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