studi pembangkit listrik tenaga uap dan pembangkit listrik...

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

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN

OLEH :

Nama : RONNY SAMUEL SIANTURI NIM : 050422006

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2008


STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL

APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN

Oleh :

RONNY SAMUEL SIANTURI NIM : 050422006

Disetujui oleh :

Pembimbing

Ir. SATRIA GINTING NIP : 131 836 676

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : 131 459 554

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2008


ABSTRAK

PT. Musim Mas KIM 2 Medan adalah perusahaan pengolahan CPO

(Crude Palm Oil) menjadi beberapa bahan jadi seperti sabun, minyak makan, dan

beberapa bahan-bahan kimia lainnya yang masih berupa bahan baku untuk diolah

seperti fatty acid, alkohol, dan lain sebagainya.

Di dalam melakukan proses produksinya, perusahaan ini memiliki

pembangkit sendiri yaitu berupa Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Sedangkan sumber listrik dari PT.

PLN Persero hanya bisa memberikan daya sebesar 2000 kW. Untuk unit PLTU,

perusahaan ini memiliki empat unit mesin PLTU dengan kapasitas daya yang

diberikan berbeda-beda. Untuk unit PLTU 1 atau perusahaan ini menyebutnya

dengan nama Turbin 1 memiliki kapasitas sebesar 2400 kW, untuk PLTU 2 atau

Turbin 2 kapasitasnya adalah 3400 kW, Turbin 3 kapasitasnya 4000 kW

sedangkan yang terakhir adalah Turbin 4 dengan kapasitas 10 MW. Untuk unit

PLTD terdiri dari tujuh unit mesin yang terdiri dari 2 unit merek SKL dengan

masing-masing kapasitas 2800 kVA, 1 unit merek Caterpilliar dengan kapasitas

daya 2050 kVA, 4 unit merek MTU dengan kapasitas masing – masing 500 kVA

dan untuk masing-masing generator diesel memiliki factor daya 0,8.

Kedua jenis mesin pembangkit ini ( PLTU dan PLTD) beroperasi tidak

secara bersamaan, karena disesuaikan dengan kebutuhan daya pada perusahaan

ini. Untuk PLTU yang beroperasi secara terus-menerus hanya 2 unit yaitu Turbin

2 dan Turbin 4 sedangkan Turbin 1 dan Turbin 3 berfungsi sebagai cadangan jika

terjadi kekurangan daya. Untuk unit PLTD, biasanya digunakan untuk change


power atau dengan kata lain pemindahan beban dari PLN ke Turbin, karena untuk

daya dari PLN setiap pukul 18.00 sampai pukul 23.00 tidak digunakan, karena

pada jam terssebut PT. PLN Persero menggunakan dayanya untuk melayani beban

puncak di masyarakat. Di samping itu, PLTD juga berfungsi untuk memberikan

daya secara cepat jika unit PLTU mengalami gangguan.


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena

atas rahmat dan pertolongan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah :

STUDI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL

APLIKASI PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana

Ekstension Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.

Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis mendapat bimbingan dan

arahan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta dan seluruh keluarga yang telah

memberikan bantuan baik material maupun moril sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Satria Ginting selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

Program Pendidikan Sarjana Ekstension USU.

4. Bapak Ir. R Sugih Arto Yusuf selaku Dosen Wali penulis.

5. Para dosen dan seluruh staff pengajar dan pegawai di Jurusan Teknik

Elektro USU.

6. Seluruh rekan kerja di bagian Pembangkit Listrik dan Electrical Instrument

di PT. Musim Mas KIM 2 Medan.


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

yang telah membantu penulis baik dalam perkuliahan maupun

penyelesaian Tugas Akhir ini.

8. Seluruh teman sepelayanan di Departemen Profetik Blessing Community

Gereja Kristen Baithani khususnya abang Timothius Ginting selaku

pembimbing rohani penulis.

9. dan buat seseorang yang istimewa yang selalu menemani penulis dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna

disebabkan keterbatasan dari penulis. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan

saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata semoga laporan ini beermanfaat bagi mahasiswa Departemen

Teknik Elektro Fakultas Teknik USU khususnya dan seluruh pembaca pada

umumnya.

Medan, Februari 2009

Penulis


DAFTAR ISI

ABSTRAK………………...……………………………………………………….i

KATA PENGANTAR……………………………………………………...…….iii

DAFTAR ISI………………………………………………………………………v

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………….....vii

DAFTAR TABEL DAN GRAFIK………………………………………………x

BAB I PENDAHULUAN

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

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

I.3 manfaat Penulisan Tugas akhir……………………………………………3

I.4 Batasan Masalah……………………………………………………….......3

I.5 Metode dan Sistematika Penulisan……………………………………..….4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap…………………………………………..6

II.2 Komponen-komponen Utama PLTU……………………………………12

II.3 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel……………………………………….22

II.4 Generator Sinkron………………………………………………………..26

II.5 Governor…………………………………………………………………53

II.6 Alat Pembagi Beban generator…………………………………………..56

II.7 Kapasitor Bank..........................................................................................62

BAB III OPERASIONAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

DAN DIESEL PT. MUSIM MAS MEDAN

III.1 Blok Diagram Uap dan Air........................................................................66

III.2 Operasional PLTU PT. Musim Mas KIM II Medan.................................75


III.3 Operasional PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan..................................87

III.4 Operasi Paralel Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan....................91

BAB IV PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT

IV.1 Beban Yang Dipikul Pembangkit...............................................................98

IV.2 Pembagian Beban Pembangkit.................................................................101

IV.3 Biaya Operasional PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN………..112

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan..............................................................................................118

V.2 Saran.........................................................................................................118

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


DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 : Siklus Turbin Uap..............................................................6

Gambar II.2 : PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang.........................10

Gambar II.3 : PLTU Dengan Siklus Regeneratif....................................10

Gambar II.4 : PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S..11

Gambar II.5 : Komponen-komponen Utama PLTU...............................13

Gambar II.6 : Boiler................................................................................15

Gambar II.7 : Prinsip Kerja Turbin Reaksi............................................17

Gambar II.8 : Prinsip Kerja Turbin Impuls............................................17

Gambar II.9 : Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)......................18

Gambar II.10 : Turbin Tangensial............................................................19

Gambar II.11 : Turbin Aliran Aksial........................................................19

Gambar II.12 : Sistem Kondensor............................................................20

Gambar II.13 : Deaerator.........................................................................21

Gambar II.14 : Komponen-komponen Utama PLTD...............................22

Gambar II.15 : Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah...........................24

Gambar II.16 : Siklus Percikan Kompresi................................................24

Gambar II.17 : Generator Sinkron............................................................27

Gambar II.18 : Generator Sinkron yang menerima arus penguat

medan dari Generator DC................................................31

Gambar II.19 : Sistem Brushless Exictation…………………………….32

Gambar II.20 : Generator dengan Sistem Brushless Excitation

dan PMG..........................................................................34

Gambar II.21 : Dua Generator Bekerja Paralel …....….....……………..38


Gambar II.22 : Arus Sinkronisasi................................……………….…39

Gambar II.23 : Efek Tegangan Yang Tidak Sama………………….…..42

Gambar II.24 : Pembagian Beban antara Dua Generator.........................43

Gambar II.25 : Karakteristik Generator yang Bekerja Paralel.................45

Gambar II.26 : Generator yang Terhubung Paralel Dengan Infinite Bus.47

Gambar II.27 : Karakteristik Jaringan Tidak Berhingga..........................48

Gambar II.28 : Diagram Frekuensi-Daya ................................................48

Gambar II.29 : Diagram Frekuensi-Daya.................................................49

Gambar II.30 : Diagram Frekuensi-Daya.................................................50

Gambar II.31 : Hubungan Paralel Antar Generator..................................50

Gambar II.32 : Skema Rangkaian Paralel Generator................................51

Gambar II.33 : Segitiga Daya Generator Paralel Akibat

Efek Pengubahan Penguatan............................................52

Gambar II.34 : Segitiga Daya Efek Pengubahan Governor.....................52

Gambar II.35 : Skema Governor…………………………………….….54

Gambar II.36 : Pengaturan Sekunder Melalui titik B2.............................55

Gambar II.37 : Karakteristik Speed Droop...............................................55

Gambar II.38 : Pengkabelan Alat Pembagi Beban...................................59

Gambar II.39 : Penggunaan Alat Pembagi Beban Generator...................61

Gambar II.40 : Segitiga Daya…………………….……………………..62

Gambar II.41 : Kapasitor Sebagai Arus kVAr.........................................64

Gambar III.1 : Blok Diagram Alir Uap dan Air......................................66

Gambar III.2 : Blok Diagram Kondensor dan Injector............................69


Gambar III.3 : Sistem Kerja Injector.......................................................70

Gambar III.4 : Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................71

Gambar III.5 : Konstruksi Turbin............................................................72

Gambar III.6 : Turbin Tipe Back Pressure……………………………..73

Gambar III.7 : Kurva Karakteristik Pembangkit.....................................74

Gambar III.8 : Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan............75

Gambar III.9 : Sistem Turbin 2 PT. Musim Mas KIM II Medan............84

Gambar III.10 : Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II

Medan...............................................................................88

Gambar III.11 : Panel Sinkron...................................................................91

Gambar III.12 : Panel Bus Bar...................................................................92

Gambar III.13 : Diagram Satu Garis PT. Musim Mas...............................95

Gambar III.14 : Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan)..............96

Gambar IV.1 : Segitiga Daya Generator Uap 19-11-2008 jam 09.00....103







DAFTAR TABEL DAN GRAFIK

Tabel II.1 : Daftar Faktor Daya...........................................................65

Tabel III.1 : Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................78

Tabel III.2 : Turbine 1 Log Sheet.........................................................79

Tabel III.3 : Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet........................79

Tabel III.4 : Turbine 1 Pumps Log Sheet.............................................80

Tabel III.5 : Daya per Jam (13 Januari 2009)......................................85



Tabel VI.1 : Karakteristik Beban Pembangkit.....................................98

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

Tabel IV.3 : Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam...................................115

Grafik IV.1 : Karakteristik Beban Setiap Pembangkit..........................99

Grafik IV.2 : Karakteristik Total Beban Pembangkit............................99


BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Tenaga listrik merupakan salah satu kebutuhan yang paling pokok untuk

menunjang kehidupan manusia saat ini. Untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari

dalam rumah tangga maupun bisnis, manusia memerlukan tenaga listrik. Secara

umum dapat dikatakan bahwa tenaga listrik merupakan salah satu prasyarat

kehidupan manusia, dan perkembangan kehidupan manusia memerlukan

tambahan penyediaan tenaga listrik. Orang mengatakan bahwa untuk

pertumbuhan ekonomi, diperlukan pertumbuhan kemampuan penyediaan tenaga

listrik.

Kebutuhan tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM 2 Medan diperkirakan

masih akan terus tumbuh selama beberapa waktu ke depan, mengingat proses

pembangunan beberapa plant yang masih terus berlangsung.

Untuk penyediaan dan pelayanan energi listrik tersebut selain

mendapatkan daya dari PT. PLN Persero, maka perusahaan ini memiliki mesin-

mesin pembangkit yang terdiri dari unit PLTU dan unit PLTD.

Secara garis besar unit-unit pembangkit ini melayani beberapa plant atau

dengan kata lain beban-beban pembangkit, meliputi:

1. Oleic Acid

2. Flaker, Chiller dan Cooling Water

3. Spray Beading, TF-3 Bagging, Drumming

4. Soap Plant (Finishing dan Main Office)

5. Main Plant FA-2


6. Utility FA-2

7. Soap Plant (Sela dan Main Lab)

8. MCT

9. Speciallity Fat

10. Utility (RO Water, Air Comp.)

11. TF-4 dan Cooling Tower

12. Utility (TF-1, N2, Air Comp.)

13. Hydrogent (Caloric)

14. Main Plant FA-1

15. Fatty Alcohol-Turbo Compressor

16. Fatty Alcohol-Main Plant

17. Fatty Alcohol-Utilty / Hydrogent

Jenis pembangkit yang digunakan perusahaan ini adalah PLTU, karena

pembangkit jenis ini cukup ekonomis karena bahan bakar yang digunakan tidak

terlalu mahal berupa cangkang kelapa sawit dan lahan yang dibutuhkan tidak

terlalu luas.

I.2 TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Untuk memberikan penjelasan secara sistematis tentang prinsip kerja dan

cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) di PT. Musim Mas KIM 2

Medan.


2. Untuk mendapatkan gambaran operasional PLTU dan PLTD di lapangan

dan menyesuaikannya dengan teori yang diperoleh di bangku kuliah.

I.3 MANFAAT PENULISAN TUGAS AKHIR

Laporan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat bagi :

1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro yang ingin memperdalam wawasannya

tentang Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik

Tenaga Diesel (PLTD).

2. Penulis sendiri untuk menambah wawasan dan juga pengetahuan

mengenal operasional PLTU dan PLTD baik secara umum maupun siklus-

siklus yang terjadi pada pembangkit ini.

3. Setiap orang yang berkenan dengan penggunaan pembangkit yang efisien

dan sekaligus dapat memenuhi kebutuhannya akan tenaga listrik.

I.4 BATASAN MASALAH

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu

membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas

Akhir ini adalah:

1. Prinsip kerja dan cara pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap

(PLTU) dan Pembangkit Listrik tenaga Diesel (PLTD).

2. Analisa termodinamika mengenai siklus tenaga uap Rankine.

3. Paralel generator dan daya yang dihasilkan oleh generator tersebut.

4. Tidak membahas secara detail tentang beban yang ditanggung oleh

pembangkit.


I.5 METODE DAN SISTEMATIKA PENULISAN

I.5.1 Metode Penulisan

Karena Laporan Tugas Akhir ini merupakan suatu studi penulisan, maka

penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan

melalui :

1. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal,

majalah, media elektronik (internet), dan sebagainya.

2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari PLTU dan PLTD PT.

Musim Mas KIM 2 Medan tentang prinsip kerja dan cara pengoperasian

kedua pembangkit ini.

3. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing

yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan Teknik Elektro USU, mengenai

masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini

berlangsung.

I.5.2 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

1. BAB I : Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang

latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan

masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika

penulisan.

2. BAB II : Bab ini berisi tinjauan siklus turbin Uap pada PLTU,

generator sinkron, dan PLTD.


3. BAB III : Bab ini berisi operasional Pembangkit Listrik Tenaga Uap

(PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

4. BAB IV : Bab ini berisi mengenai beban yang dipikul pembangkit

dan prinsip pembagian beban pembangkit.

5. BAB V : Bab ini berisikan kesimpulan dan saran-saran yang

diperoleh dari hasil pembahasan.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

Sesuai dengan nama pembangkitnya, PLTU adalah suatu pembangkit

tenaga listrik yang menggunakan energi bahan bakar seperti minyak residu,

batubara, cangkang kelapa sawit, gas alam atau sampah untuk memanaskan uap

secara berulang-ulang.

pompa

boileruap

turbin Ek

kondensor

air1

2

3

4 Eb

Em

1

2

34

a b entropi

suhu

(a) Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap (b) Siklus Rankine

boiler

turbin

pompa kondensor

W+ (output)

air1

A

B

uap2

uap 3

air

4 D

C

Q+ (input)

W-Q-

(c) Siklus Tenaga Uap


Gambar II.1 Siklus Turbin Uap

II.1.1. Siklus Tenaga Uap

Siklus Rankine, atau siklus tenaga uap, merupakan siklus teoritis paling

sederhana yang mempergunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana

dipergunakan pada sebuah Pusat Listrik tenaga Uap (PLTU). Gambar II.1(a)

memperlihatkan skema dari Pusat Listrik Tenaga Uap yang terdiri atas komponen-

komponen terpenting yaitu : boiler, turbin uap, dan kondensor. Jumlah energi

masuk sebagai bahan bakar melalui boiler adalah Em, sedangkan energi efektif

yang tersedia pada poros turbin adalah energi kerja Ek. Energi yang terbuang

melalui kondensor adalah sebesar Eb. Dengan menganggap semua kerugian

lainnya termasuk Eb, maka dapat dikatakan bahwa berlaku :

Em = Ek + Eb

sedangkan untuk efisiensi kerja dapat ditulis :

η EkEm

==Eb

Em

Em -

Dalam gambar II.1(b), yang merupakan suatu diagram suhu-entropi bagi

konstelasi menurut gambar II.1(a), luas 1-2-3-4 merupakan energi keluaran Ek,

sedangkan luas a-b-3-4 merupakan energi terbuang Eb (entropy : besaran

termodinamika yang menyertai perubahan setiap keadaan dari keadaan awal

sampai keadaan akhir sistem). Luas wilayah a-b-2-1 mewakili jumlah energi

masukan Em. Meningkatkan dayaguna siklus ini dapat dilakukan dengan

menurunkan tekanan kondensor. Secara ideal tekanan kondensor yang terendah

dapat dicapai adalah tekanan jenuh sesuai dengan suhu terendah dari air pendingin


atau udara yang dipakai sebagai penerima. Dalam diagram suhu-entropi hal ini

berarti menurunkan garis suhu 4-3. Hal ini dapat dilakukan dengan air pendingin

pada kondensor yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Akan tetapi hal ini

sangat terbatas, karena air pendingin yang dapat dipakai hanyalah apa yang

tersedia, yaitu air laut, air sungai, atau air danau yang ada.

Dalam gambar II.1(c) adalah identik dengan gambar sebelumnya yaitu

gambar II.1(a) dan II.1(b), hanya saja melalui gambar ini akan dijelaskan secara

rinci mengenai kondisi termodinamika dari siklus Rankine dengan melakukan

penurunan formulasi sebagai berikut :

1. Kerja pompa (A) :

Wpompa = h4 – h1 (tanda negatif menyatakan pompa menerima kerja luar).

2. Energi panas yang dimasukkan ke sistem (B) :

qboiler = h2 – h1

3. Kerja turbin (C) :

Wturbin = h2 – h3

4. Sistem kondensor (D) :

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

5. Panas netto yang masuk ke sistem :

qnet = Qboiler + Qkondensor

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

Wnet = Wturbin + Wpompa

7. Efisiensi siklus :

η = boiler

net

qW


Keterangan :

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

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

Wnet : kerja netto yang dihasilkan sistem (joule/kgm)

h1 : entalpy air keluar dari pompa / entalpy air masuk ke boiler

(joule/kgm)

h2 : entalpy uap keluar dari boiler / entalpy uap masuk ke

turbin (joule/kgm)

h3 : entalpy uap keluar dari turbin / entalpy uap masuk ke kondensor

(joule/kgm)

h4 : entalpy air keluar dari kondensor / entalpy air masuk ke pompa

(joule/kgm).

qboiler : panas yang diberikan ke boiler (joule/kgm)

qkond : panas yang dibuang kondensor (joule/kgm)

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

(entalpy suatu sistem : penjumlahan dari energi dalam / internal energy dengan

hasil kali tekanan dan volume sistem).

Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan proses pemanasan ulang.

Proses pemanasan ulang ini terlihat pada Gambar II.2(a). Turbin uap terbagi dua

bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah (TR). Uap

yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3 dan

dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan lagi ke

turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut.


a b entropi

suhu

1

23

645

78

boiler

uap tekanan tinggi box turbin

kondensor

air

1

2 3

Ek

Eb

5

4

678

Em

G

uap tekanan rendah

Luas 1-2-3-4-5-6 dari Gambar II.2(b) adalah jumlah energi yang

dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi

termal dari pusat tenaga listrik menjdi besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih

besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga 2 kali, dan turbin uap terbagi atas

tiga bagian, yaitu bagian Teknan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan

Tekanan Rendah (TR).

pompa

boiler

uap tekanan tinggi kotak turbin

kondensor

air1

2

3 4

Em 56

Ek

Eb

G

uap tekanan rendah 1

2

3

6

a b entropi

suhu

4

5

(a) (b)

Gambar II.2 PLTU Dengan Proses Pemanasan Ulang

Dalam apa yang dinamakan siklus regeneratif sebagian dari energi yang

berada di dalam rangkaian panas dipertahankan beredar dalam rangkaian itu. Hal

demikian dilakukan dengan misalnya memanaskan air yang keluar dari kondensor

dengan uap yang dipakai dari turbin sebelum dimasukkan ke boiler sebagaimana

terlihat pada Gambar II.3(a). Lengkung suhu entropi menjadi sebagaimana tampak

pada Gambar II.3(b).


(a) (b)

Gambar II.3 PLTU Dengan Siklus Regeneratif

Siklus Rankine merupakan siklus standar PLTU yang dapat digambarkan

pada Diagram T-S (temperature-Entropy) seperti yang ditunjukkan pada gambar-

gambar sebelumnya, atau lebih jelasnya terlihat pada gambar berikut ini.

0

100

200

300

400

-100

-200

-2731 2 3 4 5 6 7 8 9

tem

pera

tur

0 C

entropy, kJ/kg K

24,1

rejected heat

usefull heat

D`

DP2

A`

A

A``

B C

E

P1

Gambar II.4 PLTU Diagram Rankine Sederhana pada Diagram T-S

Kondisi uap yang keluar dari boiler masuk ke dalam turbin ada pada titik

C yang merupakan uap jenuh kering (dry saturated). Diasumsikan tidak ada losses

pada pipa uap boiler dengan turbin. Di turbin, uap diekspansikan secara isentropic

dari titik C ke titik D.

Kondensor mengkondensasikan seluruh uap sehingga menjadi air jenuh

dan prosesnya berjalan dari titik D ke titik A pada tekanan P2. Air yang


bertekanan P2 ini dikompresikan isentropic sehingga tekanannya naik menjadi P1

(garis proses kenaikan tekanan tidak digambarkan dan kerja pompa diabaikan).

Dengan tekanan sebesar P1, temperaturnya dinaikkan menjadi TB.

Dari titik B sampai titik C terjadi proses penguapan atau mengubah fasa

air menjadi fasa uap pada tekanan P1. Selama perubahan fasa ini tidak terjadi

perubahan tekanan maupun temperatur.

Proses A-B terjadi pada sistem air kondensat dan sistem air pengisi, sedangkan

proses B-C terjadi di dalam boiler pada siklus Rankine, energi yang masuk ke

dalam sistem adalah panas yang masuk ke boiler. Energi yang keluar dari sistem

sebagai losses adalah panas terbuang di kondensor.

II.2 KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA PLTU

Keterangan Gambar II.3 :

1 : Boiler P : Pompa

2 : Drum Q1 : Pipa-pipa Boiler

3 : Turbin Tekanan Tinggi Q2 : Superhiter

4 : Turbin Tekanan Menengah Q3 : Pemanas Ulang

5 : Turbin Tekanan Rendah

6 : Kondensor

7 : Pemanasan Awal

8 : Pembakaran Bahan Bakar

9 : Kipas Udara Masuk

10 : Kipas Gas Buang

11 : Generator


12

3 4 5

6

P

7

118P

9

10Q3Q2

Q1

P

air pendingin

uap tekanan tinggi

uap tekanan menengah

uap tekanan rendah

turbin

Gambar II.5 Komponen-komponen Utama PLTU

II.2.1 Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air

sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media

yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air

dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali,

menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,

sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan

sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem

bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis

sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan

perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi


steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna.

Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau

dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang

digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada

jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk

dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1)

Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air

makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang

boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi,

digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah

panas pada gas buang.


Gambar II.6 Boiler

II.2.2 Turbin Uap

Turbin uap pada umumnya lebih banyak digunakan untuk memutar

generator pembangkit listrik. Cara kerjanya adalah sebagai penggerak mula

(prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis


berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros turbin dikopel dengan poros

generator untuk menghasilkan energi listrik.

Ditinjau dari cara kerja transfer energi uap ke poros, turbin uap dapat

dibedakan atas dua tipe :

1. turbin reaksi

2. turbin impuls

Apabila ditinjau dari aliran uap, turbin uap dapat diklasifikasikan atas tiga tipe,

yaitu :

i. turbin aliran radial

ii. turbin aliran tangensial

iii. turbin aliran aksial

II.2.2.1 Turbin Reaksi

Dirancang pertama kali oleh Hero 120 tahun sebelum masehi. Reaksi ini

pancaran uap yang keluar dari nosel (nozzle) mendorong rotor sehingga berputar

(gambar II.7).

II.2.2.2 Turbin Impuls

Jenis turbin ini pertama kali dibuat oleh Branca pada tahun 1629, lihat

gambar II.8 untuk prinsip kerjanya. Pancaran uap yang keluar dari nosel

menghembus daun-daun rotor (disebut blade) sehingga rotor berputar


(a) Turbin reaksi (b) Diagram Sudu Turbin reaksi

Ket : Sudu diam (A, A1, A2), sudu bergerak (B, B1, B2)

Gambar II.7 Prinsip Kerja Turbin Reaksi

(a) Turbin Buatan Branca 1629 (b) Diagram Sudu Turbin Impuls

Ket : nozzle (A, AA), sudu bergerak (B1, B2, BB1, BB2), sudu diam (C, CC)

Gambar II.8 Prinsip Kerja Turbin Impuls

II.2.2.i Turbin Aliran Radial

Turbin terdiri dari dua rotor dengan blades dipasang berselangan. Turbin

aliran ini dikembangkan oleh Ljungstorm (gambar II.9). Kedua rotor berputar

dengan arah saling berlawanan, dan masing-masing rotor dikopel terhadap dua

generator terpisah. Arah aliran uapnya radial (tegak lurus menjauhi poros), oleh

karena itu dinamakan turbin aliran radial.


II.2.2.ii Turbin Aliran Tangensial

Jenis turbin ini memliki konstruksi yang kokoh akan tetapi efisiensinya

sangat rendah. Pancaran uap dari nosel diarahkan untuk menghembus bucket yang

dipasang melingkar pada rotor (gambar II.10). arah hembusan uap adalah

tangensial (pada garis singgung putaran bucket).

II.2.2.iii Turbin Aliran Aksial

Tipe ini yang paling populer dan sangat cocok untuk kapasitas besar.

Turbin ini dapat merupakan tipe reaksi dan juga merupakan tipe impuls. Arah

aliran uap sejajar dengan poros (gambar II.11).

Gambar II.9 Turbin Ljungstorm (Turbin Aliran Radial)


Gambar II.10 Turbin Tangensial Gambar II.11 Turbin Aliran Aksial

II.2.3 Kondensor

Kondensor merupakan peralatan untuk mengembunkan kembali uap yang

telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk

menghemat sumber air yng ada di sekitarnya serta menkamin kemurnian air yang

digunakan dalam sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun

kotoran-kotoran yang dapat merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya

menggunakan air dingin seperti air sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses

melalui water treatment terlebih dahulu.


air pendingin masuk ke pipa

sekat

arah aliran air

air pendingin dari pipa

pompa air pendingin

pipa

uap dari turbin

air hasil kondensasi

Gambar II.12 Sistem Kondensor

II.2.4 Deaerator

Fungsi deaerator adalah untuk membuang gas-gas atau udara yang tidak

terkondensasi yang terbawa ke dalam air pengisi. Jenis deaerator ada yang

langsung terintegrasi dengan steam drum dan ada yang terpisahkan atau tersendiri.

Gas yang tidak bisa terkondensasi sifatnya merugikan yaitu menghambat

perpindahan panas dan udara bisa menyebabkan korosi di bagian dalam pipa-pipa

air.

Air yang telah dijernihkan maupun air yang telah jernih perlu dilunakkan

dengan proses kimia. Reaksi kimia ini menimbulkan berbagai endapan yang harus

disaring oleh saringan atau proses pemurnian pendahuluan. Langkah berikutnya

adalah demineralisasi, yaitu suatu proses kimia untuk menghilangkan mineral-

mineral yang masih terdapat dalam air. Kemudian air yang keluar dari instalasi

deminearalisasi masih mengandung gas-gas oksigen dan amoniak. Untuk


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

deaerator.

Gambar II.13 Deaerator

II.2.5 Pompa-pompa Pelumasan

Pompa-pompa pelumasan adalah alat bantu pelumasan oli pada sistem

mesin pembangkit, di antaranya adalah :

• Pompa Pelumasan Utama

Pompa ini dikopel dengan poros turbin, pompa ini berfungsi untuk memberikan

suplai pelumasan pada turbin ketika turbin telah berputar pada putaran normalnya.

Selain itu, pompa pelumas utama juga mensuplai oli untuk keperluan sistem

governor seperti power oil dan pilot oil.

• Pompa Pelumas Bantu (Auxiliary Oil Pump)


Pompa ini digerakkan oleh motor listrik AC dan mensuplai minyak ke turbin bila

pompa minyak pelumas utama tidak dapat mensuplai misalnya ketika putaran

rendah atau pada saat start turbin. Seperti pompa minyak utama, selain mensuplai

sistem pelumasan, pompa ini juga untuk mensuplai power oil dan pilot oil.

II.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL

II.3.1 Komponen-komponen Utama PLTD

12

3

4

5

6

7

8 9

10 11

12

13

14

15

1617

18

19

Gambar II.14 Komponen-komponen Utama PLTD

Keterangan gambar :

1 : mesin diesel 10 : tangki udara start

2 : generator 11 : kompresor

3 : saringan udara 12 : tangki air

4 : peredam kebisingan 13 : pompa air


5 : tangki bahan bakar harian 14 : menara pendingin

6 : tangki bahan bakar 15 : suplesi air

7 : pompa bahan bakar 16 : pendingin minyak pelumas

8 : saringan bahan bakar 17 : tangki minyak pelumas

9 : pompa injeksi bahan bakar 18 : pompa minyak pelumas

19 : pembersih minyak pelumas

II.3.2 Prinsip Kerja Mesin Diesel

Pembangkit Listrik tenaga Diesel atau PLTD adalah suatu stasiun

pembangkit tenaga, di mana sebagai penggerak mulanya adalah sebuah mesin

diesel yang mendapat energi dari bahan bakar cair yang dikenal sebagai minyak

solar, dan merubah energi tersebut menjadi energi mekanik dan dikopel dengan

sebuah generator untuk mengubah energi mekanik dari mesin diesel menjadi

energi listrik.

Kebanyakan mesin diesel siklus operasinya empat langkah, karena lebih

efisien dibandingkan dengan mesin dua langkah. Diesel mendapatkan daya dari

hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder mesin atau dengan kata lain

proses kerja ini ini disebut siklus Otto yang ditemukan oleh insinyur jerman

bernama Otto pada tahun 1876. pembakaran bahan bakar tersebut menghasilkan

kenaikan temperatur dan tekanan di dalam silinder mesin. Dan tahanan yang

dibangkitkan mendorong piston yang terdapat pada silinder mesin.

Daya mekanik yang dibangkitkan, diteruskan ke batang engkol

(connecting rod), yang dipasang pada poros engkol (crank shaft) untuk

meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.


P

V

12

3 4

5

T

S

1

2

3

4

5

P

V

ekspansiawal injeksi

kompresi

masuk & keluar

udara & bahan bakar masuk

poros engkol

silinder

torak

tangan engkol

batang penghubung

busi katub masuk

katub keluar

gas buang keluar

(1) Langkah pemasukan dan penghisapan

(2) Langkah kompresi

(3) Langkah ekspansi & kerja

(4) Langkah pembuangan

Gambar II.15 Prinsip Kerja Mesin Bensin 4-Langkah

Pada sebuah mesin yang mempergunakan siklus percikan kompresi tidak

dipergunakan busi. Percikan terjadi karena suhu tinggi disebabkan oleh kompresi

udara yang tinggi di silinder. Gambar II.16 memperlihatkan suatu siklus teoritis

dan actual untuk jenis mesin yang demikian.

(a) (b) (c)

Gambar II.16 Siklus Percikan Kompresi

Proses yang terjadi dalam mesin diesel ini adalah sebagai berikut :

1-2 : kompresi isentropic

2-3 : penambahan panas pada volume konstan


3-4 : penambahan panas pada tekanan konstan

4-5 : ekspansi isentropik

5-1 : pembuangan panas pada volume konstan

Mesin ini sering disebut juga motor diesel sesuai dengan nama dari pembuatnya,

yaitu seorang Jerman yang bernama Diesel. Pada mesin ini penambahan panas

atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Efisiensi termal dari

motor diesel adalah sebagai berikut :

η = 4332

154332

−−

−−−

+−−

QQQQQ = 1

2

5

1−

k

VV

di mana :

Q2-3 = energi yang ditambahkan pada keadaan 2-3,

Q3-4 = energi yang ditambahkan pada keadaan 3-4,

Q5-1 = energi yang dibuang pada keadaan 5-1,

V5 = volume pada keadaan 5,

V2 = volume pada keadaan 2,

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

Gambar II.16(a) memperlihatkan diagram Tekanan-Volume (P-V) untuk keadaan

teoritis, sedangkan gambar II.16(b) memperlihatkan untuk suatu siklus yang

sebenarnya bagi sebuah motor diesel.


II.4 GENERATOR SINKRON

II.4.1 Umum

Generator sinkron merupakan komponen penting untuk pembangkitan

daya tiga fasa dalam suatu pembangkit listrik. Generator sinkron mengubah energi

mekanik dari turbin menjadi energi listrik.

Konversi energi mekanik menjadi energi lisrtrik secara besar-besaran

praktis hanya dilakukan dengan generator sinkron. Hal ini dikarenakan generator

sinkron sebagai mesin pembangkit dapat dibuat untuk pembangkit tenaga listrik

berkapasitas besar dan dapat diparalelkan dengan generator lain maupun infinite

bus dalam suatu sistem interkoneksi.

Sebuah generator sinrkon standar utamanya terdiri dari sebuah rotor yang

dimagnetisasi oleh arus medan DC dan sebuah stator dengan belitan tiga fasa AC.

Istilah mesin sinkron didasarkan pada kenyataan bahwa rotor berputar secara

sinkron dengan medan putaran magnettik stator.

II.4.2 Komponen Utama Generator Sinkron

Generator sinkron merupakan generator yang paling umum digunakan

dalam pembangkitan energi listrik boloak-balik. Konstrtuksi generator sinkron

dapat dilihat pada gambar II.17.


Gambar II.17 Generator Sinkron

Komponen terpenting dari generator sinkron terdiri dua bagian utama yaitu

stator dan rotor.

1. Stator

Stator terdiri dari tiga komponen utama :

a. Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga jangkar

generator, yang terbuat dari besi tuang dan dilengkapi dengan slot-slot (parit)

sebagai tempat melekatnya kumparan jangkar. Rangka stator memilki celah yang

berfungsi sebagai ventilasi udara, sehingga udara dapat keluar masuk dalam inti

stator sebagai pendingin.

b. Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic

khusus yang terpasang ke rangka stator. Laminasi-laminasi diisolasi satu sama

lain dan mempunyai jarak antara laminasi yang memungkinkan udara pendingin

lewat. Di sekeliling inti terdapat slot-slot tempat melekatkan konduktor / belitan

jangkar.

c. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)


Kumparan jangkar merupakan kumparan tempat timbulnya ggl induksi,

sehingga melalui terminal output kumparan jangkar, yang merupakan terminal

output generator, diperoleh energi listrik yang siap untuk disalurkan.

2. Rotor

Rotor terdiri dari tiga komponen utama, yaitu :

a. Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi

dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip

ring. Slip ring ini kemudian dihubungkan ke sumber DC daya luar melalui sikat

(brush) yang ditempatkan menempel pada slip ring. Sikat ini merupakan batang

grafit yang terbuat dari senyawa karbon yang bersifat konduktif dan memiliki

koefisien gaya gesekan yang sangat rendah.

b. Kumparan Rotor (medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam

menghasilkan medan magnet. Kumparan medan ini ditempatkan di bagian rotor

dari generator. Kumparan ini mendapatkan arus searah dari sumber eksitasi

tertentu.

c. Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat peletakan kumparan medan, di mana pada

poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor

sehingga penempatan kumparan medan dapat diatur sesuai dengan rancangan

yang dikehendaki.


II.4.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Suatu mesin listrik (generator atau motor) akan berfungsi bila memiliki :

1. kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet;

2. kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor-konduktor

yang terletak pada alur-alur jangkar; dan

3. celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan

magnet

Untuk menghasilkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan maka fluks

magnetic yang memotong kumparan harus berubah. Dengan kata lain ggl induksi

yang timbul pada ujung-ujung penghantar atau kumparan adalah sebanding

dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar

tersebut, yang dirumuskan oleh :

E = – N dtdΦ

= – N dt

BAd )cos( θ

= – NBAdt

d )(cosθ

Laju perubahan fluks magnetik ini bisa disebabkan oleh salah satu

perubahan berikut :

1. perubahan luas bidang kumparan A (B dan θ tetap)

2. perubahan besar induksi magnetik B(A dan θ tetap)

3. perubahan sudut θ antara arah B dan dengan arah normal bidang


Khusus untuk generator, timbulnya ggl induksi disebabkan oleh perubahan

sudut θ antara B dan arah normal bidang. Inilah yang mendasari bagaimana

generator sinkron dapat menghasilkan energi listrik.

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai

berikut :

1. Kumparan medan yang diletakkan di rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan.

Dengan adanya arus yang mengalir melalui kumparan medan akan

menimbulkan fluks magnetik yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.

2. Penggerak mula (prime mover) yang sudah terkopeldengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar dengan kecepatan tertentu

sesuai dengan diharapkan.

3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan. Dengan demikian, kumparan jangkar

yang terletak di stator akan dilingkupi oleh fluks magnetik yang berubah-

ubah besarnya setiap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik terhadap

yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada

ujung-uung kumparan tersebut. Untuk generator sinkron tiga fasa,

digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun

dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang

sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan

jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sma lain. Setelah

itu ketiga terminal kumparan siap dioperasikan untuk menghasilkan energi

listrik.


II.4.4 Sistem Penguatan (Exiter) Generator Sinkron

Sistem penguatan generator sinkron terus mengalami perkembangan

seiring dengan penigkatan kapasitas generator itu sendiri. Pada generator sinkron,

arus medan yang diperlukan untuk membangkitkan medan magnet rotor disuplai

dari sumber daya DC tertentu. Karena kumparan medan terletak pada rotor yang

berputar, maka diperlukan perancangan khusus untuk membentuk rangkaian

sumber daya DC terhadap kumparan medan.

a. DC Exicter

Prinsip DC exicter ini adalah pengkopelan poros secara mekanis dari suatu

generator sinkron dengan sebuah generator arus searah untuk mensuplai arus

searah pada belitan medan di rotornya diperlihatkan pada gambar II.16.

generator sinkron

generator DC

Gambar II.18 Generator Sinkron yang menerima arus penguat

medan dari Generator DC

Dari gambar di atas terlihat bahwa pada generator sinkron tersebut antara

generator utama dan generator DC sebagai pensuplai arus medan pada belitan

medannya dikopel secara langsung dengan shaft pada masing-masing generator.

b. Brushless Exicter


Brushless Exicter (exicter tanpa sikat) diaplikasikan pada mesin sinkron,

di mana suplai arus searah ke belitan medan dilaksanakan tanpa melalui sikat.

Biasanya arus searah yang disuplai ke belitan medan berasal dari generator arus

bolak-balik yang memiliki shaft yang sama dengan generator utama. Output dari

generator bolak-balik (exicter) ini dikonversikan menjadi arus searah dengan

penyearah yang diletakkan pada bagian shaft ataupun pada bagian dalam dari

rotor generator sinkron. sistem kerjanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

input tiga fasa (arus rendah)

kumparan medan exicter

RF

roto

rst

ator

output tiga fasa

kumparan jangkar generator utama

kumparan medangenerator utama

kumparan jangkarexicter

exicter penyearah tiga fasa generator sinkron

IF

Gambar II.19 Sistem Brushless Exictation

Pada gambar di atas terlihat bahwa untuk menghindari adanya kontak

geser pada bagian rotor generator sinkron, maka exicter-nya dirancang sedemikian

sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung disampaikan ke


bagian belitan medan dari generator sinkron. Hal ini dimungkinkan karena dioda

penyearah ditempatkan pada bagian shaft yang dimiliki bersama-sama oleh rotor

generator sinkron dan exicter-nya, kemudian pada shaft inilah dioda penyearah

tadi dilekatkan.

Arus medan pada generator sinkron langsung dikontrol oleh arus yang

mengalir pada medan exicter, dan dalam hal ini exicter berfungsi sebagai suatu

power amplifier. Dioda penyearah yang dipergunakan dirancang sedemikian rupa

sehingga mampu bertahan melawan daya sentrifugal yang dirasakannya.

c. Permanent Magnet Generator (PMG)

Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang

berputar agar generator tersebut dapat menghasilkan tegangan pada statornya.

Medan magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber

listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor adalah

dengan magnet permanen yang dilekatkan pada shaft dari generator tersebut.

Generator yang menggunakan magnet permanen sebagai eksitasinya disebut

dengan Permanent Magnet Generator (PMG).

Biasanya PMG ini dipergunakan pada mesin-mesin berkapasitas kecil saja.

Hal ini disebabkan karena kesulitandalam mencegah efek magnet permanen yang

dapat menarik benda-benda logam di sekitarnya, sehingga sulit dalam perawatan

dan pemasangannya. Selain itu PMG biasanya dipergunakan sebagai pilot exiciter

yang mensuplai arus medan pada bagian rotor suatu generator sinkron sehingga

generator tersebut dapat men-starting sendiri.


Pada suatu generator besar biasanya mempergunakan paduan dari sistem

brushless excitation yang dilengkapi PMG. Hal ini dimaksudkan agar sistem

eksitasi dari generator sama sekali tidak tergantung dari sumber daya listrik dari

luar mesin itu. Bentuk skematik dari sistem ini digambarkan sebagai berikut.

penyearah tiga fasa

kumparan medan exicter

RF

roto

rst

ator

output tiga fasa

kumparan jangkar generator utama

kumparan medangenerator utama

kumparan jangkarexicter

exicter penyearah tiga fasa generator sinkron

IF

kumparan jangkarpilot exiciter

IF

magnet permanen

pilot exciter

medan pilot exicter

Gambar II.20 Generator dengan Sistem Brushless Excitation dan PMG

Terlihat pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat magnet

permanen, kumparan jangkar exicter, kumparan utama medan dari generator. Hal

ini memungkinkan generator tersebut untuk tidak menggunakan slip ring dan sikat

dalam pengoperasiannya secara keseluruhan sehingga lebih efektif dan efisien.

II.4.5 Proteksi Pada Generator Sinkron

Sistem proteksi generator sinkron terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :

- proteksi stator


- proteksi rotor

Proteksi stator meliputi proteksi tegangan lebih, proteksi arus lebih,

proteksi impedansi, proteksi stator terhadap gangguan tanah, proteksi arus

diferensial, proteksi terhadap cairan yang masuk ke generator.

Proteksi rotor meliputi pembatas sudut beban, proteksi underexcitation,

proteksi beban tidak seimbang, proteksi rotor terhadap gangguan tanah. Umumnya

sistem proteksi juga terbagi menjadi proteksi mekanik dan proteksi elektrik.

1. proteksi tegangan lebih

Di dalam generator biasanya sudah dilengkapi dengan pengatur tegangan

otomatis (AVR), yang akan mengatur kestabilan tegangan keluarannya. Namun

demikian untuk mengantisipasi kalau pengatur tegangan otomatis tidak bekerja,

maka relai tegangan lebih digunakan sebagai pengaman. Relai tegangan lebih

(Over Voltage Relay) yang digunakan dilengkapi dengan piranti tunda waktu

(time delay) agar diperoleh selektivitas yang memadai, khususnya untuk

koordinasi dengan karakteristik pengatur tegangan otomatis. Relai tegangan lebih

digunakan pada generator-generator yang mempunyai kapasitas sekitar 10 MVA

keatas dengan tegangan kerja 6 KV atau lebih.

2. proteksi arus lebih

Relai arus lebih digunakan sebagai pengaman generator, terutama terhadap

gangguan-gangguan didepan pemutus tenaga (PMT) generator, baik antar fase

maupun gangguan fase ketanah. Penyetelan tunda waktu dari relai harus

mempertimbangkan kemampuan generator untuk bertahan terhadap kondisi


hubung singkat yang terjadi didepan generator. Sebagaimana diketahui bahwa

pada saat terjadi hubung singkat, ada tiga kondisi arus atau reaktansi yang ada

pada generator , yaitu arus subperalihan (subtransient), arus peralihan (transient),

dan arus tetap (steady state). Oleh karena itu, penyetelan (settings) arus dan tunda

waktu hendaknya juga mempertimbangkan kondisi-kondisi tersebut . Penyetelan

arus hendaknya lebih besar dari nilai arus nominal generator sehingga

memungkinkan generator mampu menahan beban lebih untuk beberapa detik. Hal

yang penting pada pengaman generator terhadap arus lebih adalah adanya

koordinasi relai, baik koordinasi besaran arus maupun waktu tundanya (time

delay). Disamping itu perlu dipertimbangkan pula adanya relai-relai pengaman

cadangan (back-up) pada generator.

3. proteksi stator terhadap hubungan tanah

Pengaman ini digunakan untuk mendeteksi adanya gangguan-gangguan stator

hubung tanah pada generator yang dihubungkan dengan transformator tenaga.

Relai ini dapat mendeteksi gangguan-gangguan tanah sampai 95% dari kumparan

generator. Sedangkan dengan peralatan kompensasi khusus dapat mendeteksi

sampai 100% dari kumparan generator. Adanya gangguan hubung tanah pada

stator harus segera diatasi, sebab gangguan ini dapat menimbulkan panas yang

berlebihan, kerusakan laminasi alur generator bahkan kebakaran. Oleh karena itu,

jika terjadi gangguan seperti itu: pemutus generator, pemutus arus penguat medan,

dan penggerak awal harus secepatnya dimatikan.

4. proteksi arus diferensial

Relai diferensial digunakan untuk mengamankan generator dari kerusakan akibat

adanya gangguan internal pada kumparan stator. Dua unit transformator arus (CT)


masing-masing dipasang pada kedua sisi kumparan generator, Sekunder CT

terhubung bintang yang ujung-ujungnya dihubungkan melalui kawat-kawat pilot.

Pada kondisi normal dan tidak ada gangguan internal, besarnya arus kedua sisi

kumparan sama, sehingga arus yang mengalir pada sisi-sisi sekunder CT juga

sama. Hal ini menyebabkan tidak ada arus yang mengalir pada relai. Pada saat

terjadi gangguan pada kumparan generator, mungkin fase dengan fase atau fase

dengan ground, maka arus yang mengalir pada kedua sisi kumparan akan berbeda,

sehingga ada arus yang mengalir pada relai. Relai bekerja menarik kontak

sehingga kumparan triping mendapat tenaga dari catudaya searah yang

selanjutnya akan menarik kontak pemutus tenaga untuk memutuskan hubungan

generator dengan sistem.

II.4.6 OPERASI PARALEL GENERATOR

Operasi paralel pusat-pusat tenaga listrik pada asasnya merupakan

perluasan bekerja paralel satu generator dengan generator lain, dengan tambahan

resistansi dan reaktansi saluran-saluran interkoneksi. Proses menghubungkan

paralel satu generator dengan generator lain dinamakan sinkronisasi.

1. Syarat-Syarat Operasi Paralel Generator

Dalam melakukan sinkronisasi, generator yang akan diparalelkan harus

memenuhi syarat-syarat operasi paralel, di antaranya adalah sebagai berikut :

1. tegangan apitan dari generator yang akan diparalelkan harus sama dengan

tegangan di jaringan

2. frekuensi generator harus sama dengan frekuensi jaringan

3. sudut fasa dari fasa-fasa yang dihubungkan satu sama lain harus sama

besar


4. urutan fasa kedua generator harus sama atau urutan fasa generator yang

akan diparalelkan harus sama dengan jaringan.

2. Dua Generator Bekerja Paralel

Umpamakan dua generator G1 dan G2 yang bekerja paralel sebagaimana

terlihat pada Gambar II.8. Masing-masing generator memiliki impedansi Z1 dan

Z2 yang terdiri atas resistansi R1 dan R2 serta X1 dan X2. Gaya gerak listrik E yang

diinduksikan dalam masing-masing mesin adalah E1 dan E2.

G1

G2

X1 R1

Z 1 }X2 R2

Z 2 }E 1

E 2

Gambar II.21 Dua Generator Bekerja Paralel

Is

E2

0

E1

Er

Gambar II.21a Reaktansi Diabaikan


0

E1

Er

E2

Is

Gambar II.21b Resistansi Diabaikan

Misalkan kini suatu keadaan khusus di mana dari kedua mesin

reaktansinya dapat diabaikan. Dalam keadaan demikian kedua ggl E1 dan E2

memiliki selisih fasa sekitar 1800 (Gambar II.8a), dan resultan Er hampir tegak

lurus pada E1 dan E2. Besar arus sinkronisasi dinyatakan dengan rumus :

( )21 ZZEI r

sy +=

Misalkan kini kedua mesin hanya memiliki reaktansi mendekati nol. Arus

sinkronisasi Is kan tegak lurus terhadap ggl Er atau sefasa dengan ggl salah satu

mesin, misalkan E2 (Gambar II.8b). Dalam hal ini mesin 2 akan memberi daya

nyata kepada mesin 1, agar mesin ini dapat berjalan. Dengan demikian dapat

disimpulkan bahwa untuk memungkinkan generator beroperasi paralel, adanya

reaktansi mutlak diperlukan.

Bilamana dua generator berada dalam keadaan sinkronisasi penuh maka

kedua ggl yang diinduksikan adalah sama dan berbeda fasa 1800, sebagaimana

terlihat pada Gambar II.9a, dan tidak terdapat arus mengalir dalam rangkaian

setempat. Bilamana kedua ggl sama besarnya tapi berbeda fasa tidak tepat 1800,

maka resultan ggl Er bergerak di dalam rangkaian setempat dan mengakibatkan

mengalirnya apa yang dikenal sebagai arus sinkronisasi.


00E2 E1

E2

E2

Er

IsE1

θα

φ2

φ1

(a) Sinkronisasi Penuh (b) Sinkronisasi Tidak Penuh

Gambar II.22 Arus Sinkronisasi

Misalkan perbedaan fasa antara kedua ggl sebesar α dan E1 = E2 = E, maka

resultan ggl Er adalah :

Er = 2E cos

−2

1800 α

= 2E cos

−

2900 α

= 2E sin

2α

= 2E

2α

= α E

Pendekatan di atas berlaku jika sudut α memilki nilai yang kecil sekali. Besar

sinkronisasi Is adalah :

Is = ZEr

= ZEα

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

θ = arc tg

RX s


di mana Z merupakan impedansi gabungan per fasa dari kedua generator atau

generator dengan jaringan yang memilki kekuatan yang tak terhingga. Bilamana

reaktansi generator diketahui, maka arus sinkronisasi adalah :

Is = sX

E

tertinggal fasa 900 dengan gerak listrik resultan Er.

Dalam keadaan di atas mesin 1 memberi daya sebesar E1 Is cosΦ1

sedangkan mesin 2 menerima daya sebesar E2 Is cos Φ2. Karena daya yang

dipasok mesin 1 adalah sama dengan daya diterima mesin-mesin ditambah rugi-

rugi, maka berlaku :

E1 Is cosΦ1 = E2 Is cos Φ2 + rugi-rugi

Daya yang dipasok mesin 1 dinamakan daya sinkronisasi dan dinyatakan

dengan rumus :

Ps = E1 Is cos Φ1 = E1 Is

karena :

E1 = E

dan Φ1 kecil sekali, maka :

Ps = E

sXEα

= sX

E 2α

Untuk daya sinkronisasi sistem tiga fasa dengan demikian adalah :

Ps3 = sX

E 23α


Bilamana Ts merupakan torsi sinkronisasi (berdimensi newton meter)

maka daya sinkronisasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut :

Ps3 = Ts 2π 60

sn

Ts = Ps3 snπ2

60

di mana :

ns : kecepatan putar sinkron = p

f120

f : frekuensi

p : jumlah kutub

Misalkan kembali dua generator yang memiliki ggl tepat sefasa (relatif

terhadap beban luar), akan tetapi besaran E1 dan E2 tidak sama (E1 lebih besar dari

E2). Resultan Er adalah sebesar E1 – E2 dan bertindak di dalam rangkaian setempat

dan menyebabkan terjadinya arus sinkronisasi Is di dalam rangkaian lokal. Arus

sinkronisasi Is ini terbelakang fasa pada Er atau E1 sebesar 900. Sebaliknya E2

tertinggal fasa 900 pada Is, sebagaimana terlihat pada Gambar II.10. Dengan

demikian arus sinkronisasi memiliki efek demagnetisasi pada mesin pertama,

sehingga menghasilkan penurunan E1 serta efek demagnetisasi pada mesin kedua

dan mengakibatkan peningkatan E2. Dengan demikian perbedaan antara E1 dan E2

diperkecil dan kondisi stabil diperoleh kembali.


0

900900E2 E1

Is

Er

Gambar II.23 Efek Tegangan Yang Tidak Sama

Misalkan dua mesin dengan karakteristik kecepatan-beban yang tepat

sama yang bekerja paralel dengan suatu tegangan apitan bersama sebesar V dan

dengan beban impedansi sebesar Z. Misalkan selanjutnya ggl dari mesin 1 dan

mesin 2 sebesar E1 dan E2 sedangkan impedansi fasa masing-masing Z1 dan Z2.

Tegangan apitan mesin 1 adalah :

V = E1 – I1 Z1, dan

tegangan apitan mesin 2 adalah :

V = E2 – I2 Z2

E1

E2

Z 1

Z 2

Z

I1

I2

I

Gambar II.24 Pembagian Beban Antara Dua Generator

Juga berlaku :

V = I Z = (I1 + I2) Z

Dari persamaan-persamaan di atas diperoleh :


I1 = 1

1

ZVE − , dan

I2 = 2

2

ZVE − ,

selanjutnya dapat diperoleh pula :

I1 + I2 = 1

1

ZVE − +

2

2

ZVE −

Atau :

V 2

2

1

1

21

111ZE

ZE

ZZZ+=

++

Atau :

V = ZZZ

ZE

ZE

11121

2

2

1

1

++

+

II.4.7 JENIS OPERASI PARALEL GENERATOR

Ketika generator beroperasi sendiri dalam melayani beban, besarnya daya

nyata P dan daya reaktif Q yang disuplai oleh generator pasti sebesar total beban

yang dipikul oleh generator. Atau dengan kata lain, besarnya daya nyata P dan

daya reaktif Q dari generator tidak dapat diatur melalui kontrol generator. Untuk

setiap kondisi beban, setting governor yang dikenakan hanyalah untuk mengatur

frekuensi operasi generator, begitu juga dengan fungsi pengaturan besarnya arus

medan generator hanyalah untuk mengendalikan tegangan terminal sistem VT

(bukan untuk mengatur besarnya output daya reaktif generator). Pada operasi

paralel karena perubahan beban pada pelayanannya akan menyebabkan tegangan

terminal berubah, sehingga tegangan terminal perlu diubah yang juga akan


mengubah daya reaktif, kita perlu mengatur daya reaktif yang dihasilkan karena

akan mempengaruhi daya reaktif yang merupakan daya yang disuplai ke beban.

Karakteristik pembebanan generator yang beroperasi paralel dalam hubungannya

dengan pengaturan frekuensi dan tegangan terminal generator dapat dilihat pada

Gambar II.25.

N

kW0 Pbp

Nbp

Nbn

(a) Kurva Kecepatan Poros Rotor Terhadap Daya Aktif P

f

kW0 Pbp

fbp

fbn

(b) Kurva Frekuensi-Daya Aktif P


V

0 Qbp

Vbp

Vbn

Q (daya reaktif) suplai kVAr-Q

konsumsi kVAr

+-

(c) Kurva Tegangan Terminal-Daya Reaktif (Q)

Gambar II.25 Karakteristik Generator yang Bekerja Paralel

Keterangan gambar :

N : putaran generator (ppm-putaran per menit)

f : frekuensi

V : tegangan terminal

P : daya nyata

O : daya reaktif

bn : kondisi beban nol (tanpa beban)

bp : kondisi beban penuh

Tanda positif (+) pada Gambar II.25 (c) di atas, generator memasok daya rektif,

sedangkan tanda minus (-) berarti generator menyerap / mengkonsumsi daya

reaktif. Dari Gambar II.25 (b) dapat diturunkan rumus hubungan frekuensi dan

daya listrik sebagai berikut :

Pout = kk . (fbn – fsis)

di mana :

Pout : daya keluaran generator (kW)

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


fbn : frkuensi beban nol generator (Hz)

fsis : frekuensi sistem listrik keseluruhan (Hz).

Secara umum ada dua jenis operasi paralel generator yang ditemukan

dalam sistem tenaga listrik, yaitu :

1. operasi paralel generator dengan sistem daya yang besar

2. operasi paralel generator dengan generator lain yang berkapasitas sama

besar.

1. Operasi Paralel Generator dengan Sistem Daya yang Besar

Sistem daya yang besar sering disebut dengan infinite bus. Infinite bus

adalah suatu sistem daya yang berkapasitas sangat besar sehingga tegangan dan

frekuensi dari sistem tersebut tidak lagi dipengaruhi oleh besarnya daya nyata P

dan daya rektif Q yang dibutuhkan oleh beban. Karena daya listrik jaringan ini

jauh lebih besar dari pada generator, maka efek yang ada pada generatortersebut

hampir tidak berpengaruh (untuk idealnya dianggap tidak berpengaruh sama

sekali) pada jaringan yang ada tersebut. Karena itu pula jaringan listrik tersebut

untuk idealnya disebut sebagai jaringan / jala-jala tidak berhingga (infinite bus).

generator

infinite bus beban

Gambar II.26 Generator yang Terhubung Paralel Dengan Infinite Bus


Karakteristik frekuensi-daya nyata P, karakteristik tegangan-daya reaktif Q

untuk jenis operasi paralel generator dengan infinite bus dapat dilihat pada

Gambar II.27 berikut ini.

f

0 P (daya aktif) suplai kW

-Pkonsumsi

+-

(a) Karakteristik frekuensi-Daya Aktif P

V

0 Q (daya reaktif) suplai kVAr

-Qkonsumsi

+-

(b) Karakteristik Tegangan-Daya Reaktif Q

Gambar II.27 Karakteristik Jaringan Tidak Berhingga

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa jaringan tidak berhingga dapat

bertindak sebagai pemasok maupun sebagai konsumen daya listrik. Jadi apabila


generator memasok daya yang melebihi dari yang dibutuhkan beban, maka daya

listrik tersebut akan dikonsumsi oleh jaringan tersebut.

Berikut ini adalah gambar / diagram frekuensi-daya generator yang

dihubungkan paralel dengan jaringan tidak berhingga.

f (Hz)

fbp

fbn

Pb Pj Pg= +

kWgeneratorPgPj

Pb

kWjaringan

Gambar II.28 Diagram Frekuensi-Daya Generator

Paralel Dengan Jaringan

Di mana :

Pj : daya aktif jaringan

Pg : daya aktif generator

Pb : daya aktif beban

fbn : frekuensi tanpa beban

fbp : frekuensi beban penuh

pada saat kondisi sinkron dengan jaringan tercapai, maka generator akan

mengambang (floating) pada jaringan tersebut dan memasok daya nyata yang

kecil, serta dengan daya reaktif yang kecil pula (atau tidak sama sekali). Hal ini

dapat dilukiskan pada diagram frekuensi-daya sebagai berikut :


f (Hz)

fbp

fbn

kWPg

kW

Gambar II.29 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel

Dengan Jaringan Pada Saat Sinkron

Tapi kadang-kadang ada kalanya ketika kondisi sinkron dengan jaringan

tercapai, frekuensi generator lebih rendah dari frekuensi jaringan, maka secara

otomatis generator akan beroperasi sebagai motor (mengkonsumsi daya listrik)

lihat Gambar II.30. Dalam sistem tenaga listrik modern, biasanya untuk

menghindari hal tersebut di atas, panel kontrol generator selalu dilengkapi dengan

rele anti daya balik (power reverse relay). Rele ini secara otomatis memutuskan

hubungan antara generator dan jaringan bila generator bertindak sebagai motor.

f (Hz)

fbp

fbn

kWPg

kW+-

Pg < 0

Gambar II.30 Diagram Frekuensi-Daya Generator Paralel


generator2

bebangenerator1

Dengan Jaringan Pada Saat Sinkron, di mana Frekuensi Generator

Sedikit Lebih Rendah Dari Frekuensi Jaringan

2. Operasi Paralel Generator Dengan Generator Lain Yang Berkapasitas

Sama Besar.

Operasi paralel ini adalah salah satu jenis operasi paralel generator di

mana generator-generator yang dioperasikan secara paralel mempunyai rating

daya yang sama besar, kalaupun berbeda selisihnya tidak terlalu jauh.

Keberadaan sistem jenis operasi pralel ini dpat dilihat pada Gambar II.31

berikut ini.

Gambar II.31 Hubungan Paralel Antar Generator

Pembagian beban generator yang bekerja paralel dipengaruhi oleh dua hal,

yaitu :

a. efek pengubahan penguatan

b. efek pengubahan setelan governor

a. Efek Pengubahan Penguatan

Misalkan generator GA dan GB bekerja paralel dan masing-masing

memasok arus sebesar I, sehingga total arus beban yang dipasok sebesar 2I.

Kemudian penguatan GA dinaikkan, sehingga EA > EB yang berakibat

mengalirnya arus sirkulasi :


2I

2I

Ia

IS

IbEA EB

GA GB

IS

Ia Ib= I=

Gambar II.32 Skema Rangkaian Paralel Generator

IS = S

BA

ZEE

2−

(dengan catatan ZA = ZB, sehingga ZA + ZB = 2ZS, di mana EA = ggl generator A,

dan EB = ggl generator B).

Arus IS ini mempengaruhi arus beban pada GA dan GB secara vektoris,

sehinnga besarnya arus GA sebesar Ia dengan factor daya sebesar cos φA dan arus

GB sebesar Ib dengan factor daya cos φB.

Perubahan ini hamper tidak berpengaruh pada besarnya daya nyata beban,

namun berpengaruh pada perubahan daya reaktif yang dipikul oleh generator.

Berikut ini gambar segitiga daya akibat perubahan penguatan pada

generator yang bekerja paralel :

GA

GB

φA

φB

S

Pbeban

Qbeban

PA PB Pbeban12= =

φA φB=

GA

GB

φA

φB

S

Pbeban

Qbeban

QA

QB

kondisi 1 kondisi 2

Gambar II.33 Segitiga Daya Generator Paralel Akibat

Efek Pengubahan Penguatan


Pada kondisi 1 beban yang dipikul GA dan GB sama besarnya, namun

ketika penguatan GA dinaikkan maka cos φA meningkat dan mengakibatkan

besarnya daya reaktif yang ditanggung GA menurun yang berakibat GB

menanggung limpahan daya reaktif GA dan cos φB pun menurun.

b. Efek Perubahan Setelan Governor

Jika penguatan antar dua generator yang diparalelkan dijaga tetap, dam

misalkan setelan governornya (pasokan bahan bakar / daya masukan penggerak

mula) generator GA dinaikkan, karena GA dan GB terhubung parallel, maka

kecepatan GA tidak dapat melebihi kecepatan (over run) GB. Sebagai

kompensasainya maka GA akan menaggung beban (PA) lebih besar dari pada (PB)

yang ditanggung oleh GB.

GA

GB

φA

φB

S

Pbeban

Qbeban

PA PB Pbeban12= =

φA φB=

GA

GB

φA

φB

S

Pbeban

Qbeban

QA

QB

kondisi 1 kondisi 2

Gambar II.34 Segitiga Daya Efek Pengubahan Governor

II.5 GOVERNOR

Governor adalah suatu alat yang harus digunakan di semua sistem

pembangkit, untuk mengatur bahan bakar yang masuk ke sistem pembangkit

tersebut di dalam menyesuaikan kebutuhan bahan bakar tersebut terhadap

perubahan frekuensi. Misalkan pada suatu keadaan tertentu frekuensi turun pada

nilai di bawah normal, penurunan frekuensi ini dirasakan oleh governor dan

governor akan beraksi untuk mengembalikan frekuensi ke nilai normal dengan


mengatur bahan bakar yang masuk sistem pembangkit agar dapat memutar turbin

ke putaran normalnya sehingga frekuensi menjadi normal kembali.

Terdapat dua tipe governor yang biasa digunakan yaitu tipe elektronik dan

hidrolik mekanik. Governor elektronik dipasang pada mesin yang baru tetapi yang

paling umum digunakan adalah governor hidrolik mekanik.

Pada governor mekanis, kecepatan putar poros generator yang sebanding

dengan frekuensi yang dihasilkan generator didapat dengan menggunakan bola-

bola berputar yang menghasilkan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal ini

dibandingkan dengan gaya mekanik yang didapat dari pegas referensi. Selisih

besarnya gaya sentrifugal dengan pegas ini menjadi sinyal penggerak sistem

mekanis atau sistem hidrolik yang selanjutnya akan menambah uap.

Gambar II.35 Skema Governor

Gambar II.35 menggambarkan skema dan prinsip kerja governor hidrolik

di mana pengukuran frekuensi didapat melalui gaya sentrifugal dari bola-bola

berputar. Tampak adanya sistem umpan balik melalui engsel E untuk

menghentikan kerja governor. Hal ini diperlukan untuk menghindari osilasi


(keadaan tidak stabil) pada governor. Besarnya umpan balik dapat diatur melalui

penyetelan posisi engsel E.

Pada governor elektronik, deteksi frekuensi dilakukan melalui generator

kecil yang mempunyai magnet permanen sehingga tegangan jepitnya sebanding

dengan putarannya. Karena generator kecil ini dikopel secara mekanis dengan

poros generator utama maka putarannya sebanding dengan putaran generator

utama, sehingga tegangan jepit generator kecil ini sebanding dengan frekuensi

generator utama. Selanjutnya tegangan jepit generator kecil ini dibandingkan

dengan tegangan referensi di mana selisihnya menajdi sinyal penggerak sistem

elektronik seperti halnya pada governor hidrolik.

Gambar II.36 Pengaturan Sekunder Melalui titik B2

Untuk menghindari terjadinya osilasi pada governor, perlu adanya umpan

balik melalui engsel E yang menghentikan kerja governor. Adanya umpan balik

menyebabkan timbul speed droop, yaitu turunnya frekuensi yang diatur governor.

Intervensi ini disebut pengaturan sekunder. Pengaturan oleh governor sendiri

tanpa intervensi yang menghasilkan speed droop disebut pengaturan primer.


Gambar II.37 Karakteristik Speed Droop

Adanya speed droop governor terlihat pada garis S1 dan S2. Garis S2

menggambarkan keadaaan speed droop yang lebih besar dari pada keadaan garis

S1 yang artinya umpan balik untuk menghasilkan garis S2 lebih besar dari pada

garis S1. Besar kecilnya umpan balik ini diatur dengan melakukan pengaturan

posisi engsel E. Semakin ke kiri letak engsel E, maka semakin besar umpan balik

yang terjadi. Sedangkan sebaliknya, semakin ke kanan letak engsel E ini, maka

semakin kecil umpan balik yang terjadi. Pengaturan sekunder melalui titik B2 dan

mengubah nilai speed droop. Oleh karena itu, pada gambar di atas, pengaturan

sekunder digambarkan sebagai proses pergeseran sejajar garis speed droop yang

telah ada sebelumnya (pada gambar di atas diambil garis S1).

II.6 ALAT PEMBAGI BEBAN GENERATOR

Pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator,

kemudian secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan

kemampuan generator tersebut, selanjutnya menghidupkan lagi generator

berikutnya dan memparalelkan dengan generator pertama untuk memikul beban

yang lebih besar lagi. Saat generator kedua diparalelkan dengan generator


pertama yang sudah memikul beban diharapkan terjadinya pembagian beban yang

semula ditanggung generator pertama, sehingga terjadi kerjasama yang

meringankan sebelum beban-beban selanjutnya dimasukkan. Seberapa besar

pembagian beban yang ditanggung oleh masing-masing generator yang bekerja

paralel akan tergantung jumlah masukan bahan bakar atau uap ke generator diesel

atau turbin uap untuk menggerakkan turbin dalam memutar generator. Jumlah

masukan bahan bakar/ udara, uap ini diatur oleh peralatan atau katub yang

digerakkan governor yang menerima sinyal dari perubahan frekuensi listrik yang

stabil pada 50Hz, yang ekivalen dengan perubahan putaran (rpm) mesin

penggerak utama generator listrik. Bila beban listrik naik maka frekuensi akan

turun, sehingga governor harus memperbesar masukan ( bahan bakar atau uap) ke

mesin penggerak utama untuk menaikkan frekuensinya sampai dengan frekuensi

listrik kembali ke normalnya. Sebaliknya bila beban turun, governor mesin-

mesin pembangkit harus mengurangi masukan bahan bakar atau uap ke mesin-

mesin penggerak sehingga putarannya turun sampai putaran normalnya atau

frekuensinya kembali normal pada 50 Hz. Bila tidak ada governor maka mesin-

mesin penggerak utama generator akan mengalami overspeed bila beban turun

mendadak atau akan mengalami overload bila beban listrik naik.

II.6.1 Prinsip Alat Pembagi Beban Generator

Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator

menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0 % sampai dengan 100%

kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran

arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0 % sampai dengan

100 % sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100 % pada tegangan


dan frekuensi yang konstan. Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan

sinyal masukan dari keluaran arus generator berupa elektris, sehingga masukan ini

perlu diubah ke mekanis dengan menggunakan elektric actuator untuk

menggerakkan motor listrik yang menghasilkan gerakan mekanis yang diperlukan

oleh governor.

Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya

disamakan tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban

listrik tidak akan dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran tegangan

dan frekuensinya selama beban masih dibawah kapasitas total paralelnya,

sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak digunakan sebagai sumber sinyal bagi

governor. Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator

sebagai sumber sinyal pembagian beban sistem paralel generator-generator

tersebut. Saat diparalelkan pembagian beban generator belum seimbang/sebanding

dengan kemampuan masing-masing generator. Alat pembagi beban generator

dipasangkan pada masing-masing rangkaian keluaran generator, dan masing-

masing alat pembagi beban tersebut dihubungkan secara paralel satu dengan

berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masing-

masing generator dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing

generator. Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban akan

merupakan petunjuk posisi governor berapa % , atau arus yang lewat berapa %

dari kemampuan generator. Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alat-

alat pembagi beban dengan jumlah arus kemampuan generator -generator yang

beroperasi paralel dikalikan 100 (%) merupakan nilai posisi governor yang harus


dicapai oleh setiap mesin penggerak utama sehingga menghasilkan keluaran

arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan masing-masing generator.

Bila ukuran generator sama maka jumlah arus yang dideteksi oleh masing-

masing alat pembagi beban dibagi jumlah generator merupakan arus beban yang

harus dihasilkan oleh generator setelah governornya diubah oleh electric

actuator yang menerima sinyal dari alat pembagi beban sesaat setelah generator

diparalelkan .

II.6.2 Instalasi Teknis

Dalam prakteknya alat pembagi beban generator dipasang dengan bantuan

komponen-komponen seperti berikut : trafo arus, trafo tegangan (sebagai pencatu

daya), electric actuator, potensiometer pengatur kecepatan dan saklar-saklar

bantu. Lihat pengkabelannya dalam Gambar II.38.

.

Gambar II.38 Pengkabelan Alat Pembagi Beban

http://www.elektroindonesia.com/elektro/en35ag1.gif�


a. Trafo arus berfungsi sebagai transducer arus keluaran generator sampai

dengan sebesar arus sinyal yang sesuai untuk alat pembagi beban

generator (biasanya maksimum 5 A atau = 100 % kemampuan maksimum

generator)

b. Trafo tegangan berfungsi sebagai sumber daya bagi alat pembagi beban,

umumnya dengan tegangan 110 V AC, 50 Hz; dibantu adapter untuk

keperluan tegangan DC.

c. Electric actuator merupakan peralatan yang menerima sinyal dari alat

pembagi beban sehingga mampu menggerakkan motor DC di governor

sampai dengan arus keluaran generator mencapai yang diharapkan.

d. Potensiometer pengatur kecepatan adalah alat utama untuk mengatur

frekuensi dan tegangan saat generator akan diparalelkan atau dalam proses

sinkronisasi. Tegangan umumnya sudah diatur oleh AVR, sehingga naik

turunnya tegangan hanya dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin

penggerak. Setelah generator dioperasikan paralelkan atau sudah sinkron

dengan yang telah beroperasi kemudian menutup Mccb generator, fungsi

potensiometer pengatur kecepatan ini diambil alih oleh alat pembagi beban

generator. Untuk lebih akuratnya pengaturan kecepatan dalam proses

sinkronisasi secara manual, biasanya terdapat potensiometer pengatur

halus dan potensiometer pengatur kasar.

e. Pada sistem kontrol otomatis pemaralelan generator dapat dilakukan oleh

SPM (modul pemaralel generator) dengan mengatur tegangan dan

frekuensi keluaran dari generator, kemudian mencocokan dengan tegangan

dan frekuensi sistem yang sudah bekerja secara otomatis, setelah cocok


memberikan sinyal penutupan ke Mccb generator sehingga bergabung

dalam operasi paralel. Untuk mencocokkan tegangan dan frekuensi dapat

dilihat dalam satu panel sinkron yang digunakan bersama untuk beberapa

generator di mana masing-masing panel generator mempunyai saklar

sinkron di samping SPM-nya.

Dalam Gambar II.39 ditunjukkan penggunaan alat pembagi beban

generator dalam suatu sistem kontrol tenaga generator, kontrol mesin penggerak

dan managemen beban.

Gambar II.39 Penggunaan Alat Pembagi Beban Generator

http://www.elektroindonesia.com/elektro/en35ag2.gif�


Saklar-saklar bantu pada alat pembagi beban generator berfungsi sebagai

alat manual proses pembagian (pelepasan & pengambilan) beban oleh suatu

generator yang beroperasi dalam sistem paralel. Misalnya *saklar 1 ditutup untuk

meminimumkan bahan bakar diesel yang berarti melepaskan beban.* Saklar 3

ditutup untuk menuju pada kecepatan kelasnya (rated speed) yang berarti

pengambilan beban dari generator yang perlu diringankan beban listriknya.

Setelah generator beroperasi secara paralel, generator-generator dengan alat

pembagi bebannya selalu merespon secara aktif segala tindakan penaikan atau

penurunan beban listrik, sehingga masing-masing generator menanggung beban

dengan prosentasi yang sama diukur dari kemampuan masing-masing.

II.7 KAPASITOR BANK

Pembangkit listrik AC mengeluarkan daya listrik dalam bentuk ; daya aktif

(kW) yang akan diubah menjadi daya mwkanik, panas, cahaya dan sebagainya

dan daya reaktif (kVAr) diperlukan oleh peralatan listrik yang bekerja dengan

sistem elektromagnet untuk pembentukan medan magnet. Penjumlahan daya aktif

dan daya reaktif menghasilkan daya nyata (kVA). Di mana perbandingan antara

daya aktif dan daya nyata menghasilkan faktor daya (cos φ). Pada umumnya yang

dimaksud daya listrik dengan kualitas baik adalah bila faktor daya > 0.85.

Sedangkan sebagian besar beban di industri adalah motor-motor induksi yang

memilki sifat induktif yang menyebabkan rendahnya nilai faktor daya (cos φ).

Untuk mengatasi hal tersebut maka perlu dipasang perangkat kapasitor bank.

II.7.1 Daya Aktif dan Daya Reaktif


Daya aktif, diukur dalam kilowatt (kW), merupakan daya nyata (daya

poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas

tertentu. Terdapat beban tertentu seperti motor, yang memerlukan bentuk lain dari

daya yang disebut daya reaktif (kVAR) untuk membuat medan magnet. Walaupun

daya reaktif merupakan daya yang tersendiri, daya ini sebenarnya merupakan

beban (kebutuhan) pada suatu sistim listrik. Berikut dapat dilihat hubungan dari

ketiga daya listrik dalam segitiga daya pada Gambar IV.3 di bawah ini.

P-daya aktif (kW)

Q-daya reaktif (kVAr)

S-daya total (kVA)

cos φ

Gambar II.40 Segitiga Daya

Penjumlahan vektor daya aktif dan reaktif merupakan daya total (nyata),

diukur dalam kVA (kilo Volts-Amperes). Daya ini merupakan daya yang dikirim

oleh pembangkit ke beban. Secara matematis hal ini dapat dinyatakan sebagai:

kVA = 22 )()( kVArkW +

II.7.2 Koreksi Faktor Daya

Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya total

(kVA), atau kosinus sudut antara daya aktif dan total. Daya reaktif yang tinggi

akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih

rendah. Untuk lebih jelasnya dapat kembali dilihat pada gambar sebelumnya yaitu

Gambar IV.3.

Faktor Daya = totaldayaaktifdaya


= kVAkW

= cos φ

Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika

seluruh beban daya yang dipasok oleh pembangkit listrik memiliki faktor daya

satu, daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim

pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya

berkisar dari 0,2 hingga 0,3, kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan.

Jadi, daya reaktif (kVAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama

dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (kVA).

II.7.3 Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya

Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor pengkoreksi

faktor daya pada sistim distribusi daya pabrik. kapasitor bertindak sebagai

pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah daya

reaktif, juga daya total yang dihasilkan oleh bagian utilitas.

Gambar II.41 Kapasitor Sebagai Arus kVAr


Tabel II.1 Daftar Faktor Daya


Sebelum Kompensasi Sesudah Kompensasi (Faktor Daya Yang Diinginkan)

cos φ0,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490,500,510,520,530,540,550,560,570,580,590,600,610,620,630,640,650,660,670,680,690,700,710,720,730,740,750,760,770,780,790,800,810,820,830,840,850,860,870,880,890,90

0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,921,671,601,541,481,421,361,311,261,21

1,70 1,72 1,75 1,78 1,81 1,84 1,871,63 1,66 1,68 1,71 1,74 1,77 1,801,57 1,59 1,62 1,65 1,68 1,71 1,731,51 1,53 1,56 1,59 1,62 1,64 1,671,45 1,47 1,50 1,53 1,56 1,59 1,611,39 1,42 1,44 1,47 1,50 1,53 1,561,34 1,36 1,39 1,42 1,45 1,47 1,501,28 1,31 1,34 1,37 1,39 1,42 1,451,23 1,26 1,29 1,32 1,34 1,37 1,40

0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,001,901,831,771,701,651,591,541,481,43

1,93 1,96 2,00 2,04 2,09 2,15 2,291,86 1,90 1,93 1,97 2,02 2,08 2,221,80 1,83 1,87 1,91 1,96 2,02 2,161,74 1,77 1,81 1,85 1,90 1,96 2,101,68 1,71 1,75 1,79 1,84 1,90 2,041,62 1,66 1,69 1,73 1,78 1,84 1,981,57 1,60 1,64 1,68 1,73 1,79 1,931,52 1,55 1,59 1,63 1,67 1,74 1,881,46 1,50 1,54 1,58 1,62 1,69 1,83

1,16 1,19 1,21 1,24 1,27 1,29 1,32 1,351,111,071,020,980,940,900,860,820,78

1,14 1,17 1,19 1,22 1,25 1,28 1,311,09 1,12 1,15 1,17 1,20 1,23 1,261,05 1,08 1,10 1,13 1,16 1,19 1,221,01 1,03 1,06 1,09 1,12 1,140,97 0,99 1,02 1,05 1,07 1,100,93 0,95 0,98 1,01 1,03 1,060,89 0,91 0,94 0,97 1,00 1,020,85 0,87 0,90 0,93 0,96 0,990,81 0,84 0,86 0,89 0,92 0,95

1,38 1,42 1,45 1,49 1,53 1,58 1,64 1,781,341,291,251,201,161,121,081,051,01

1,37 1,40 1,44 1,48 1,53 1,59 1,731,32 1,36 1,39 1,44 1,48 1,54 1,691,28 1,31 1,35 1,39 1,44 1,50 1,641,24 1,27 1,31 1,35 1,40 1,46 1,601,20 1,23 1,27 1,31 1,36 1,42 1,561,16 1,19 1,23 1,27 1,32 1,38 1,521,12 1,15 1,19 1,23 1,28 1,34 1,481,08 1,11 1,15 1,19 1,24 1,30 1,441,04 1,08 1,11 1,15 1,20 1,26 1,40

0,75 0,78 0,80 0,83 0,86 0,88 0,910,710,680,650,610,580,550,520,490,46

0,74 0,77 0,79 0,82 0,85 0,880,71 0,73 0,76 0,79 0,81 0,840,67 0,70 0,73 0,75 0,78 0,810,64 0,67 0,69 0,72 0,75 0,780,61 0,63 0,66 0,69 0,72 0,740,58 0,60 0,63 0,66 0,68 0,710,54 0,57 0,60 0,63 0,65 0,680,51 0,54 0,57 0,60 0,62 0,650,48 0,51 0,54 0,57 0,59 0,62

0,97 1,01 1,04 1,08 1,12 1,17 1,23 1,370,940,900,870,840,810,770,740,710,68

0,97 1,00 1,04 1,08 1,13 1,19 1,330,94 0,97 1,01 1,05 1,10 1,16 1,300,90 0,94 0,97 1,01 1,06 1,12 1,270,87 0,90 0,94 0,98 1,03 1,09 1,230,84 0,87 0,91 0,95 1,00 1,06 1,200,81 0,84 0,88 0,92 0,97 1,03 1,170,78 0,81 0,85 0,89 0,94 1,00 1,140,75 0,78 0,82 0,86 0,90 0,97 1,110,72 0,75 0,79 0,83 0,88 0,94 1,08

0,43 0,46 0,48 0,51 0,54 0,56 0,590,400,370,340,320,290,260,240,210,18

0,43 0,45 0,48 0,51 0,54 0,560,40 0,43 0,45 0,48 0,51 0,540,37 0,40 0,42 0,45 0,48 0,510,34 0,37 0,40 0,42 0,45 0,480,32 0,34 0,37 0,40 0,42 0,450,29 0,32 0,34 0,37 0,40 0,430,26 0,29 0,32 0,34 0,37 0,400,24 0,26 0,29 0,32 0,34 0,370,21 0,24 0,26 0,29 0,32 0,35

0,65 0,69 0,72 0,76 0,80 0,85 0,91 1,050,620,600,570,540,510,490,460,430,41

0,66 0,69 0,73 0,77 0,82 0,88 1,020,63 0,66 0,70 0,74 0,79 0,85 0,990,60 0,64 0,67 0,71 0,76 0,82 0,960,57 0,61 0,64 0,69 0,73 0,79 0,940,55 0,58 0,62 0,66 0,71 0,77 0,910,52 0,55 0,59 0,63 0,68 0,74 0,880,49 0,53 0,56 0,60 0,65 0,71 0,860,47 0,50 0,54 0,58 0,63 0,69 0,830,44 0,47 0,51 0,55 0,60 0,66 0,80

0,16 0,18 0,21 0,24 0,26 0,29 0,320,130,100,080,050,030,00

---

0,16 0,18 0,21 0,24 0,27 0,290,13 0,16 0,18 0,21 0,24 0,270,10 0,13 0,16 0,19 0,21 0,240,08 0,10 0,13 0,16 0,19 0,220,05 0,08 0,10 0,13 0,16 0,190,03 0,05 0,08 0,11 0,13 0,160,00 0,03 0,05 0,08 0,11 0,14

- 0,00 0,03 0,05 0,08 0,11 0,14- - 0,00 0,03 0,06 0,08 0,11

0,38 0,41 0,45 0,48 0,53 0,57 0,63 0,780,350,330,300,280,250,220,200,170,14

0,39 0,42 0,46 0,50 0,55 0,61 0,750,36 0,40 0,43 0,47 0,52 0,58 0,720,34 0,37 0,41 0,45 0,49 0,56 0,700,31 0,34 0,38 0,42 0,47 0,53 0,670,28 0,32 0,35 0,40 0.44 0,50 0,650,26 0,29 0,33 0,37 0,42 0,48 0,620,23 0,26 0,30 0,34 0,39 0,45 0,590,20 0,24 0,28 0,32 0,36 0,42 0,570,18 0,21 0,25 0,29 0,34 0,40 0,54

--

- - - 0,00 0,03 0,06 0,09- - - - 0,00 0,03 0,06

0,120,09

0,15 0,18 0,22 0,26 0,31 0,37 0,510,12 0,16 0,19 0,23 0,28 0,34 0,48

1,131,091,051,020,980,940,910,870,840,810,770,740,710,680,650,620,590,570,540,510,480,460,430,400,380,350,320,300,270,250,220,190,17

1,17

BAB III


OPERASIONAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

DAN DIESEL PT. MUSIM MAS MEDAN

III.1 BLOK DIAGRAM UAP DAN AIR

Gambar III.1 Blok Diagram Alir Uap dan Air PT. Musim Mas

Keterangan gambar :

P-1 : pipa uap utama boiler 1




V-1 : valve / keran uap dari boiler 1 ke header





V-5 : control valve uap dari header ke plan alkohol

V-6 : control valve uap dari header ke plan speciallity fat

V-7 : control valve uap dari header ke plan MTC

V-8 : control valve uap dari header ke plan fatty acid I / II

V-9 : valve uap dari boiler 4 ke turbin 4

V-10 : valve uap dari header ke turbin 1 dan 3

V-11 : valve uap dari header ke turbin 2

V-12 : valve uap dari header ke turbin 1

V-13 : main valve uap ke turbin 4


V-15 : control valve air kondensat turbin 4 ke deaerator 3

V-16 : control valve air kondensat turbin 3 ke deaerator 1 dan 2

V-17 : valve manual air ke feed tank 1





V-22 : control valve air kondensat turbin 1 ke deaerator 1 dan 2

V-23 : Back Pressure Valve (control valve)

Sistem pembangkit di PT. Musim Mas Medan menggunakan empat unit

boiler sebagai pemanas airnya untuk menghasilkan uap. Untuk boiler 1 sampai


boiler 3 memiliki kapasitas yang sama yaitu tekanan uap maksimal 30 bar dengan

temperatur maksimal 300 0C. Sedangkan untuk boiler 4 memilki kapasitas yang

berbeda dengan boiler lainnya yaitu tekanan uap 40 bar dengan temperatur uap

400 0C.

Di dalam operasi normal turbin artinya tidak kekurangan daya listrik ke

beban, maka turbin yang beroperasi adalah turbin 2 dan turbin 4. Sedangkan

turbin 1 dan turbin 3 adalah cadangan untuk beban puncak dan apabila ada

gangguan di turbin 2 dan turbin 4. Begitu juga dengan boiler, untuk operasi

normal, boiler yang beroperasi hanya tiga unit dari empat unit yang ada yaitu dua

dari boiler 1, 2, 3 dan satu lagi boiler 4. Untuk boiler 1, 2, 3 mensuplai uapnya

terlebih dahulu ke header sebelum diberikan ke turbin. Oleh karena itu perlu

dilakukan sinkronisasi boiler sebelum uap-uapnya di masukkan ke header, yaitu

dengan menyamakan tekanan uapnya yaitu sebesar 30 bar untuk setiap bolier yang

akan disinkron. Untuk boiler 4 digunakan khusus untuk mensuplai uap ke turbin 4

yang memiliki daya yang cukup besar yaitu 10 MW.

Ada dua jenis tipe turbin yang dipergunakan pada sistem pembangkit ini,

yaitu :

1. turbin tipe kondensing

2. turbin tipe back pressure.

III.1.1. Turbin Tipe Kondensing

Turbin tipe kondensing adalah turbin yang menggunakan kondensor, di

mana uap yang dipakai ke turbin akan diembunkan kembali menjadi air di

kondensor untuk dikembalikan ke boiler melalui deaerator. Selain dari itu,

kondensor juga berfungsi untuk meringankan kerja turbin dengan menambahkan


sistem injector ke sistem kondensor pada pembangkit ini. Prinsip kerja sistem

injector ini yaitu dengan meng-inject-kan uap untuk menghasilkan vakum di

kondensor, sehingga vakum ini akan membantu kerja turbin dengan cara

menghisap udara dari turbin, sehingga meringankan kerja turbin untuk memutar

generator. Uap yang di-inject-kan ke injector langsung berasal dari uap boiler

dengan tekanan uap maksimal 15 bar yang dikontrol oleh keran kontrol (control

valve).

turbine

kondensor

Inlet steam 30 barMain valve

uap exhaust

pompa kondensat

boiler

control valvemotive steam 15 bar Sistem injector

exhaust

air kondensat

Control valveControl valve ke boiler

air pendingin injector

air dari injector

hot well

P-15

P-17P-20 P-17

kondensor

ruptured disc

safety valve

Gambar III.2 Blok Diagram Kondensor dan Injector PT. Musim Mas

Di dalam operasionalnya, pembangkit jenis ini harus benar-benar dijaga

kevakumannya karena sangat berpengaruh terhadap kinerja turbin di dalam

memutar generator. Dalam kondisi pembangkit stop atau keluar dari sistem

jaringan listrik, maka nilai tekanan di dalam kondensor adalah 1000 mbar atau

nilai kevakumannya (daya hisap uap exhaust turbin ke injector) adalah 0 mmHg

atau dengan kata lain sistem injector tidak aktif menghisap udara dari kondensor.


Dalam kondisi operasi normal atau pembangkit berada di sistem jaringan listrik,

nilai tekanan kondensor dijaga berada di nilai 60 mbar sampai 200 mbar sesuai

dengan beban yang dipikulnya.

Berikut ini adalah contoh perhitungan nilai kevakuman kondensor :

misalkan di lapangan dengan daya pembangkit (P) = 1200 kW, didapat :

tekanan kondensor (P) = 60 mbar

maka nilai vakumnya = -

mmHgx760

mbar 1000P - mmHg 760

= -

mmHgx760

mbar 1000mbar 60 - mmHg 760

= - 714,4 mmHg

Artinya dengan tekanan kondensor 60 mbar (gauge pressure) sama dengan 714,4

mmHg (absolute pressure / tanda minus menunjukkan absolute) injector

menghisap udara dari kondensor.

exhaust

motive steam /control valve 15 bar

pipa dari kondensor

uap 30 bar boilerauger valve

exhausttabung injector

tekanan tinggitekanan rendah

air kondensat masuk

air kondensat keluar

air pendingin injector

Gambar III.3 Sistem Kerja Injector PT. Musim Mas

Untuk konsumsi uap, turbin jenis ini mempunyai karakter tersendiri. Di

dalam operasionalnya, semakin tinggi beban yang dipikul pembangkit maka


pembangkit akan mensuplai daya yang semakin besar pula diikuti dengan

konsumsi uap yang besar untuk memutar rotor turbin.

Pembangkit tipe kondensing di perusahaan ini ada 3 unit, yaitu Turbin 1

kapasitas 2400 kW, Turbin 3 kapasitas 4000 kW dan Turbin 4 kapasitas 10 MW.

Ketiga unit pembangkit ini memiliki karakter dan prinsip kerja yang sama. Oleh

karena itu, maka diambil Turbin 3 sebagai contoh. Berikut ini adalah karakteristik

konsumsi uap dari pembangkit ini.

Tekanan uap masuk (barG) : 30.0

Suhu uap masuk (0C) : 300.0

Tekanan uap keluar (barA) : 0.100

Putaran per menit (RPM) : 4500

Stea

m F

low

(kg

/ HR

)

Power Output (kW)

5000

10000

15000

20000

25000

0500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

4500 RPM

all HV closed

2 HV closed

1 HV closed

no HV closed

Gambar III.4 Kurva Karakteristik Pembangkit

Dari Gambar III.4 di atas, maka dapat dicari konsumsi uap untuk 1 kW

melalui perhitungan di bawah ini :


Untuk daya 500 kW, konsumsi uap (steam flow) = 5200 kg / HR dengan catatan

seluruh hand valve dalam kondisi tertutup, maka :

Untuk 1 kW, steam flow (X) ⇒ kW

kW1

500 = X

HRkg5200

⇒ 500(X) = HRkg5200

⇒ X = 500

5200 HRkg

⇒ X = HRkg4,10

Atau dengan kata lain, pembangkit ini mengkonsumsi uap untuk 1 kW adalah

sebesar 10,4 kg setiap jamnya.

casing turbin

hand valve

noozle

}uap masuk

uap ke kondensor

penampang noozle

rotor turbin

Gambar III.5 Konstruksi Turbin

III.1.2. Turbin Tipe Back Pressure


Turbin tipe back pressure adalah turbin yang menggunakan tangki

penampung uap dari turbin, di mana uapnya masih digunakan untuk keperluan

lain. Turbin jenis ini dirancang agar uap keluarannya (exhaust steam) memiliki

tekanan yang sudah ditentukan untuk keperluan tertentu. Misalkan untuk

perusahaan PT. Musim Mas, turbinnya dirancang agar tekanan uap keluarannya

(exhaust steam pressure) berkisar di 4,0 bar, dan di tangki back pressure tekanan

itu dijaga sekitar 3,0 sampai 3,6 bar. Untuk menjaga tekanan di tangki, maka

ditambahkan pada sistem back pressure sebuah keran kontrol (control valve)

untuk menjaga tangki back pressure tidak kelebihan tekanan. Dan apabila terjadi

kelebihan tekanan di tangki, maka control valve akan membuka mebuang uap

sampai tekanan di tangki seperti yang diharapkan. Jika terjadi kekurangan tekanan

di tangki, maka pembangkit perlu ditambah beban sekitar beberapa kW, sehingga

governor akan membuka memasukkan uap ke turbin sesuai dengan kebutuhan

beban yang ditambah, sehingga tekanan keluaran turbin akan bertambah diikuti

dengan naiknya tekanan di tangki back pressure.

turbine

main valve

tangki back pressure

drain valve

uap exhaust

by pass valve

Back Pressure Valve (BPV)

uap buangan

uap yang dipakai

inlet steam 30 bar

boiler

Gambar III.6 Turbin Tipe Back Pressure


Stea

m F

low

(kg

/ HR

)

Power Output (kW)

5000

0

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

Turbin back pressure memiliki karakteristik yang berbeda dibanding

dengan turbin tipe condensing. Perbedaannya terletak pada banyaknya konsumsi

uap untuk turbin. Turbin jenis ini mengkonsumsi lebih banyak uap dari pada

turbin jenis kondensing dengan tujuan uap keluaran dari turbin (steam exhaust)

masih akan dipakai untuk keperluan lain, dalam hal ini uap tersebut dipakai untuk

keperluan proses dari pabrik yaitu untuk memanaskan bahan baku. Berikut ini

akan dijelaskan mengenai karakteristik dari turbin tipe back pressure.

Tekanan uap masuk (barG) : 30.0

Suhu uap masuk (0C) : 300.0

Tekanan uap keluar (barG) : 3,2

Putaran per menit (RPM) : 7000

Gambar III.7 Kurva Karakteristik Pembangkit

Dari gambar III.7 di atas dapat dilihat konsumsi uap untuk setiap beban

yang dipikul dari pembangkit jenis ini. Dapat juga diketahui konsumsi uap untuk


1000 kW adalah 17000 kg / hr. Maka untuk 1 kW adalah sekitar 17 kg / hr. Ini

berarti konsumsi uap untuk turbin jenis back pressure mengkonsumsi uap lebih

banyak dari pada turbin jenis kondensing.

III.2 OPERASIONAL PLTU PT. Musim Mas KIM II Medan

Pembangkit Listrik Tenaga Uap di PT. Musim Mas terdiri dari empat unit

yaitu :

1.1. Turbin 1 dengan kapasitas 2400 kW



1.4. turbin 4 dengan kapasitas 10 MW

1.1. Turbin 1

Turbin 1 adalah turbin jenis kondensing dengan kapasitas terpasangnya

adalah 2400 kW. Untuk operasional pembangkit ini, ada beberapa parameter

penting yang harus diperhatikan agar pembangkit ini dapat beroperasi dengan

normal. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar sistem pembangkit

berikut ini.

pompa cooling tower

cooling tower

turbin uap G

gear box

kondensorexhaust steam

inlet steam 30 barmanual valve

governor

steam boiler

hot well

pompa kondensor

ke deaerator(boiler)

control valve

pompa vacuum

pipa air water treatmentairair cooling toweruap


Gambar III.8 Sistem Turbin 1 PT. Musim Mas KIM II Medan

Sistem dari turbin 1 terdiri dari satu unit turbin uap dengan kecepatan

putaran 6792 rpm dengan unit gear box sebagai transformer putaran menjadi 1500

rpm di generatornya sehingga generator dapat menghasilkan frekuensi listrik 50

Hz. Generator yang digunakan untuk turbin 1 ini adalah generator sinkron dengan

spesifikasi sebagai berikut :

- generator AVK

- pf : 0.80

- rotation direct : left

- rotation : 1500 rpm

- excitation : 57 V, 4.7 A

- insul class : H

- Aux excitation : 80 V 50 Hz

Beberapa komponen pendukung kerja turbin 1 adalah sebagai berikut :

1. Cooling tower berfungsi sebagai pendingin air yang digunakan untuk

kondensor dan pendingin oli pelumasan mesin.

2. Kondensor berfungsi sebagai tempat terjadinya kondensasi di mana uap

berubah menjadi air. Di dalam operasionalnya, kondensor harus dijaga

tekanannya atau nilai kevakumannya, karena sangat berpengaruh terhadap

kinerja turbin.

3. Pompa cooling tower berfungsi untuk sirkulasi air ke kondensor.

4. Pompa kondensor berfungsi untuk memompakan air dari hot well ke

deaerator boiler atau kembali ke hot well kondensor agar level air tetap

terjaga di hot well. Di mana pengaturan ini diatur oleh sebuah control


valve, jika level air di hot well terlalu rendah, maka control valve akan

membuka banyak memasukkan air ke hot well dan jika sudah sesuai

dengan level yang diinginkan, maka control valve akan menutup sehingga

air akan dialirkan ke deaerator. Ini sangat penting karena sangat

mempengaruhi nilai kevakuman dari kondensor yaitu jika level air naik

maka vakum akan turun di mana vakum dijaga minimal 30 cmHg.

5. Pompa vakum berfungsi untuk menghisap udara dari kondensor sehingga

kevakuman di kondensor terjaga.

6. Pompa oli berfungsi untuk mensirkulasikan oli ke mesin turbin seperti

gear box, bearing turbin, bearing generator, dengan tujuan untuk

mendinginkan komponen-komponen mesin tersebut. Pompa oli ini terdiri

dari dua yaitu pompa oli utama (mechanical pump) yang dikopelkan

langsung ke gearbox turbin dan pompa oli bantu (auxilary oil pump) yaitu

berupa motor induksi yang beroperasi ketika turbin proses start dan stop

running.

Di dalam memulai operasi turbin 1, ada beberapa prosedur kerja atau urutan

kerja yang harus dilakukan antara lain :

1. mengaktifkan terlebih dahulu pompa oli bantu (auxilary oil pump) untuk

melakukan pelumasan ke mesin agar suhu mesin tidak terlalu tinggi.

2. setiap pompa-pompa pendukung diaktifkan yaitu pompa cooling tower,

pompa kondensat, pompa vakum dan kipas cooling tower agar air cooling

tower tetap dingin.

3. buka sedikit valve utama (manual valve) untuk mengatur sealing steam di

mana sealing steam diatur dengan tekanan 0.5 sampai 0.8 kgf/cm2. Sealing


steam berfungsi untuk menjaga casing turbin tidak dimasuki udara atau

uap yang di dalam turbin tidak keluar dari casing.

4. setelah vakum mencapai 50-55 cmHg, aktifkan governor dengan

mengaktifkan hand-trip pada governor agar uap dapat masuk ke turbin.

5. jalankan turbin melalui panel kontrol dengan kecepatan awal 500 rpm

terlebih dahulu, 700 rpm, 1000 rpm sampai kecepatan normalnya 1500

rpm.

6. setelah turbin berjalan normal 1500 rpm, cek semua kondisi turbin untuk

memastikan semua komponen aman dan turbin siap untuk disinkronkan ke

jaringan.

7. setelah sinkron, lakukan pembebanan perlahan sesuai dengan kapasitas

turbin. Dalam hal ini, turbin 1 berkapasitas 2400 kW.

Berikut ini adalah beberapa parameter yang harus diperhatikan ketika

turbin 1 sedang beroperasi di dalam beberapa tabel berikut ini.

Tabel III.1 Daya per Jam (13 Januari 2009)

waktu kuat arus (A) daya (kW)

actuator (%)

tegangan (V)

frekuensi (Hz) pf

R S T 9:00 1950 1950 1950 1250 44 400 50 0.92 10:00 1900 1900 1900 1200 43 400 50 0.92 11:00 1850 1850 1850 1100 42 400 50 0.91 12:00 2250 2250 2250 1400 48 400 50 0.91 13:00 2150 2150 2150 1350 45 400 50 0.92 14:00 1900 1900 1900 1150 42 400 50 0.92 15:00 1800 1800 1800 1100 40 400 50 0.9 16:00 1900 1900 1900 1250 44 400 50 0.91 17:00 2300 2300 2300 1500 51 400 50 0.93 18:00 2050 2050 2050 1250 44 400 50 0.91 19:00 2300 2300 2300 1500 51 400 50 0.92 20:00 2050 2050 2050 1250 44 400 50 0.91 21:00 2200 2200 2200 1400 49 400 50 0.91 22:00 2400 2400 2400 1600 49 400 50 0.92 23:00 1700 1700 1700 1050 39 400 50 0.9 0:00 1450 1450 1450 850 35 400 50 0.89 1:00 1950 1950 1950 1200 44 400 50 0.92


2:00 2000 2000 2000 1300 45 400 50 0.92 3:00 1800 1800 1800 1150 44 400 50 0.92 4:00 1700 1700 1700 1050 41 400 50 0.9 5:00 1800 1800 1800 1200 42 400 50 0.9 6:00 1800 1800 1800 1150 44 400 50 0.92 7:00 1700 1700 1700 1050 41 400 50 0.9 8:00 1800 1800 1800 1200 42 400 50 0.9

Tabel III.2 Turbine 1 Log Sheet

waktu

inlet steam press (bar)

steam chest (kgF/ cm2)

exh. steam press (cm Hg)

sealing steam (kgF/ cm2)

speed (rpm)

lub oil to

brg(kgF/cm2)

oil cooler temp (0C ) reduction gear bearing temp (0C)

oil in oil out CW

in CW out

tbn brg

pinion brg (tbn side)

pinon brg (gen side)

wheel brg (tbn side)

wheel brg (gen side)

9:00 27.8 14 66 0.74 1500 1.3 52 44.4 30 32 56.4 57.6 57.7 52.5 46.5 10:00 27.7 13 65 0.73 1500 1.3 54 44.9 30 32 56.7 57 57.7 52.8 46.9 11:00 27.5 12.5 64 0.73 1500 1.3 55 45.3 30 32 56.8 57.4 58.2 53.1 47.5 12:00 27.5 15 65 0.72 1500 1.3 55 45.1 30 32 57 57.1 58.9 54 47.4 13:00 27.3 14 65 0.72 1500 1.3 54 45.1 30 32 56.8 57 58.6 53.6 47.3 14:00 27.8 12 64 0.72 1500 1.3 53 44.8 30 32 56.7 57.1 57.5 52.7 47.1 15:00 27.3 11.5 66 0.77 1500 1.3 52 44.5 30 32 55.4 56.9 57.2 51.9 46.8 16:00 27.3 11.5 66 0.73 1500 1.3 52 44.8 30 32 56.1 57.1 58 52.8 47.1 17:00 27.5 17 65 0.71 1500 1.3 53 45.4 31 33 57.3 57.1 59.3 54.4 47.6 18:00 27.7 13.5 65 0.72 1500 1.3 54 45.6 31 33 57.2 57.6 59 53.8 47.9 19:00 27.4 17 65 0.7 1500 1.3 54 45.8 31 33 58.3 57.3 59.7 55.2 47.9 20:00 27.7 13.5 65 0.72 1500 1.3 54 45.7 31 33 58.2 57.4 59.6 55.2 47.8 21:00 27.2 16 64 0.7 1500 1.3 55 46.2 31 33 58.2 57.8 59.7 55.2 48.3 22:00 27.5 17 62 0.7 1500 1.3 55 46.9 32 34 58.2 57.5 59.4 55.1 47.9 23:00 27.2 11.5 67 0.7 1500 1.3 53 44.3 30 32 55.8 56.7 56.7 51.7 46.2 0:00 27.5 9.4 69 0.7 1500 1.3 53 43.7 30 32 54.7 56.6 56 50.6 45.8 1:00 27.5 13.6 66 0.71 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.5 56.7 58 52.9 46.5 2:00 27.5 14.2 66 0.7 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.8 56.7 58.3 53.2 46.6 3:00 27 14.7 66 0.71 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.8 56.7 58.1 53.1 46.8 4:00 27 11.7 66 0.7 1500 1.3 53 43.9 30 32 55.5 56.4 56.5 51.5 45.9 5:00 27.6 12.2 66 0.7 1500 1.3 53 44.2 30 32 55.9 56.7 56.9 51.8 46.3 6:00 27 14.7 66 0.71 1500 1.3 54 44.7 30 32 56.8 56.7 58.1 53.1 46.8 7:00 27 11.7 66 0.7 1500 1.3 53 43.9 30 32 55.5 56.4 56.5 51.5 45.9 8:00 27.6 12.2 66 0.7 1500 1.3 53 44.2 30 32 55.9 56.7 56.9 51.8 46.3

Tabel III.3 Turbine 1 Vacuum Condenser Log Sheet

waktu condenser

press (cm.Hg)

hot well temp (0C)

hot well level

CW. Temp (0C) positioner air press (kgF/cm2) liquid level controller

(kgF/cm2)

inlet outlet air

supply press

output press signal press air supply control press

9:00 60 45 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 10:00 60 45 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 11:00 60 44 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.7 12:00 61 45 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65


13:00 61 46 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 14:00 62 43 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 15:00 62 42 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 16:00 61 45 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 17:00 60 49 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 18:00 61 47 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 19:00 59 50 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.6 20:00 61 48 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 21:00 60 48 normal 30 36 2.6 1.3 0.65 1.5 0.65 22:00 59 49 normal 30 36 2.6 1.4 0.7 1.5 0.62 23:00 62 42 normal 28 35 2.6 1.5 0.75 1.5 0.7 0:00 62 39 normal 27 34 2.6 1.5 0.75 1.5 0.73 1:00 61 44 normal 28 35 2.6 1.4 0.68 1.5 0.65 2:00 62 45 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 3:00 62 45 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 4:00 62 42 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.66 5:00 62 43 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.68 6:00 62 45 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.65 7:00 62 42 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.66 8:00 62 43 normal 28 35 2.6 1.4 0.7 1.5 0.68

Tabel III.4 Turbine 1 Pumps Log Sheet

waktu

cooling water pump condensate pump vacuum pump suc. press

(cm.Hg)

disc. Press

(kgF/cm2)

current (A)

pump no.

suc. press (cm.Hg)

disc. Press (kgF/cm2)

pump no.

vacuum (cm.Hg)

pump no.

9:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 10:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 11:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 12:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 13:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 14:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 15:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 16:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 17:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 18:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 52 1 19:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 20:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 21:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 22:00 17 1.7 125 2 50 0.7 1 50 1 23:00 17 1.7 125 2 51 0.7 1 53 1 0:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 54 1 1:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 2:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 3:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 4:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 5:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 6:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 7:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1 8:00 15 1.7 125 2 50 0.7 1 53 1


Keterangan :

Exh. : exhaust Tbn : turbine

Lub. : lubrication Disc. : discharge

Brg : bearing Suc. : suction

CW : Cooling Water Gen : generator

Dapat dilihat dari beberapa tabel operasional turbin di atas, kondisi

parameter turbin 1 ketika beroperasi setiap jamnya. Naik turunnya beban yang

dipikul turbin 1 akan sangat mempengaruhi beberapa parameter salah satunya

adalah governor. Parameter governor ini dapat dilihat pada Tabel III.1 Daya per

Jam yaitu nilai actuator dalam persen (%). Misalkan untuk pukul 9.00 actuatornya

adalah 44 yang berarti untuk beban 1250 kW pada pukul 9.00 WIB valve

governor terbuka sebesar 44 % dalam memasukkan uap ke turbin atau dengan

kata lain, semakin besar beban yang dipikul turbin 1 maka valve governor akan

membuka semakin besar pula untuk memasukkan uap atau sebaliknya. Nilai

beban juga mempengaruhi nilai steam chest, di mana steam chest adalah nilai

tekanan uap yang diperlukan untuk beban generator yang sedang beroperasi. Nilai

steam chest ini berbanding lurus dengan nilai beban yang sedang dilayani oleh

generator turbin 1. Untuk perhitungan nilai steam chest dapat dilihat di bawah ini :

• dari tabel di atas untuk jam 09.00 WIB

- inlet steam press = 27.8 bar

- Maka untuk beban penuh 2400 kW,

Steam chest = inlet steam press = 27.8 bar

Untuk beban pukul 09.00 WIB, nilai steam chest-nya adalah :


)()(

)( kWgeneratordipikulyangbebankWpenuhbeban

barpenuhbebancheststeam×

Steam chest = 12502400

8.27×

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

= 14.199088 kgF/cm2

• Untuk jam 10.00 WIB

Inlet steam press = 27.7 bar

Steam chest = 12002400

7.27×

= 13.85 bar

= 13.58131 kgF/cm2

Demikian seterusnya nilai perhitungan steam chest untuk setiap beban

yang dipikul oleh turbin 1. Atau dengan kata lain nilai yang diperoleh melalui

perhitungan identik sama dengan nilai yang diperoleh di lapangan (nilai

pengukuran).

Ada beberapa parameter lain selain dari dua parameter yang sudah

diuraikan di atas yang sangat mempengaruhi kinerja dari turbin 1. Parameter-

parameter tersebut merupakan parameter yang benar-benar harus diperhatikan

agar turbin 1 tidak trip, antara lain adalah sebagai berikut :

1. nilai vakum, di mana vakum dijaga minimal 30 cmHg.

2. nilai exhaust steam minimal 10 cmHg

3. tekanan lub oil

4. vibrasi dari mesin turbin dan generator

5. suhu mesin tidak lebih dari 75 0C


6. over speed pada putaran 1750 rpm.

Dalam pengoperasiannya, turbin 1 hanya digunakan ketika beban puncak,

atau penggunaannya hanya berlangsung dalam beberapa jam saja di mana PLN

tidak mensuplai listriknya ke PT. Musim Mas yaitu beban yang seharusnya

dipikul PLN akan dipindahkan ke turbin 1. Setelah beberapa jam beban puncak

atau dengan kata lain PLN kembali mensuplai listriknya ke PT. Musim Mas, maka

beban PLN yang ada di turbin 1 dikembalikan ke PLN dan turbin 1 segera

dihentikan operasinya. Di dalam menghentikan turbin 1, ada beberapa prosedur

yang harus dilakukan antara lain adalah sebagai berikut :

1. mengurangi beban yang dipikul turbin 1 sampai 0 kW

2. setelah CB turbin 1 terbuka, maka hentikan turbin 1 melalui panel kontrol

turbin, dalam hal ini turbin 1 menggunakan panel control merek

Woodward 505 dengan menekan ”STOP” lalu “YES”. Maka secara

otomatis putaran turbin akan berkurang sampai 0 rpm.

3. mengaktifkan pompa oli Bantu (auxiliary oil pump), hal ini diperlukan

karena minyak adalah medium pendingin untuk menghilangkan panas

pada mesin turbin dan generator.

4. menutup valve utama uap dan memastikan uap tidak masuk ke turbin

selama turbin stop dan meg-off-kan hand trip pada turbin.

5. membuka semua valve drain untuk membuang air yang ada di turbin agar

turbin tidak mengandung air yang dapat menyebabkan turbin korosi.

6. memastikan semua motor pompa seperti pompa kondensat, vakum telah

stop kecuali pompa cooling tower, motor kipas cooling tower, pompa oli


bantu tetap dibiarkan beroperasi selama ± 30 menit untuk proses

pendinginan turbin dan generator.

1.2. Turbin 2

Turbin 2 adalah turbin tipe back pressure dengan daya maksimalnya

adalah sebesar 3200 kW. Turbin ini dirancang dengan jenis back pressure karena

uap keluarannya (exhaust steam) masih digunakan lagi untuk keperluan lain,

dalam hal ini digunakan untuk memanaskan bahan baku di beberapa plant-plant

lain di perusahaan ini. Sehingga dalam pengoperasiannya turbin ini harus

mengikuti nilai tekanan back pressure-nya melalui parameter seting BPV (Back

Pressure Valve) yaitu sebesar 3.5 bar. Back Pressure Valve (BPV) ini sudah

dilengkapi barometer elektronik untuk mengukur nilai tekanan yang ada di dalam

tangki back pressure dan diseting 3.5 bar yang berarti jika tekanan uap di tangki

melebihi setingan BPV maka BPV akan terbuka otomatis untuk membuang uap

dan menjaga tekanan di tangki back pressure tetap di antara 3.4-3.5 bar. Jika

tekanan di tangki turun di bawah 3.4 bar, maka beban di generator turbin 2 harus

ditambah sampai tekanan dapat terjaga berkisar di 3.4-3.5 bar tersebut.

G

gear box

main valvesteam boiler

BPV (3,5 bar)

bypass

turbin

governor

to plant

exhaust steamcontrol valve BPV

uap

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


Turbin 2 juga mempunyai beberapa parameter yang harus diperhatikan

ketika turbin ini beropearasi. Parameter-parameter tersebut dapat dilihat dari

tabel-tabel berikut ini.

Tabel III.5 Daya per Jam (13 Januari 2009)

waktu kuat arus (A) daya (kW)

Gov. Load Limit ×10 (%)

Tegangan (V)

frekuensi (Hz) pf R S T

9:00 980 980 1000 500 3.3 400 50 0.88 10:00 1000 950 1020 550 3.4 400 50 0.89 11:00 1020 930 1020 550 3.4 400 50 0.93 12:00 820 820 980 480 3.2 400 50 0.91 13:00 1050 1120 1100 550 3.4 400 50 0.88 14:00 1000 1020 1050 550 3.4 400 50 0.9 15:00 900 860 1000 500 3.3 400 50 0.91 16:00 900 900 950 450 3.3 400 50 0.89 17:00 950 950 1000 500 3.3 400 50 0.89 18:00 1000 1000 1100 600 3.5 400 50 0.91 19:00 1000 1000 1100 600 3.5 400 50 0.92 20:00 1050 1050 1150 650 3.6 400 50 0.92 21:00 1050 1050 1150 650 3.6 400 50 0.92 22:00 1000 1000 1100 600 3.5 400 50 0.91 23:00 1050 1050 1150 650 3.6 400 50 0.91 0:00 1000 1000 1100 600 3.4 400 50 0.9 1:00 1100 1100 1180 650 3.7 400 50 0.92 2:00 1100 1100 1170 650 3.6 400 50 0.92 3:00 1180 1160 1200 700 3.7 400 50 0.93 4:00 1100 1100 1180 700 3.8 400 50 0.94 5:00 1100 1100 1150 650 3.7 400 50 0.94 6:00 1180 1160 1200 700 3.7 400 50 0.93 7:00 1100 1100 1180 700 3.8 400 50 0.94 8:00 1100 1100 1150 650 3.7 400 50 0.94


waktu inlet steam control

oil press (bar)

gear box oil press (bar) exh. steam nozzle

press (bar)

flow (ton/h)

inlet oil to gear box temp (0C) temp

(0C) press (bar) gear 1 gear 2 temp

(0C) press (bar)

9:00 303 28 4.6 4.4 1.7 174 3.8 9 12.56 48 10:00 304 28 4.6 4.4 1.7 175 4 9.5 12.5 48 11:00 305 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 9.5 12.49 49 12:00 305 27.8 4.6 4.4 1.7 175 3.8 8.8 10.81 49 13:00 305 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 9.8 11.68 49 14:00 305 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 10 13.03 49 15:00 303 28 4.6 4.4 1.7 175 3.8 9 11.3 49 16:00 303 28 4.5 4.4 1.7 175 3.9 9 10.5 49 17:00 303 28 4.5 4.4 1.7 175 3.9 9 10 49


18:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 14.96 49 19:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11.5 14.7 49 20:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 3.9 11.5 14.71 49 21:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 14.48 49 22:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 14.03 47 23:00 303 27.5 4.5 4.4 1.7 175 4 11 15.32 47 0:00 303 27.5 4.5 4.4 1.65 175 3.9 11 14.98 46 1:00 303 27.5 4.6 4.4 1.65 175 3.9 12 14.28 47 2:00 300 27.5 4.6 4.4 1.65 175 3.9 11.5 14.5 47 3:00 300 27 4.6 4.4 1.65 175 3.9 12.1 14.7 47 4:00 303 27.5 4.6 4.4 1.65 175 4 12.5 14.46 47 5:00 303 27.3 4.5 4.4 1.65 175 4 12.5 14.4 47 6:00 300 27 4.6 4.4 1.65 175 3.9 12.1 14.7 47 7:00 303 27.5 4.6 4.4 1.65 175 4 12.5 14.46 47 8:00 303 27.3 4.5 4.4 1.65 175 4 12.5 14.4 47


waktu

gear box high speed shaft temp (0C)

gear box low speed shaft temp (0C)

oil cooler water

temp (0C) BPV (bar)

tbn brg oil press

(bar)

speed (rpm)

no. 1 no. 2 no. 1 No. 2 in out 9:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6917 10:00 62 67 58 53 31 33 3.4 1.5 6848 11:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6854 12:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6825 13:00 62 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6840 14:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6909 15:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6917 16:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6825 17:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6854 18:00 63 68 59 54 31 33 3.4 1.5 6825 19:00 63 68 59 54 31 33 3.5 1.5 6884 20:00 63 68 59 54 31 33 3.5 1.5 6825 21:00 63 68 59 54 31 33 3.5 1.5 6884 22:00 62 67 58 53 30 32 3.5 1.5 6913 23:00 62 67 58 53 30 32 3.5 1.5 6804 0:00 62 67 58 52 29 31 3.4 1.5 6854 1:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6880 2:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6825 3:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6884 4:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6917 5:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6910 6:00 62 67 58 52 30 32 3.4 1.5 6884 7:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6917 8:00 62 67 58 52 30 32 3.5 1.5 6910


Perubahan nilai beban pada Tabel III.5 di atas akan mempengaruhi nilai

gov. Limit Load (%). Gov. Limit Load adalah nilai membukanya governor untuk

memasukkan uap ke turbin untuk menghasilkan daya yang dibutuhkan. Semakin

besar nilai beban pembangkit, maka semakin besar nilai Gov. Limit Load.

Beberapa parameter lain yang berpengaruh terhadap perubahan beban adalah nilai

noozle dan flow pada Tabel III.6. Noozle pressure adalah nilai tekanan uap yang

dipakai untuk beban yang sedang dipikul oleh generator. Semakin tinggi nilai

beban generator maka akan semakin tinggi juga nilai noozle pressure untuk

melayani nilai beban tersebut. Flow adalah konsumsi uap untuk nilai beban yang

sedang dilayani oleh turbin tersebut. Semakin besar nilai beban yang sedang

dilayani oleh pembangkit, maka semakin banyak uap yang dipakai dalam satuan

ton/jam.

III.3 OPERASIONAL PLTD PT. Musim Mas KIM II Medan

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel atau yang lebih dikenal dengan Genset

(Generator Set) diesel di PT. Musim Mas KIM II Medan terdiri dari tujuh unit

dengan klasifikasi yang berbeda-beda. Ketujuh unit itu adalah sebagai berikut :

1. dua unit diesel SKL : 1000 rpm, generator excitasi 43 V 3.6 A, kelas

isolasi : H, pf : 0.8, 2250 kW.

2. satu unit diesel Caterpillar : 1500 rpm, generator excitasi 22 V, 5.8 A,

kelas isolasi : H, pf : 0.8, 400 V 1640 kW.

3. empat unit diesel MTU : 400 kW, 400 V.


Masing-masing unit diesel adalah sama untuk setiap bagian komponen

pendukung kerja mesin-mesin tersebut. Di bawah ini digambarkan skema diagram

mesin diesel yang dipakai di PT. Musim Mas KIM II Medan.


Gambar III.10 Skema Generator Diesel PT. Musim Mas KIM II Medan


Gambar III.10 di atas memperlihatkan skema generator diesel sebagai

suatu stasiun sistem pembangkit tenaga listrik di PT. Musim Mas KIM II Medan

yang terdiri dari beberapa bagian unit mesin, yaitu :

1. unit bahan bakar ;

bahan bakar dari tangki penimbun diteruskan ke tangki harian yang

dilakukan oleh pompa. Bahan bakar tersebut dilewatkan melalui saringan,

untuk menjaga agar tidak terjadi pencemaran dan lain sebagainya. Dari

tangki harian, melalui saringan dan pompa injeksi diteruskan ke mesin

untuk proses pembakaran.

2. unit pemasukan udara ;

kebutuhan udara tujuan kompresi pada masing-masing siklus, disuplai

melalui saringan untuk menjaga partikel-partikel abu tidak masuk ke

silinder.

3. unit pendingin mesin ;

untuk mendinginkan silinder mesin, air pendingin dilewatkan melalui

dinding silinder (jacket). Air pendingin yang dibutuhkan diusahakan bebas

dari kotoran, agar ruang pendinginan silinder tidak tersumbat. Untuk

tujuan ini, maka pada tangki pembuangan gelombang udara ditempatkan

suatu peralatan yang disebut hot well.

4. unit pelumasan ;

minyak pelumas dari tempat penampungan, oleh pompa dialirkan melalui

saringan (filter). Umumnya pelumas dalam keadaan panas bila mengalir

dari tempat penampungan. Bila minyak pelumas tidak dalam keadaan

panas, maka perlu dipanaskan sebelum minyak pelumas tersebut dialirkan


melalui filter. Minyak pelumas tersebut didinginkan pada heat exchanger

sebelum dikirim kembali ke mesin.

Dari ketujuh unit generator diesel yang dipakai di perusahaan ini, masing-

masing memiliki prosedur start yang berbeda-beda. Prosedur start untuk generator

diesel tersebut adalah sebagai berikut :

1. menjalankan dengan kompresi udara ;

udara bertekanan ± 20 kg / cm2 yang disuplai dari botol udara,

didistribusikan ke kutub hisap mesin. Pada mesin yang mempunyai

silinder yang banyak, udara kompresi dimasukkan ke dalam satu silinder

dan menekan piston sehingga mengakibatkan poros engkol (crank shaft)

berputar. Dengan mensuplai bahan bakar pada saat yang tepat dari siklus

yang terdapat pada mesin, maka mesin akan beroperasi. Generator diesel

yang menggunakan metode start ini adalah diesel dengan merek SKL 2

unit.

2. menjalankan dengan motor listrik ;

motor listrik mengerakkan roda gigi piston yang dikopel pada gigi yang

terdapat di sekeliling roda gila (fly wheel) mesin. Tenaga listrik yang

disuplai untuk motor, dibuat mampu untuk menggerakkan mesin. Setelah

mesin mulai berjalan, secara otomatis motor listrik terlepas (tidak terkopel

dengan roda gila). Metode seperti ini dipakai untuk diesel generator merek

MTU 4 unit dan Caterpillar 1 unit.


III.4 OPERASI PARALEL PEMBANGKIT PT. Musim Mas KIM II Medan

Pembangkit listrik di perusahaan ini ada dua jenis, yaitu pembangkit listrik

tenaga uap dan diesel. Kedua jenis pembangkit ini dirancang untuk operasi paralel

karena sudah dilengkapi dengan panel sinkron. Untuk melakukan operasi paralel

pasokan listrik ke beban dimulai dengan menghidupkan satu generator, kemudian

secara sedikit demi sedikit beban dimasukkan sampai dengan kemampuan

generator tersebut. Operasi sinkron yang dilakukan antara lain antara generator

uap dengan generator uap, generator uap dengan generator diesel, generator diesel

dengan generator diesel dan generator diesel dengan jaringan PLN. Keempat

operasi paralel tersebut memiliki prosedur yang sama di dalam melakukan operasi

paralel. Di dalam melakukan operasi paralel, setelah turbin sudah dalam kondisi

running atau siap untuk disinkronkan, maka yang harus diperhatikan adalah panel

sinkron. Berikut ini adalah gambar panel sinkron dan panel bus bar.

fastslow

synchronoscope

400

500600

300

100

400

500600

300

100

I

II

V

50 52 5347 48

Hz

50 52 5347 48

Hz

frekwensi meter

0

1

2

3

Synchrone Switch

Synchrone Lamp

Synchrone Kit


Gambar III.11 Panel Sinkron

1000

1500

2000

500

0

2500

kW2000

3000

0

4000

A2000

3000

0

4000

A2000

3000

0

4000

A

50 52 5347 48

Hz

frekwensi meter400

500600

300

100

1(-)

2(+)

Lower and upper frequency

0.91

0.9

0.8

0.7

0.6cos θ 0.70.8

0.6

off on

starter key switch

man autooff

V

BUS BAR TURBINE PANEL

Gambar III.12 Panel Bus Bar

Langkah-langkah melakukan sinkronisasi generator :

1. karena CB yang digunakan adalah tipe ACB (Air Circuit Breaker), maka

pompa terlebih dahulu (charger) dengan udara agar CB dapat menutup

pada saat generator sudah paralel terhadap jaringan.

2. aktifkan panel sinkron dengan memutar starter key switch ke arah on yang

terdapat di panel bus bar

3. arahkan synchrone switch ke posisi 2 di mana 2 adalah salah satu

penomoran dari bus bar generator yang akan disinkronkan ke jaringan.


4. karena sinkronisasi yang akan dilakukan adalah otomatis, maka atur posisi

selector switch man auto ke posisi auto agar CB bisa menutup secara

otomatis jika generator sudah sinkron.

5. perhatikan panel sinkron terutama sinkronoskop. Jika arah jarum berputar

cepat ke arah tanda positif (+) maka frekuensi generator lebih tinggi dari

pada di jaringan, sedangkan jika berputar ke arah tanda negatif (-) maka

artinya frekuensi generator lebih rendah dari pada di jaringan. Usahakan

frekuensi generator yang akan diparalelkan lebih tinggi dari pada di

jaringan. Jika tidak, maka naikkan frekuensi generator dengan upper and

lower frequency switch dengan menggerakkan switch ini ke arah 2 (+),

maka frekuensi dan beban akan bertambah ke generator yang akan

diparalelkan, dan jika generator sudah sinkron dengan jaringan maka CB

akan menutup secara otomatis dan generator sudah masuk ke sistem

jaringan.

6. kembalikan switch-switch yang dipakai tadi ke posisi semula seperti

synchrone switch ke posisi 0, switch man auto ke posisi off, starter key

switch ke posisi off.

7. lakukan pembebanan ke generator disesuaikan dengan kapasitas mesin

tersebut.

Di dalam kondisi beban puncak, yaitu dari jam 18.30 sampai jam 22.30

maka turbin akan melakukan koordinasi dengan pembangkit diesel untuk

melakukan pemindahan beban dari PLN ke turbin atau dengan kata lain disebut

dengan istilah change power. Karena pada kondisi beban puncak, PLN akan

memutus dayanya untuk melayani pasokan listrik ke masyarakat dalam waktu


beberapa jam (sekitar jam 18.30 sampai jam 22.30) setelah itu PLN kembali lagi

memasok daya listriknya kembali ke perusahaan.

Dengan memperhatikan diagram satu garis pada gambar III.14, maka

dapat dilihat langkah-langkah untuk melakukan proses pemindahan beban (change

power) dari jaringan PLN ke jaringan turbin dengan perantaraan generator diesel :

1. Generator diesel dijalankan 2 unit yaitu SKL 1 dan SKL 2, kemudian

melakukan sinkronisasi terhadap generator uap (turbin).

2. generator diesel menarik beban sebesar 800 kW dari turbin melalui ACB

Turbin 5000 A.

3. setelah bus bar SKL terbebani 800 kW, maka ACB Turbin 5000 A dibuka

kemudian diesel SKL melakukan sinkronisasi ke jaringan PLN dengan

menutup coupler 2 SKL to PLN dan kemudian diesel SKL segera menarik

beban dari PLN (±1300 kW).

4. setelah diesel SKL terbebani dengan beban PLN (±1300 kW) ditambah

beban 800 kW yang dari turbin, maka diesel SKL melakukan sinkronisasi

dengan turbin dengan menutup kembali ACB turbin 5000 A (coupler 2

SKL to PLN dibuka kembali).

5. SKL melakukan pengiriman beban setiap 200 kW ke turbin sampai beban

di diesel SKL 0 kW.

6. setelah beban di diesel SKL terkirim semua ke turbin, maka diesel SKL

melepas sinkron dengan jaringan turbin dan turbin melakukan pembagian

beban agar setiap turbin memikul beban dengan seimbang sesuai dengan

kemampuan tiap-tiap turbin.

7. Setelah kondisi turbin aman, maka diesel SKL segera di-stop.


Gambar III.13 Diagram Satu Garis PT. Musim Mas

Gambar III.14 Diagram Satu Garis PT. Musim Mas (lanjutan)

Keterangan gambar :

1 : transformator 3000 kVA “SHINKO”

2 : turbin 1 2400 kW

3 : coupler turbin 1 ke turbin 2

4 : link MDP turbin ke MDP SKL

A : transformator 3000 kVA turbin

B : turbin 2 3200 kW

KE-1 : turbin 3 4 MW

KA-1 : link sub stasiun turbin ke sub stasiun SKL

KA-2 : turbin 4 10 MW

KA-3 : transformator 3000 kVA “SHINKO”

KA-4 : sub stasiun turbin 3

KA-5 : spare


KA-6 : sub stasiun alkohol plant

KA-7 : VT

KC-1 : incoming dari sub stasiun turbin

KC-2 : transformator 2000 kVA turbo compressor

KC-3 : transformator 4000 kVA utility

KC-4 : transformtor 4000 kVA plant

KB-1 : link sub stasiun SKL ke sub stasiun turbin

KB-2 : transformator 4000 kVA SKL

KB-3 : sub stasiun speciallity fats

KB-4 : transformator 3500 kVA turbin

KB-5 : VT

KD-1 : transformator 3500 kVA speciallity fats


BAB IV

PEMBEBANAN UNIT PEMBANGKIT

IV.1 BEBAN YANG DIPIKUL PEMBANGKIT

Jenis beban yang dipikul oleh pembangkit ada dua jenis yaitu beban statis

yang berupa pemanas dan lampu-lampu penerangan serta beban dinamis yang

berupa motor-motor listrik. Dalam setiap waktu, tiap-tiap pembangkit memikul

beban yang berbeda-beda setiap harinya. Berikut ini adalah contoh dari

karakteristik beban yang dipikul oleh pembangkit tanggal 19 November 2008.

Tabel VI.1 Karakteristik Beban Pembangkit PT. Musim Mas KIM II Medan

waktu (per jam)

beban turbin1-2.4MW (kW)

beban turbin2-3.2MW (kW)

pf

beban turbin4-10MW (kW)

pf

beban PLN-2MW (kW)

total beban turbin (kW)

beban turbin

+ PLN (kW)

09.00 1400 950 0.95 7200 0.91 900 9550 10450 10.00 450 750 0.91 8300 0.94 950 9500 10450 11.00 1500 900 0.95 7200 0.92 980 9600 10580 12.00 1300 800 0.93 7200 0.92 900 9300 12540 13.00 1250 750 0.92 7200 0.92 950 9200 10150 14.00 1200 900 0.92 7300 0.92 1000 9400 10400 15.00 1400 800 0.93 7300 0.92 900 9500 10400 16.00 1400 860 0.94 7300 0.92 1000 9560 10560 17.00 1150 900 0.92 7350 0.92 1000 9400 10400 18.00 1450 1080 0.95 8050 0.94 - 10580 10580 19.00 1700 1050 0.95 7950 0.93 - 10700 10700 20.00 1850 850 0.96 7950 0.93 - 10650 10650 21.00 1500 1000 0.95 8000 0.94 - 10500 10500 22.00 1650 950 0.95 7900 0.92 - 10500 10500 23.00 1350 830 0.94 7050 0.91 1100 9230 10330 24.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100 01.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100 02.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100 03.00 1250 850 0.93 7000 0.92 1000 9100 10100


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

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

09.00

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

19.00

20.00

21.00

22.00

23.00

24.00

01.00

02.00

03.00

04.00

05.00

06.00

07.00

08.00

waktu (per jam)

beba

n (k

W)

beban turbin 1 (kW) beban turbin 2 (kW)beban turbin 4 (kW) beban PLN (kW)

Grafik IV.1 Karakteristik Beban Setiap Pembangkit


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

09.00

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

19.00

20.00

21.00

22.00

23.00

24.00

01.00

02.00

03.00

04.00

05.00

06.00

07.00

08.00

waktu (per jam)

beba

n (k

W)

total beban (kW)

Grafik IV.2 Karakteristik Total Beban Pembangkit

Dilihat dari Tabel IV.1 dan gambar kedua grafik di atas, rata-rata beban

dari pukul 09.00 sampai 17.00 adalah 9445.556 kW dengan catatan beban PLN

±1100 kW berada di jaringan PLN. Kemudian pada pukul 17.30 adalah proses

pemindahan beban (change power) dari jaringan PLN ke jaringan turbin yaitu

memindahkan beban PLN ±1100 kW ke jaringan turbin karena PT. PLN Persero

melakukan pemutusan daya sekitar empat jam ( dari pukul 18.30-22.30) untuk

melayani beban puncak di masyarakat. Oleh karena itu pada pukul 18.00 beban

turbin bertambah sekitar ±1100 kW dari beban 9400 kW menjadi 10700 kW,

tetapi terlihat di tabel beban untuk pukul 18.00 adalah 10580 kW dikarenakan

pada jam tersebut adalah jam makan malam dan istirahat selama ±45 menit di

mana mesin-mesin sebagian di-stop, sehingga ada pengurangan daya sekitar

120 kW. Kemudian pada pukul 19.00, aktifitas pabrik kembali dilakukan dan

beban juga bertambah menjadi 10700 kW. Beban puncak terjadi dari pukul 18.00


sampai 22.00 dengan rata-rata beban sekitar ±10586 kW. Pada pukul 22.30, PT.

PLN Persero kembali memasok dayanya ke pabrik, sehingga dilakukan proses

pemindahan beban dari jaringan turbin ke jaringan PLN dengan perantaraan

generator diesel. Beban yang dipindahkan adalah sebesar ±1300 kW sehingga

beban turbin berkurang menjadi sekitar 9200 kW sampai 9230 kW. Pada pukul

24.00 sampai pukul 07.00 beban rendah dikarenakan aktifitas berkurang, dan pada

pukul 08.00 aktifitas pabrik kembali dimulai dan akan naik kembali seperti hari

sebelumnya.

IV.2 PEMBAGIAN BEBAN PEMBANGKIT

Dalam operasi paralel pembagian beban pembangkit listrik di PT. Musim

Mas KIM II Medan terutama generator uap, harus dilakukan dengan tujuan

penyesuaian terhadap kapasitas generator, jenis turbin dan pengaturan frekuensi.

Dari Gambar III.13 Bab III diagram satu garis PT. Musim Mas KIM II Medan,

generator uap dibagi dua kelompok pembangkit, yaitu kelompok pertama adalah

Turbin 1 dan Turbin 2, sedangkan kelompok kedua adalah Turbin 3 dan Turbin 4,

sehingga dalam operasionalnya beban dibagi ke dalam kedua kelompok

pembangkit tersebut. Untuk pembangkit kelompok 1 yaitu Turbin 1 dan Turbin 2,

pembagian beban di kelompok ini tergantung dengan Turbin 2 karena turbin ini

berbeban disesuaikan dengan tekanan BPV (Back Pressure Vessel), di mana

tekanan uap di tangki ini jika di bawah 3.0 bar, maka beban harus dinaikkan, atau

jika BPV sudah buang uap, maka beban Turbin 2 harus dikurangi sampai tangki


BPV tidak membuang uap lagi. Sisa beban Turbin 2, diberikan ke Turbin 1 atau

dipindahkan ke Turbin 4 atau Turbin 3 jika beroperasi.

Ada 2 jenis tipe pembebanan di PT. Musim Mas KIM II Medan yaitu tipe

Droop Load dan tipe Base Load. Tipe Droop Load yaitu pembangkit beroperasi

mengikuti perubahan beban di jaringan, sedangkan tipe Base Load yaitu

pembangkit beroperasi pada beban tertentu, di mana beban yang ditanggung

pembangkit tidak dapat naik turun tanpa dilakukan oleh operator. Untuk

pembangkit tipe Droop Load adalah Turbin 1 dan Turbin 4, sedangkan tipe Base

Load adalah Turbin 2 dan Turbin 3.

Secara matematis, pembagian beban untuk daya aktif, reaktif, semu dan

faktor daya sistem dari pembangkit generator uap dapat dilihat pada perhitungan

berikut ini :

Dari data beban turbin uap pada Tabel IV.1 dapat dilihat :

• Jam 09.00 WIB :

beban total (Pt) = 9550 kW

Ptbn4 = 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.91

Pt = Ptbn1,2 + Ptbn4

9550 = Ptbn1,2 + 7200

Ptbn1,2 = 9550 – 7200

= 2350 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95

Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕtbn4)

= 7200 tan (cos-1 0.91)

= 7200 tan 24.494

= 7200 × 0.4556


= 3280.32 kVAr

Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1ϕtbn1,2)

= 2350 tan (cos-1 0.95)

= 2350 tan 18.194

= 2350 × 0.3286

= 772.408 kVAr

Qt = Qtbn1,2 + Qtbn4

= 3280.32 + 772.408

= 4052.728 kVAr

S2 = P2 + Q2

= 95502 + 4052.7282

= 91202500 + 16424604.24

= 107627104.24

S = 24107627104.

= 10374.34 kVA

Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap pada jam

09.00 WIB adalah :

pf = SP

= 10374.34

9550

= 0.9205


cos φ = 0.9205P = 9550 kW

S = 10374.34 kVA

Q =

405

2.72

8 kV

Ar

Gambar IV.1 Segitiga Daya Generator Uap

19 November 2008 Jam 09.00 WIB

• Jam 10.00 WIB :


Ptbn4 = 8300 kW, cos ϕ = 0.94


9500 = Ptbn1,2 + 8300

Ptbn1,2 = 9500 – 8300

Ptbn1,2 = 1200 kW, cos ϕ = 0.91

Qtbn4 = Ptbn4 tan (cos-1ϕ)

= 8300 tan (cos-1 0.94)

= 8300 tan 19.948

= 8300 × 0.363

= 3012.5 kVAr

Qtbn1,2 = Ptbn1,2 tan (cos-1 ϕtbn1,2)

= 1200 tan (cos-1 0.91)

= 1200 tan 24.495

= 1200 × 0.45

= 546.73 kVAr



= 546.73 + 3012.5

= 3559.23 kVAr

S2 = P2 + Q2

= 95002 + 3559.232

= 90250000 + 12668118.1929

= 102918118.1929

S = 1929102918118.

= 10144.85 kVA


10.00 WIB adalah :

pf = SP

= 10144.85

9500

= 0.936

cos φ = 0.936P = 9500 kW

10144.85 kVA

Q =

355

9.23

kV

Ar



• Jam 11.00 WIB :



Ptbn4 = 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.92


9600 = Ptbn1,2 + 7200

Ptbn1,2 = 9600 – 7200

= 2400 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95


= 7200 tan (cos-1 0.92)

= 7200 tan 23.074

= 7200 × 0.4259

= 3067.187 kVAr


= 2400 tan (cos-1 0.95)

= 2400 tan 18.194

= 2400 × 0.3286

= 788.64 kVAr


= 788.64 + 3067.187

= 3855.827 kVAr

S2 = P2 + Q2

= 96002 + 3855.8272

= 92160000 + 14867401.853929

= 107027401.85

S = 85107027401.


= 10345.405 kVA


11.00 WIB adalah :

pf = SP

= 10345.405

9600

= 0.9279

cos φ = 0.9279P = 9600 kW

10345.405 kVAQ

= 3

855.

827

kV

Ar



• Jam 12.00 WIB :


Ptbn4 = 7200 kW, cos ϕtbn4 = 0.92


9300 = Ptbn1,2 + 7200

Ptbn1,2 = 9300 – 7200

= 2100 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.93



= 7200 tan (cos-1 0.92)

= 7200 tan 23.074

= 7200 × 0.4259

= 3067.187 kVAr


= 2100 tan (cos-1 0.93)

= 2100 tan 21.56

= 2100 × 0.395

= 829.973 kVAr


= 829.973 + 3067.187

= 3897.16 kVAr

S2 = P2 + Q2

= 93002 + 3897.162

= 86490000 + 15187856.0656

= 101677856.0656

S = 0656101677856.

= 10083.54 kVA


12.00 WIB adalah :

pf = SP

= 10083.54

9300

= 0.9223


cos φ = 0.9223P = 9300 kW

10083.54 kVA

Q =

389

7.16

kV

Ar



• Beban puncak jam 19.00 WIB :


Ptbn4 = 7950 kW, cos ϕtbn4 = 0.93


10700 = Ptbn1,2 + 7950

Ptbn1,2 = 10700 – 7950

= 2750 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.95


= 7950 tan (cos-1 0.93)

= 7950 tan 21.565

= 7950 × 0.395

= 3142.041 kVAr


= 2750 tan (cos-1 0.95)

= 2750 tan 18.195

= 2750 × 0.3287


= 903.881 kVAr


= 903.881 + 3142.041

= 4045.922 kVAr

S2 = P2 + Q2

= 107002 + 4045.9222

= 114490000 + 16369484.83

= 130859484.83

S = 83130859484.

= 11439.38 kVA

Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap untuk

beban puncak jam 19.00 WIB adalah :

pf = SP

= 11439.38

10700

= 0.935

cos φ = 0.935P = 10700 kW

11439.38 kVA

Q =

404

5.92

2 kV

Ar


19 November 2008 Beban Puncak Jam 19.00 WIB

• Beban puncak jam 07.00 WIB :



Ptbn4 = 6950 kW, cos ϕtbn4 = 0.91


8850 = Ptbn1,2 + 6950

Ptbn1,2 = 8850 – 6950

= 1900 kW, cos ϕtbn1,2 = 0.92


= 6950 tan (cos-1 0.91)

= 6950 tan 24.495

= 6950 × 0.4556

Qtbn4 = 3166.51 kVAr


= 1900 tan (cos-1 0.92)

= 1900 tan 23.074

= 1900 × 0.426

= 809.396 kVAr


= 809.396 + 3166.51

= 3975.906 kVAr

S2 = P2 + Q2

= 88502 + 3975.9062

= 78322500 + 15807828.52

= 94130328.52

S = 294130328.5


= 9702.08 kVA

Maka didapat faktor daya dari sistem pembangkit generator uap untuk

beban puncak jam 07.00 WIB adalah :

pf = SP

= 9702.08

8850

= 0.912

cos φ = 0.912P = 8850 kW

11439.38 kVAQ

= 3

975.

906

kVA

r



IV.3 BIAYA OPERASIONAL PLTU PT. MUSIM MAS KIM II MEDAN

Biaya operasional PLTU di PT. Musim Mas KIM II Medan meliputi biaya

perawatan dan perbaikan, spare part, dan bahan bakar. Dari ketiga biaya tersebut,

pada umumnya yang merupakan biaya terbesar dalam operasional adalah biaya

bahan bakar. Bahan bakar yang dipakai untuk PLTU ini adalah cangkang kelapa

sawit. Pada sub bab ini akan dilakukan perhitungan terhadap pemakaian bahan

bakar selama satu hari operasional untuk tanggal 19 November 2008 sesuai

dengan data yang sudah diperoleh dari lapangan.

Pada Bab III Gambar III.1 Blok Diagram Alir Uap dan Air PT. Musim

Mas dapat dilihat sistem pembangkit generator uap yang dipakai di perusahaan


ini. Boiler yang digunakan ada empat unit dengan kapasitas yang berbeda-beda.

Masing-masing boiler tersebut adalah Boiler Cangkang 1 (BC-1) berkapasitas 32

ton uap / jam, Boiler Cangkang 2 (BC-2) dan Boiler Cangkang 3 (BC-3)

berkapasitas sama yaitu 45 ton uap / jam, dan Boiler Cangkang 4 (BC-4)

berkapasitas 55 ton uap / jam. Untuk tanggal 19 November 2008, boiler yang

beroperasi ada 3 unit yaitu BC-2, BC-3 dan BC-4. Artinya kapasitas uap kering

yang tersedia untuk Turbin 1 dan 2 adalah 90 ton uap / jam, sedangkan kapasitas

uap kering yang tersedia dari BC-4 ke Turbin 4 adalah 55 ton uap / jam. Data dari

perusahaan didapat bahwa BC-1,2,3 memerlukan 195 kg cangkang kelapa sawit

untuk menghasilkan 1 ton uap kering, sedangkan untuk BC-4 memerlukan 230 kg

cangkang kelapa sawit untuk menghasilkan 1 ton uap kering. Di bawah ini

ditunjukkan perhitungan konsumsi bahan bakar untuk setiap generator uap yang

beroperasi tanggal 19 November 2008 yang lalu.

• Turbin 2

Tabel VI.2 Konsumsi Uap Turbin 2 Per Jam

waktu

(per jam)

beban turbin2-

3.2MW (kW)

konsumsi uap (ton/jam)

09.00 950 16.25

10.00 750 14.60

11.00 900 16.05

12.00 800 15.00

13.00 750 14.58

14.00 900 15.95

15.00 800 15.02

16.00 860 15.75

17.00 900 16.07

18.00 1080 17.75

19.00 1050 17.45


20.00 850 15.60

21.00 1000 17.01

22.00 950 16.48

23.00 830 15.38

24.00 850 15.60

01.00 850 15.65

02.00 850 15.63

03.00 850 15.71

04.00 850 15.58

05.00 850 15.61

06.00 850 15.63

07.00 700 14.46

08.00 800 15.03

Jumlah : 18220 kWh

377.84 tonh

Lama beroperasi = 24 jam

Energi listrik yang dihasilkan = 18220 kWh

Jumlah uap yang dikonsumsi = 377.84 tonh

Turbin 2 mengkonsumsi uap dari BC-2 dan 3,

1 ton uap = 195 kg cangkang,

maka untuk 377.84 ton uap = 377.84 × 195

= 73678.8 kg cangkang kelapa sawit

Atau dengan kata lain, untuk setiap 1 kWh

= jamxselamalistrikenergijamxselamauapkonsumsi

= 18220

84.377

= 0.0207 ton uap kering


Maka untuk 1 kWh = 20.7 kg uap kering.

Data di lapangan diperoleh :

1 ton uap kering = 195 kg cangkang kelapa sawit

Maka, untuk 0.0207 ton uap kering adalah

= 0.0207 × 195

Maka untuk 1 kWh = 4.04 kg cangkang kelapa sawit

∴untuk tanggal 19 November 2008, Turbin 2 mengkonsumsi bahan bakar

cangkang kelapa sawit sebanyak 73.7 ton dengan konsumsi uap kering

adalah 20.7 kg / kWh atau membutuhkan cangkang kelapa sawit sebesar

4.04 kg / kWh.

Biaya cangkang kelapa sawit = Rp 400 / kg, maka biaya bahan bakar

Turbin 2 untuk tanggal 19 November 2008 adalah :

73678.8 kg × Rp 400 = Rp 29.471.520

• Turbin 4

Tabel VI.3 Konsumsi Uap Turbin 4 Per Jam

waktu

(per jam)

beban turbin4-

10MW (kW)

konsumsi uap (ton/jam)

09.00 7200

33.84

10.00 8300

39.13

11.00 7200

33.75

12.00 7200

33.82

13.00 7200

33.85

14.00 7300

34.31

15.00 7300

34.32

16.00 7300

34.29

17.00 7350

34.55

18.00 8050

37.84

19.00 7950

37.37


20.00 7950

37.36

21.00 8000

37.65

22.00 7900

37.15

23.00 7050

33.14

24.00 7000

32.95

01.00 7000

32.93

02.00 7000

32.91

03.00 7000

32.94

04.00 7070

33.22

05.00 7040

33.09

06.00 7070

33.26

07.00 6950

32.67

08.00 7030

33.04

Jumlah :

176410

kWh

829.38

tonh

Data dari perusahaan diperoleh untuk 1 MW membutuhkan 4.7 ton uap kering.

Lama beroperasi = 24 jam

Energi listrik yang dihasilkan = 176410 kWh

Jumlah uap yang dikonsumsi = 829.38 tonh

Turbin 4 mengkonsumsi uap dari BC-4,

1 ton uap = 230 kg cangkang kelapa sawit,

maka untuk 829.38 ton uap = 829.38 × 230

= 190.7574 ton

= 190757.4 kg cangkang kelapa sawit

Atau dengan kata lain, untuk setiap 1 kWh

= jamxselamalistrikenergijamxselamauapkonsumsi


= 176410829.38

= 0.0047 ton uap kering

Maka untuk 1 kWh = 4.701 kg uap kering.

Data di lapangan diperoleh :

1 ton uap kering = 230 kg cangkang kelapa sawit

Maka, untuk 0.0047 ton uap kering adalah

= 0.0047 × 230

Maka untuk 1 kWh = 1.081 kg cangkang kelapa sawit

∴untuk tanggal 19 November 2008, Turbin 4 mengkonsumsi bahan bakar

cangkang kelapa sawit sebanyak 190.7574 ton.

Biaya cangkang kelapa sawit = Rp 400 / kg, maka biaya bahan bakar

Turbin 4 untuk tanggal 19 November 2008 adalah :

190757.4 kg × Rp 400 = Rp 76.302.960

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Berdasarkan uraian dan pengamatan terhadap Studi Pembangkit Tenaga

Uap dan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut :

1. operasi paralel kedua jenis pembangkit di dalam prakteknya sedikit

berbeda dengan teori yang dipelajari, di mana pada saat sinkronisasi


frekuensi generator yang akan diparalelkan harus sedikit lebih tinggi dari

frekuensi jaringan.

2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap tipe kondensing mengkonsumsi bahan

bakar lebih sedikit dari pada Pembangkit Listrik tenaga Uap tipe back

pressure.

3. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel merupakan pembangkit cadangan

apabila terjadi kekurangan daya dan juga digunakan untuk melakukan

pemindahan beban dari jaringan PLN ke jaringan turbin dan sebaliknya.

V.2 SARAN

Dari studi koordinasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap dan Pembangkit

Listrik Tenaga Diesel Aplikasi PT. Musim Mas Medan, penulis ingin

menyampaikan beberapa saran sebagai berikut :

1. Perlu dilakukan pengecekan atau up grade terhadap boiler agar dapat

menghasilkan tekanan uap yang benar-benar maksimal sehingga masing-

masing generator dapat beroperasi secara maksimal dalam memberikan

daya ke beban.

2. Atau untuk mendapatkan hasil tekanan dan konsumsi uap yang maksimal,

maka unit boiler untuk pembangkit harus dipisah dengan unit boiler yang

dipakai ke bagian proses produksi.

3. walaupun saat ini kapasitas pembangkit mampu untuk memenuhi

kebutuhan beban, untuk ke depan perlu dilakukan penambahan


pembangkit atau up grade sistem pembangkit, karena pembangunan

beberapa plant yang masih terus berlangsung di perusahaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Abdul Kadir, Prof, Pembangkit Tenaga Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta,

1990

2. Djiteng Marsudi, Ir, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit Dan

Humas ISTN Bhumi Srengseng Indah, Jakarta, 1990.

3. Djiteng Marsudi, Ir, Pembangkitan Energi Listrik, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 2005.

4. Neno Suhana, Rangkaian Kontrol Genset Seri Teknik, Penerbit ITB,

Bandung, 2002.


5. P. Shlyakhin, Turbin Uap Teori Dan Rancangan, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1990.

6. Sumanto, MA, Drs, Mesin Sinkron, Penerbit Andi, Yogyakarta, 1996.

7. Werlin. S. Nainggolan, Teori Dan Penyelesaian Thermodinamika, Penerbit

Armico, Bandung, 1978.

8. Woodruff and Lammers, Steam Plant Operation, McGraw-Hill Book

Company, New York, 1984.

studi pembangkit listrik tenaga uap dan pembangkit listrik...

Documents