)
b. Pengukuran Kecepatan Aliran
1. Pengukuran menggunakan current meter
Umumnya hubungan tersebut dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut :
V = an + b
Keterangan :
V =Kecepatan aliran (m/s)
n = jumlah putaran tiap waktu1tertentu
a,b = Tetapan yang ditentukan dengan kalibrasi alat dilaboratorium. Ada
dua tipe current meter yaitu tipe baling-baling (propeller type) dan
tipe canting (cup type).
2. Pengukuran dengan menggunakan pelampung
Persamaan debit yang di peroleh adalah :
Q = A x k x U (V)
Keterangan:
Q = Debit air (𝑚3/detik)
A = Luas penampang basah (𝑚2)
U(V) = Kecepatan air sebenarnya (m/detik)
K = Koefisien1pelampung
Di mana : k = 1 – 0,116 ((√1 − 𝛼) x 0,1 ) α = kedalaman tangki / kedalaman
air ( bagian pelampung yang sudah tengelam / kedalaman air ).
30
Pengukuran debit air pada Sungai Batumassong dengan membagi
lebar sungai (b) 7,8 meter menjadi 3 segmen dengan lebar setiap segmen
adalah 2,6 meter dan panjang lintasan (P) pelampung adalah 10 meter.
Pelampung yang digunakan menggunakan botol plastik bekas yang di isi
air. Bagian pelampung yang tenggelam pada saat dihanyutkan adalah 0,06
m. Data yang dapat diambil setiap segmen dengan melakukan 3 kali
percobaan untuk mendapatkan hasil yang baik.
Gambar 4.2. Kondisi Panjang Sungai dan Lebar Sungai Dibagi 3
Segmen
Tabel 1. Hasil Pengamatan Debit Air
Debit Air Setiap Segmen Hari Pertama
Sehingga debit air rata-rata yang didapat pada hari pertama adalah :
Q1 = ( 1,78 + 1,69 + 1,75 + 1,77 + 1,79 + 1,89 + 1,68 + 1,59 + 1,74 + 1,82
+ 2,02 ) / 11 = 1,7754 m3/s
No. Waktu Pengamatan (WIB) Debit Air
Hari I Hari II
1. 07:00 1,78 2,22
2. 08:00 1,69 2,12
3. 09:00 1,75 2,14
4. 10:00 1,77 2,30
5. 11:00 1,79 2,10
6. 12:00 1,89 1,87
7. 13:00 1,68 1,90
8. 14:00 1,59 1,95
9. 15:00 1,74 2,17
10. 16:00 1,82 2,03
11. 17:00 2,02 2,43
31
Debit Air Setiap Segmen Hari Ke Dua
Sehingga debit air rata-rata yang didapat pada hari kedua adalah :
Q2 = ( 2,22 + 2,12 + 2,14 + 2,30 + 2,10 + 1,87 + 1,90 + 1,95 + 2,17 + 2,03
+ 2,43 ) / 11 = 2,1118 m3/s
Sehingga debit air yang didapat adalah :
Q = ( Q1 + Q2 ) / 2
= 1,7754 + 2,1118 / 2
= 1,94 m3/s
c. Potensi Daya Sehingga potensial daya yang dihasilkan adalah : P = g x Q x H x ηT x ηbelt x ηG
= 9,8 x 1,94 x 4,162 x 0,75 x 0,97 x 0,9
= 53,41 Mw
Perbandingan antara daya yang dihasilkan generator dengan daya
yang dihasilkan dengan perhitungan teoritis adalah :
Perbandingan antara beban maksimal pada konsumen dengan daya
yang dihasilkan dengan perhitungan secara teoritis adalah :
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 × 100%
4,2 𝑀𝑤
53,41 𝑀𝑤 × 100% = 7,86%
𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑒𝑛
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 × 100%
2.276 𝑀𝑤
53,41 𝑀𝑤 × 100% = 4,26%
32
4.1.2 Pembahasan
Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro Desa Pattaneteang
Kecamatan Tompo Bulu Kabupaten Bantaeng beroperasi sejak
pertengahan tahun 2015 dan dari segi pembangkitnya dapat menghasilkan
pemakaian beban maksimal untuk konsumen 2,276 Mw. Berdasarkan
pengukuran debit air dilapangan yaitu aliran sungai Batumassong yang
airnya dimanfaatkan sebagai sumber utama. Pembangkit Listrik Tenaga
Mini Hidro (PLTM) Desa Pattaneteang Kecamatan Tompobulu Kabupaten
Bantaeng dengan hasil yang didapatkan adalah 4,2 m3/s.
Pengukuran dilakukan selama dua hari dengan data debit air yang
diambil setiap satu jam sekali dari pukul 7:00 sampai pukul 17:00 WIB
Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro Desa Pattaneteang Kecamatan
Tompo Bulu Kabupaten Bantaeng menggunakan generator ini sudah tepat
namun masih ada daya yang tidak di gunakan karena beban maksimal yang
digunakan konsumen hanya 2,276 kW. Perbandingan dengan daya
maksimal yang digunakan konsumen atau masyarakat setempat hanya
15% jadi Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro Desa Pattaneteang
Kecamatan Tompo Bulu Kabupaten Bantaeng bekerja belum Optimal.
4.1.3.Sistem Eksitacy
Sistem eksitasi adalah sistem mengalirnya pasokan listrik arus
searah sebagai penguatan pada generator listrik, sehingga menghasilkan
tenaga listrik dan besar tegangan keluaran bergantung pada besarnya arus
eksitasi. Kontrol system eksitasi menghasilkan tegangan emf generator.
33
Oleh karena itu, kontrol tersebut tidak hanya untuk mengontrol power faktor,
arus, dan perbaikan variabel lain. Sistem eksitasi pada generator listrik
terdiri dari 2 macam, yaitu :
1. Sistem eksitsi menggunakan sikat
Sistem eksitasi menggunakan sikat (brush excitation), sumber
tenaga listrik berasal dari sumber listrik yang berasal dari generator arus
searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang di searahkan terlebih
dahulu dengan menggunakan rectifier. Jika menggunakan sumber listrik
yang berasal dari generator AC atau permanent Magnet Generator (PMG)
medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam lemari penyearah
tegangan listrik arus bolak balik diubah atau di searahkan menjadi tegangan
arus searah untuk mengontrol kumparan medan exciter utama (main
exciter). Untuk mengalirkan arus eksitasi dari main eksiter kerotor generator
menggunakan slip ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus
yang berasal dari pilot exciter ke main exciter.
2. Sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat
Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus eksitasi
kerotor generator eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation).
Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat, antara lain adalah:
a. Energi yang diperlukan untuk eksitasi diperoleh dari poros utama
(main shaft), sehingga keandalannya tinggi.
b. Biaya perawatan berkurang karena pada sistem eksitasi tanpa sikat
(brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.
34
Pada sistem eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi
kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat
arang. Mengurangi kerusakan (trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere)
sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup. Selama operasi
tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan
operasi dapat berlangsung kontinu pada waktu yang lama. Pemutus medan
generator (generator field breaker), field generator dan bus exciter atau
kabel tidak diperlukan lagi. Biaya pondasi berkurang, sebab aluran udara
dan bus exciter atau kabel tidak memerlukan pondasi.
4.2. Pemanfaatan PLTM
Pemanfaatan tenaga air untuk berbagai kebutuhan daya (energi)
telah dikenal sejak lama, mulai dengan teknologi sederhana seperti kincir
air yang banyak ditemukan di pedesaan sampai pada teknologi canggih
yang menggunakan berbagai macam turbin. Persyaratan pokok untuk suatu
PLTM adalah tersedianya air (debit) dan adanya jatuhan air (perbedaan
tinggi, head). Air akan dialirkan ke dalam turbin dan melalui sudu (runner),
energi atau daya air yang ada akan memutarkan poros turbin. Putaran
poros turbin inilah yang akan memutarkan generator untuk menghasilkan
energi listrik. Contoh skema PLTM ditunjukkan pada gambar 4.3
Pembangkit listrik tenaga air skala kecil dapat dibagi 2 menurut
kapasitas daya yang dihasilkan. Bila kapasitas energi yang dihasilkan di
bawah 200 kW disebut Pembangkit Listrik Mikrohidro (PLTMH), dan bila
kapasitas energi listrik yang dihasilkan antara 200 kW sampai 5 MW disebut
35
Pembangkit Listrik Minihidro (PLTM). Pembangkit Mikro Hidro hanya cocok
untuk kebutuhan beban yang tidak terlampau besar, seperti kebutuhan
rumah tangga dan pedesaan. Kapasitas daya pembangkit Minihidro yang
cukup besar memungkinkan pemanfaatan yang luas, seperti untuk
penyediaan tenaga listrik pada beberapa kecamatan, ibukota kabupaten
atau industri. Baik Pembangkit Mikrohidro maupun Minihidro dapat
diinterkoneksikan dengan jaringan listrik PLN (grid connection).
Gambar 4.3 Skema PLTM
36
4.2.1 Mengapa Memilih Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hydro
Seperti diutarakan di atas Pembangkit Listrik Mikro Hidro hanya
cocok untuk memenuhi kebutuhan beban yang tidak terlalu besar, seperti
kebutuhan rumah tangga di pedesaan. Untuk mencukupi kebutuhan listrik
yang cukup besar dan mencakup wilayah beberapa kecamatan atau lebih,
maka pembangkit Listrik Mini Hidro merupakan alternatif yang cocok untuk
dikembangkan. PLTM menggunakan sumber daya alam yang dapat
diperbaharui (renewable energy) yaitu tenaga air. Air sungai sebagai
sumber energi, mengalir terus-menerus sehingga PLTM yang direncanakan
dengan baik dapat dimanfaatkan sepanjang hari, sepanjang tahun.
Perbedaan utama antara PLTM dengan PLTA skala besar, adalah
bangunan bendungan / waduk.
PLTA skala besar menggunakan bendungan / waduk untuk
mengumpulkan air dan menciptakan beda tinggi buatan (artificial head).
Pembangunan bendungan besar (waduk) memerlukan studi/kajian yang
mendalam karena berpotensi mengubah ekosistem baik dalam jangka
pendek maupun jangka panjang, disamping akan menimbulkan masalah
sosial masyarakat daerah genangan. Sebagain besar PLTM tidak
menggunakan cara ini, tetapi menggunakan sistem run - off river, dimana
air tidak tertahan pada sebuah bendungan. Sedikit kasus PLTM yang
menggunakan bendungan untuk menciptakan beda tinggi buatan (arificial
head) , kalau ada, skala bendungan yang dibuat juga relatif kecil, sehingga
dampak lingkungan yang ditimbulkan juga tidak berarti.
37
Pada sistem run off river sebagian air sungai diarahkan ke saluran
pembawa, kemudian dialirkan melalui pipa pesat (penstock) menuju turbin.
Selepas dari turbin air dikembalikan lagi ke alliran sungai lagi. Dengan
demikian PLTM tidak banyak mempengaruhi lingkungan atau mengurangi
air untuk keperluan pertanian. Yang terpenting pembangunan PLTM tidak
memerlukan relokasi tempat tinggal masyarakat setempat akibat
pembuatan bendungan/waduk.
Keuntungan PLTM dibandingkan dengan pembangkit listrik yang
menggunakan bahan bakar fosil seperti PLTD atau PLTU (Batubara) adalah
bahwa PLTM tidak mengeluarkan emisi gas buang apapun ( Cox, Nox,
Sox). Sebagai contoh sebuah PLTD dengan kapasitas listrik terbangkit
sebesar 200 kW berpotensi membuang CO2 ke atmosfir sebesar 4.000 ton
selama 5 tahun operasi. Disamping itu PLTM tidak memerlukan bahan
bakar apapun. Masukan energi primer berupa aliran massa air yang tidak
dikurangi, namun hanya dimanfaatkan energinya dalam jarak ketinggian
tertentu atau diambil energi potensialnya saja.
Keuntungan lain dengan adanya PLTM maka akan meningkatkan
mutu kehidupan dan perumbuhan ekonomi masyarakat pengguna listrik
dari PLTM tersebut. Jika pemanfaatan potensi ini dilakukan dengan konsep
yang tepat, dalam jangka panjang akan mendorong peningkatan
produktivitas, menciptakan lapangan pekerjaan serta kegiatan ekonomi
baru. Jadi di satu pihak PLTM menggunakan energi yang ramah lingkungan
38
yang belum termanfaatkan, maka di lain pihak akan membentuk kesadaran
dan memberdayakan masyarakat pengguna PLTM untuk dapat melakukan
kegiatan secara mandiri, serta akan mendorong masyarakat untuk tetap
melestarikan dan menjaga kelestarian air sebagai sumber energi untuk
PLTM.
4.3. Analisa Kinerja Generator Dengan Menggunakan AVR
Karena kedua pengujian tidak menggunakan daya keluaran
generator yang sama, akibat dari permasalahan relay under voltage, maka
dalam tugas akhir ini diambil metode pendekatan dengan melakukan plotter
pada pengujian tanpa AVR dengan menerik garis linearnya sehingga
mendekati nilai daya keluaranya pada pembebanan dengan AVR. Hasil
perbandingan kedua pembebanan tersebut diperoleh pada grafik 4.5 yang
merupakan perbandingan pembebanan dengan dan tanpa menggunakan
AVR.
4.3.1. Perbandingan kinerja generator dengan dan tanpa AVR
Pada kondisi ini pembebanan harus ada arus yang mengalir pada
stator generator sehingga tegangan pada terminal pada generator akan
turun. Tegangan terminal dapat kembali naik jika arus eksitasi dinaikkan
sehingga GGL akan naik sehingga dapat mengkompensasi jatuh tegangan
(Ig x Zs) pada belitan stator.
Dari dan analisis penggunaan AVR dapat menjaga tegangan
keluaran generator relatif konstan (penurunannya kurang dari 5% lihat tabel
39
4.4) dibandingkan tanpa menggunakan AVR (penurunannya dapat lebih
dari 70%, Lihat tabel 4.3). sehingga dengan menggunakan AVR dapat
disebut juga sebagai kinerja generator jadi meningkat dibandingkan tanpa
menggunakan AVR.
4.4. Pengujian Pembebanan Generator Tanpa AVR
Rangkaian pengujian ditunjukkan dalam Gambar 4.6. Tampak
dalam gambar berikut catu daya pada dc variabel masih terpasang pada
eksiter G3 dan beban terpasang pada terminal di keluaran generator. Mula-
mula generator diputar dengan mesin diesel sebagai penggeraknya.
Gambar 4.6 Pembebanan generator tanpa AVR
Setelah mencapai putaran nominal (1000 rpm) dan selanjutnya
putaran ini harus dijaga konstan pada kondisi apapun dalam pengujian ini.
Arus dc variabel diatur secara bertahap sampai tegangan rating generator
(380V) diperoleh, selanjutnya tegangan keluaran dari dc variabel ini
dibiarkan tetap (jangan pernah dinaikkan pada kondisi apapun) dalam
setiap langkah dalam pengujian ini. Setelah itu beban akan dinaikkan
secara bertahap, catat arus, teganganya dan daya keluaran generatornya.
Pada pembebanan generator tanpa menggunakan AVR tegangan terminal
40
turun yang sangat drastis karena arus eksitasi dibiarkan tetap sehingga
GGL pun tidak bisa berubah dan jatuh tegangan di belitan stator naik maka
tegangan di terminal akan turun dengan drastis.
4.4.1. Pengujian pembebanan Generator Dengan AVR
Rangkaian pengujian ditunjukkan dalam Gambar 4.7. Tampak dalam
gambar tersebut AVR terpasang pada eksiter G3. AVR tersebut mendapat
masukan dari generator G2 dan keluarannya dimasukkan ke eksiter G3.
Gambar 4.7 Rangkain Pengujian Pembebanan
Generator Dengan AVR
Hasil pengujian tampak dalam penambahan arus beban generator
akan mengakibatkan turunnya tegangan generator dengan jumlah yang
sangat sedikit. Pengujian generator dapat dilakukan sampai sekitar 500 kW
karena relay under voltage generator masih diatas rating setingannya.
41
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Setelah mengamati dan menganalisa data yang ada, dapat disimpulkan
beberapa poin berikut :
1. Hasil pengukuran daya dengan perhitungan teorotis adalah 53,41 Mw
berdasarkan hasil pengukuran debit air dan dari segi pembangkit kapasitas
daya stiap turbin 2,1 Mw (2100 Kw) sedangkan pembangkit menggunakan
dua buah turbin jadi total kapasitas dayanya 4,2 Mw.
2. Untuk menjaga agar agar besar tegangan listrik yang dihasilkan suatu
generator pembangkit listrik tetap satbil pada tegangan 220 volt/ 380 volt
maka pada setiap pembangkit listrik atau generator listrik dilengkapi alat
pengatur tegangan yang disebut dengan AVR.
42
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, terdapat beberapa hal
yang perlu diperhatikan, yakni sebagai berikut:
1. Pemeliharaan AVR untuk dapat ditingkatkan, karena AVR merupakan
alat eksitasi yang sangat penting, dimana merupakan sistem
pengendali dari eksitasi itu sendiri. Seperti pembersihan dari
kontaminasi debu, oli, dan material-material lain.
2. Maintenance pada sistem eksitasi sebaiknya dilakukan setiap 1 tahun
sekali, agar sistem eksitasi dapat mengurangi gejala-gejala kerusakan.
3. Pada penelitian selanjutnya dilakukan pengaturan eksitasi yang lebih
detail lagi, agar pada saat AVR dalam kondisi perbaikan, pengaturan
nilai eksitasi dapat diperoleh dengan lebih akurat.
43
44
DAFTAR PUSTAKA
A. E. Fitzgerald,1997. “Mesin-Mesin Listrik” Edisi keempat, erlangga, Gramedia: Jakarta.
Alief. 2014. Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro. https://aliefworkshop.wordpress.com (diakses tanggal 1 Oktober 2019).
Anonim. 1986 . Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan 02). CV. Galang Persada: Bandung.
C.D. Soemarto, 1995. Hidrologi Teknik. Erlangga: Jakarta.
D. L. Lee Kah. 2007 “Control System for AVR and Governor of Synchronous Machine”. Queensland of University: Australia.
Harvey, Adam. 1993. Micro–Hiydro Design Manual : A guide to small-scale water power schemes. London : Intermediate Technology.
http://dunialistrik.blogspot.com/2009/04/prinsip-kerjageneratorsinkron.html, (diakses pada tanggal 19 September 2019).
http://www.academia.edu/515676/Series_of_Guidance_for_Feasibility_Std y_of_Micro-hydro_Development_Primary_Book, (diakses pada tanggal 27 November 2019).
http://www.elektro.undip.ac.id/el_kpta/wpcontent/uploads/2012/05/L2F009027_MKP.pdf, (diakses pada tanggal 17 september 2019).
https://www.iced.or.id/wp-content/uploads/2017/03/Modul-03-Pembiayaan-Pembangkit-Listrik-Tenaga-Mini-Hidro.pdf, (diakses pada tanggal 24 Desember 2019)
https://www.iced.or.id/wp-content/uploads/2017/03/Modul-03-Pembiayaan-Pembangkit-Listrik-Tenaga-Mini-Hidro, (diakses pada tanggal 5 November 2019).
https://www.scribd.com/doc/181291760/Pedoman-Studi-Kelayakan, (diakses pada tanggal 15 November 2019).
https://www.scribd.com/document/353367017/Funding-Model-of-PLTMH, (diakses pada tanggal 17 Desember 2019.)
M. H. Rashid, 1993 “Elektronika Daya” Jilid 1, PT. Prehallindo.
Malvino dan Hanapi Gunawan 1992. “Prinsip-Prinsip Elektronika” Edisi kedua. Erlangga: Jakarta.
S. Wasito,1985 “Vademekum” PT.Gramedia. Edisi Kedua Jakarta.
Sulasno. 2009 .“Teknik Konversi Energi Listrik dan Sistem Pengaturan”. Jakarta.
45
LAMPIRAN GAMBAR
Foto-foto dokumentasi dan kegiatan di PLTM 1 BATAENG
46
47
48
49
1
Recommended