BAB IVReview Studi Kelayakan, Desain Dasar dan Penyiapan Dokumen LelangLAPORAN STUDI KELAYAKANPLTA Tara Bintang 2 x 5 MW, Kabupaten Humbang Hasundutan -Sumatera UtaraIV - 30BAB IV PENYUSUNAN DISAIN DASAR DATA TEKNIS PLTA TARA BINTANG Berdasarkan peletakan scheme PLTA, diperoleh data-data teknis sebagai berikut : Tabel 41 Data Teknis PLTA Tara Bintang NoUraianSatuanNilaiIUMUMNama sungaiAek RimanTipe pengembanganRun of RiverModel operasiOn GridGross headm52.27Net headm48.95Jarak ke jaringan PLNkmKapasitas renanakW2 x 5,000Energi tahunan terbangkitkanGWhIIHIDROLOGIa.Luas DASkm2284.0b.Debit desainm3/detik24.0c.Debit banjir (100 tahun)m3/detik864.6d.Hujan bulanan rata-ratammIIIDATA KOMPONEN SIPIL1Bendunga.Lebar bendungm230.0b.Tinggi bendungm15.0c.Elevasi mercu+ 243.00d.Elevasi dasar bendung+ 228.00e.Tipe peredam energiUSBRf.Elevasi dinding bendungg.Lebar pintu pengurasm2.00h.Jumlah pintu pengurasbh32Intakea.Lebar pintum1.50b.Jumlah pintubh53Kantong Lumpura.Lebar m13.0b.Panjangm104.0c.Lebar pintu pengurasm2.00d.Jumlah pintu pengurasbh24Saluran Pembawaa.Lebar dasarm2.90b.Tinggi muka airm4.30c.Panjang saluranm1,892.39d.Kemiringan dasar saluran0.001e.Bentuk saluranUf.Tinggi jagaanm0.505Kolam Penenanga.Lebarm15.0b.Panjangm53.0c.Lebar pintu pengurasm1.50d.Jumlah pintu pengurasbh26Tail Racea.Lebarm5.0b.Tinggi airm1.607Gedung Sentrala.Panjangm35.0b.Lebarm21.0c.Jenis KonstruksiBaja dan beton bertulang8Jalan Masuka.Jalan masukPanjang m1117.23Lebarm3.0Lebar bahum2 x 0.5Jenis perkerasanLPB dan LPAb.Jalan inspeksiPanjang m2205.38Lebarm3.00Jenis perkerasanLPBIVDATA KOMPONEN MEKANIKAL - ELEKTRIKAL1Turbima.JenisFrancis Horisontalb.Jumlahunit2c.Debit desainm3/det24.0d.Efisiensi turbin%92.5e.Putaran normalRpm428.57f.Run away speedRpm834.0g.Output daya / unitkW5,3302Generatora.KapasitaskVA6,500b.Efisiensi%95c.Putaran normalRpm428.57d.TeganganV6.6e.FrekuensiHz503Transformator Utamaa.KapasitaskVA7.000b.Nominal High VoltagekV20c.Nominal Low VoltagekV6.6d.Vector GroupYnd5e.Type CoolingOnan4Penstocka.MaterialStailes stleel ST 37b.Diametermm2.20c.Tebalmm12d.Panjang totalm590.297BANGUNAN SIPIL UTAMA Bangunan sipil utama PLTA dibedakan atas bangunan yang dirancang berdasarkan debit rencana turbin dan bangunan yang dirancang berdasarkan debit banjir rencana dengan periode ulang 100 tahunan. Bangunan yang dirancang berdasarkan debit banjir rencana 100 tahunan adalah bendung, pelimpah dan pintu penguras. Sedangkan bangunan yang dirancang berdasarkan debit rencana turbin adalah pintu pengambilan, saluran pembawa, kolam pengendap pasir, saluran penghantar, bak penenang, pipa pesat, gedung sentral dan saluran pembuang. Pada optimasi ini telah didapatkan bahwa : Debit yang optimal adalah debit rencana yang digunakan sebesar 20.0 m3/det dengan probabilitas 53.3 %. Debit banjir yang digunakan sebagai dasar perancangan bendung, dan pelimpah adalah debit banjir dengan periode ulang 100 tahunan, yaitu sebesar 864.6 m3/det. Ini akan menjadi dasar pertimbangan dalam penyusunan disain dasar yang akan diuraikan selanjutnya Bendung Tipe bendung yang dipilih adalah tipe bendung pelimpah pasangan batu dengan lapisan beton. Bagian bendung yang harus direncanakan adalah mercu bendung, pintu pembilas, peredam energi (kolam olakan), tanggul pelindung, tembok pangkal (abutment) dan bangunan pengambilan.. Dengan mempertimbangkan factor ekonomis, topografi dan geologi, konstruksi bendung digunakan beton siklop dengan selimut beton bertulang setebal 0.30 m. Untuk dapat mencapai tinggi jatuh yang direncanakan pada bak penenang, maka tinggi bendung direncanakan setinggi 15.0 m.Lebar Bendung Lebar bendung adalah jarak antara kedua pangkal bendung (abutment). Lebar bendung sebaiknya diambil sama dengan lebar rata-rata sungai dengan lebar maksimum tidak lebih dari 1,2 kali lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil. Di bagian hilir ruas sungai, lebar rata-rata ini dapat diambil pada debit penuh (bankfull discharge). Sedangkan pada bagian hulu sungai atau daerah pegunungan/dataran tinggi, sering kesulitan untuk menentukan debit penuh ini. Untuk hal ini dapat diambil muka air banjir tahunan sebagai patokan lebar rata-rata. Berdasarkan hasil pengamatan di lapangan, direncanakan lebar total bendung 230.0 m.Lebar Efektif Bendung Karena adanya pintu pembilas dan pilar, maka lebar bendung yang dapat mengalirkan banjir secara efektif jadi berkurang, disebut lebar efektif (Bef). Untuk menentukan panjang mercu bendung efektif (Bef) dapat di hitung dengan menggunakan rumus:Bef=Bn - 20% bp - bplDi mana :Bef=Panjang efektif mercu bendung, mBn=Panjang bendung bruto, mbp=Lebar pintu pembilas, mbpl=Jumlah pilar pembilas, bhBendung PLTA Tara Bintang dilengkapi dengan pintu pembilas (Bp) sebanyak 3 buah dengan lebar 2.0 m dan 3 buah pilar pembilas (Bpl) dengan lebar 1,2 m.Perhitungan :Bef=Bn - 20% bp - bpl=230.0 (0.2 x 2.0 x 3) (1.20 x 3) =225.20 mDari hasil perhitungan diatas, lebar effektif bendung = 225.20 m. Mercu Bendung Bentuk mercu bendung suatu pelimpah sangat menentukan kemampuannya dalam melewatkan debit banjir dan ketahanannya, terutama terhadap bahaya kavitasi. Di Indonesia pada umumnya perencanaan bendung menggunakan mercu Tipe Ogee dan Tipe Bulat. Kedua bentuk mercu tersebut dapat digunakan baik untuk konstruksi beton maupun pasangan batu kali. Kemiringan maksimum bidang hilir adalah 1 : 1, sedangkan bidang hulu dapat dibuat vertikal atau miring sampai 3 : 1. Agar diperoleh harga koefisien debit yang lebih tinggi, maka mercu bendung PLTA Tara Bintang direncanakan dengan tipe bulat dengan jari-jari (r) sebesar 4.0 mTinggi Muka Air BanjirBentuk pengontrol mercu bendung adalah berbentuk segi empat dengan rumus yang digunakan adalah :Q=Cd x 2/3 x (2/3 x g) x Bef x H11,5Dimana :Q=Debit banjir rencana, m3/detCd=Koefisien debit (Cd = C0 x C1 x C2)g=Percepatan gravitasi, m/det2 Beff=Panjang efektif mercu, mH1=Tinggi energi diatas mercu, mP=Tinggi mercu bendung, mr=Jari-jari mercu bendung, mKoefisien Cd di dapat dari grafik-grafik, dimana :C0 yang merupakan fungsi dari H1 / r (lihat Gambar 4.1)C1 yang merupakan fungsi dari P / H1 (lihat Gambar 4.2)C2 yang merupakan fungsi dari P / H1 dan kemiringan muka hulu mercu bendung. (lihat Gambar 4.3)Gambar 41 Harga-harga Koefisien C0 untuk Bendung Ambang Bulat Sebagai Fungsi Perbandingan H1 / r Gambar 42 Koefisien C1 sebagai Fungsi Perbandingan P / H1Gambar 43 Harga-harga Koefisien C2 sebagai Fungsi Perbandingan P/H1Perhitungan :H1=Q / Cd x 2/3 x (2/3 x g) x Bef2/3 =864.6 / 0.98 x 2/3 x (2/3 x 9.81) x 225.22/3=1.70 mDari hasil perhitungan diatas, tinggi muka air banjir diatas mercu bendung dengan debit banjir rencana perioda ulang 100 tahun, didapat H = 1.70 mPeredam Energi Dalam memilih tipe bangunan peredam energi sangat bergantung kepada berbagai faktor antara lain : Tinggi pembendungan Lebar bentang effektif Keadaan geoteknik tanah dasar Jenis sedimen yang terbawa aliran sungai Kemungkinan degradasi dasar sungai yang akan terjadi di hilir bendung Keadaan aliran yang terjadi di bangungan peredam energi seperti aliran tidak sempurna/tenggelam, loncatan aliran yang lebih rendah atau lebih tinggi atau sama dengan kedalaman muka air hilir. Untuk meredam energi pada hilir bendung perlu dibuat suatu kolam olakan. Ada beberapa macam peredam energi yang ada antara lain : Tipe USBR, Tipe Bak Tenggelam, Tipe Vlugter Tipe kolam olak yang akan direncanakan dibagian hilir bendung bergantung pada energi air yang masuk, yang dinyatakan dengan bilangan Froude dan bahan konstruksi kolam olak tersebut.Berdasarkan bilangan Froude, pengelompokan dalam perencanaan kolam olak adalah sebagai berikut :Untuk Fr 1.7, tidak diperlukan kolam olak; pada saluran tanah bagian hilirnya harus dilindungi dari bahaya erosi; saluran pasangan batu atau beton tidak memerlukan lindungan khusus.Bila 1.7 < Fr 2.5, maka kolam olak diperlukan untuk meredam energi secara efektif. Pada umumnya kolam olak dengan ambang ujung mampu bekerja dengan baikBila 2.5 < Fr 4.5 maka akan timbul situasi yang paling sulit dalam memilih kolam olak yang tepat. Loncatan air tidak terbentuk dengan baik dan menimbulkan gelombang sampai jarak yang jauh. Cara mengatasinya adalah mengusahakan agar kolam olak untuk bilangan Froude ini mempu menimbulkan olakan (turbulensi) yang tinggi dengan blok haling atau menambah intensitas pusaran dengan pemasangan blok depan kolam. Bila Fr 4.5 ini merupakan kolam yang paling ekonomis karena kolam ini pendek. Tipe in termasuk kolam olak USBR tipe III yang dilengkapi dengan blok depan dan blok halangUntuk mendapatkan besarnya bilangan Froude, dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :Fr=v / g x yDimana :q=Q / Beff=864.6 / 225.22=3.84vu=q / yu=3.84 / 0.202=19.0Fr=vu / g x yu Nilai yu berasal dari Tabel=19.0 / (9.81 x 0.202)=13.497Berdasarkan hasil perhitungan diatas, tipe kolam olak yang digunakan adalah tipe USBR IV. Panjang kolam olak dapat digunakan rumus sebagai berikut :Dimana :L=2 x 0.202 x (1 + 8 x 13.4970.5 1)=15.0 mBangunan Pembilas Bangunan pembilas berfungsi untuk mencegah tertumpuknya material (lumpur, kerikil dsb) di depan pintu pengambilan. Secara periodik pintu pembilas dibuka untuk membersihkan tumpukan material, sehingga ruang aliran didepan pintu pengambilan selalu terjaga kebersihannya. Untuk menentukan lebar pintu pembilas bendung digunakan rumus sebagai berikut :Bsc=0.60 x lebar total pengambilan.intakeDimana :Lebar pintu intake=1,50mJumlah pintu intake=5bhLebar pilar intake=0,90mJumlah pilar intake=4bhSehingga :Bsc=0.60 x (1.5 x 5 + 0.90 x 4)=8.10 mDari rumus diatas didapat bahwa lebar pintu pembilas bendung 2.0 m dengan jumlah 3 buah dan lebar pilar pembilas 1.2 m dengan jumlah 3 buah.Lantai Hulu (Apron)Lantai hulu direncanakan untuk mengetahui stabilitas bendung terhadap erosi bawah tanah dan bahaya runtuh akibat naiknya dasar galian atau rekahnya pangkal hilir bendung.Metoda empiris yang digunakan untuk menentukan besarnya rembesan pada bagian bawah bendung, digunakan Metoda Lane.Rumus yang digunakan adalah :LV + 1/3 LHCL=HDimana :CL=Angka rembesan Lane (lihat Tabel 4-2)LV=Jumlah panjang rembesan vertical, mLH=Jumlah panjang rembesan horizontal, mH= Beda tinggi muka air, mTabel 42Harga-harga Minimum Angka Rembesan LaneNoJenis TanahAngka Rembesan Lane1Pasir sangat halus atau lanau8.52Pasir halus7.03Pasir sedang6,04Pasir kasar5.05Kerikil halus4.06Kerikil sedang3.57Kerikil kasar termasuk berangkal3.08Bongkah dengan sedikit berangkal dan kerikil2.59Lembung lunak3,010Lempung sedang2.011Lempung keras1.812Lempung sangat keras1.6Sumber:Kriteria Perencanaan (KP) 02 Bendung, Direktorat Jenderal Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum, 1986Perhitungan dilakukan pada :Kondisi muka air normalKondisi banjirBerdasarkan hasil perhitungan, panjang lantai muka (apron) adalah 20.0 m. Bangunan Pengambilan (Intake)Dimensi Bangunan PengambilanBangunan pengambilan (intake) berfungsi untuk menyadap air sungai (yang telah dibendung) sesuai dengan kebutuhan debit dan menghindarkan sediment dasar dan sampah masuk ke saluran. Kecepatan aliran pada pintu pengambilan dibuat sedemikian rupa sehingga material berbutir kasar tidak ikut tersadap dan tidak terjadi endapan. Untuk menentukan perkiraan kecepatan aliran pada intake tersebut, dapat digunakan rumus berikut. v2 32 (h / d)1/3 x d Dimana :v=Kecepatan rata-rata (m/dt)h=Kedalaman air (m)d=Diameter butir (m)Dalam kondisi umum, rumus tersebut dapat disederhanakan menjadi ; 10 d1/2 Dalam perencanaan normal dapat diambil kecepatan rata-rata antara 1,00 - 2,00 m/dt untuk dapat membatasi butiran-butiran berdiameter 0,01 - 0,04 m agar tidak ikut tersadap. Dimensi bangunan intake direncanakan dengan kapasitas 120 % dari debit rencana. Hal ini dilakukan untuk membuat fleksibilitas dan agar dapat memenuhi kemungkinan meningkatnya kebutuhan pengambilan selama umur proyek. Berdasarkan hasil perhitungan debit andalan sungai Aek Riman, debit rencana (Qn) PLTM Tara Bintang ditetapkan sebesar 24 m3/detik. Sehingga besarnya debit pengambilan PLTA Tara Bintang adalah 1.2 x Qn = 1.2 x 24.0 = 28.8 m3/detik. Besarnya debit ini juga digunakan untuk pembilasan kantong lumpur.Kecepatan aliran rencana di pintu intake diambil sebesar 1.0 m/detik, sehingga :A=Q / V=28.8 / 1=28.8 m2Pada intake ini, akan dilengkapi dengan trashrack yang berfungsi untuk mencegah sampah dan benda mengapung masuk ke waterway. Trashrack ini direncanakan terbuat dari plat baja dengan tebal 5 mm dan jarak bersih antar plat 10 mm.Tinggi air yang akan masuk ke intake setinggi 5.0 m dan lebar bukaan pintu adalah 1.50 m. Luas bersih trashrack pada satu bukaan pintu (a) adalah 6.02 m2, sehingga :Jumlah pintu =A / a=28.8 / 6.025 buah pintuJadi, intake direncanakan menggunakan 5 buah pintu dengan lebar 1.5 m dan tinggi 5.0 mSaluran Muka Yang dimaksud saluran muka adalah saluran mulai dari intake sampai dengan kantong pasir. Saluran ini direncanakan berbentuk segi empat dengan menggunakan konstruksi pasangan batu.Kapasitas debit saluran muka diambil 120 % kali debit rencana yaitu 1.2 x 24.0 = 28.8 m3/dt. Saluran muka direncakan berupa saluran terbuka. Untuk perhitungan penentuan dimensinya digunakan rumus Strickler, dengan rumus sebagai berikut : Q=V x AV=k x R2/3 x I1/2 Dimana : Q =Debit aliran (m3/dt) V=Kecepatan aliran (m/det)A=Luas penampang basah, m k =Koefisien kekasaran strickler R =Jari-jari hidraulis, A / P P=Keliling basahI =Kemiringan dasar saluran Dari rumus diatas, dimensi saluran muka adalah sebagai berikut :b=6.80 mh=4.30 mA=29.24 m2R=1.90 mi=0.00012n=0.017(saluran terbuat dari pasangan batu)m=0(saluran berbentuk segi empat)V=0.988 m/detikQ=28.89 m3/detikKantong Lumpur (Sandtrap)Bangunan ini berfungsi untuk mengendapkan pasir dan partikel sedimen yang terbawa masuk kedalam intake maupun waterway sehingga air yang akan masuk ke turbin menjadi relatif bersih.Untuk mencegah tumbuhnya vegetasi dalam kantong pasir maka kecepatan air dalam sandtrap tidak diizinkan < 0.03 m/detik.Direncanakan diameter sediment yang akan diendapkan 0.3 mm, maka berdasarkan grafik Shields maka kecepatan pengendapan sediment pada aliran tenang adalah 0.04 m/detik.Perioda pengurasan sediment direncanakan setiap 1 minggu.Untuk menentukan dimensi sandtrap, dilakukan perhitungan sebagai berikut :L x B=Q / wo=24.0 / 0.04=600 m2Sandtrap direncanakan dengan lebar (B) 13.0 m. Berdasarkan ketentuan, L / B > 8, maka untuk menentukan panjang sandtrap dihitung dengan menggunakan rumus :Volume=1.0 x B x L1 + 0.5 x (is - in) x L12 x B + 0.5 x 1.0 x L2 x BDimana :B=Lebar sandtrap, mL1=Panjang sandtrap, mis=Kemiringan dasar sandtrapin=Kemiringan permukaan sandtrap kondisi penuh lumpurL2=Panjang peralihan sandtrap, mPerhitungan :Volume=1.0 x B x L1 + 0.5 x (is - in) x L12 x B + 0.5 x 1.0 x L2 x B600=1.0x13.0xL1+0.5x(0.0011-0.000021)xL12x13.0+ 0.5x1.0x5.0x13.0Dengan cara coba-coba, didapat panjang sandtrap adalah :L1=104.0 mJadi dimensi sandtrap adalah : lebar = 13.0 m dan panjang 104.0 mSaluran Pembawa (Waterway)Waterway berfungsi menyalurkan air dari intake sampai ke headpond. Waterway pada PLTA Tara Bintang direncanakan berupa saluran terbuka (open channel) berbentuk kotak. Saluran ini direncanakan sepanjang 1,892.285 m untuk mampu menyalurkan debit rencana sebesar 24.0 m3/detik. Perhitungan dimensi waterway, digunakan Rumus Strickler :Q=V x AV=k x R2/3 x I1/2 Dimana :Q=Debit rencana, m3/detV=Kecepatan aliran, m/detA=Luas penampang basah, m2=b + (m x h) x hk=Koefisien kekasaran Manning R=Jari-jari hidrolis, m=A / b + 2h x (1 + m2)I=Kemiringan waterway.Kecepatan maksimum yang diijinkan (V) < 2 m/det karena waterway direncanakan terbuat dari pasangan batu.Berdasarkan kondisi dilapangan dan untuk mendapatkan desain yang optimum, maka direncanakan kemiringan waterway (i) adalah : i = 0,001.Dari hasil perhitungan dimensi waterway, didapat :Lebar dasar =2.90 mTinggi muka air=4.30 mKemiringan dasar saluran=0.001Kecepatan aliran=1.963 m/detik < 2 m/detikTinggi jagaan=0.50 mBak Penenang (Headpond) Headpond direncanakan untuk mendapatkan aliran yang stabil sebelum masuk ke pipa pesat (penstock).Pada headpond ini direncanakan terdapat 2 bangunan yang terintegrasi, yaitu bangunan pengendap pasir dan bak penenang.Seperti halnya sandtrap dekat intake, bangunan ini berfungsi untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran yang hanyut sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. Bangunan ini direncanakan dengan panjang 53.0 m dan lebar 15.0 m. Bangunan ini dibuat dari pasangan batu kali dengan plesteran semen pada bagian permukaan yang terjadi kontak langsung dengan air. Kolam pengendap ini dilengkapi dengan bangunan pelimpah samping (spillway) dan pintu penguras.Sedangkan bak penenang ini direncanakan dengan panjang 30.0 m, lebar 10.0 m dan kedalaman 11.00 m. Kolam ini dibuat dengan konstruksi beton. Bak penenang ini dilengkapi juga dengan trashrack yang berfungsi untuk mencegah benda-benda hanyut masuk ke pipa pesat.Pipa Pesat (Penstock)Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (head pond) ke rumah pembangkit. Perencanaan pipa pesat mencakup:Pemilihan materialPenentuan diameter Penentuan ketebalan Jenis sambunganPemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibilitas, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugi-rugi (friction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi.Pemilihan diameter penstock didasari oleh kondisi sebagai berikut :Pipa berdiameter besar memiliki head losses kecil, tetapi lebih berat, tebal dan mahal.Pipa dengan diameter kecil memiliki kehilangan energi yang besar karena friksi yang besar, tetapi beratnya lebih kecil, dan murah.Pertimbangan utama pemilihan diameter penstock PLTA Tara Bintang adalah tingkat keamanan. Untuk itu pemilihan diameter penstock memerlukan iterasi untuk mendapatkan kombinasi terbaik antara biaya dan keamanan. Kecepatan aliran yang diizinkan dalam penstock dengan pertimbangan tersebut adalah 2.4 - 3.5 m/detik.V= = = D= PLTA Tara Bintang menggunakan 2 buah penstock utama dengan diameter utama 2.2 m tebal 12 mm, direncanakan akan mengalirkan air dengan kecepatan 3.16 m/detik yang kemudian masuk ke masing-masing turbin tanpa adanya percabangan.Ketebalan penstock diperhitungkan terhadap pukulan air (water hammer) juga terhadap berat sendiri penstock dengan kondisi terisi air dan kondisi kemiringan lereng serta tinggi head yang akan mempengaruhi besarnya gaya-gaya baik statis maupun kinetis akibat aliran air.Belokan yang tajam pada penstock sebaiknya dihindari, selain akan mengurangi besarnya energi juga dapat menimbulkan gangguan pada aliran air di dalamnya yang pada akhirnya akan menimbulkan masalah terhadap konstruksi penstock itu sendiri.Persyaratan konstruksi pipa pesat, adalah : mampu menahan pengaruh temperatur, mampu menahan gempa sampai pada kondisi tertentu, mampu menahan efek water hammer, mudah dalam pelaksanaan. Untuk perhitungan ketebalan dan diameter penstock dapat dilihat pada Lampiran 4.2.6.Gedung Sentral (Power House)Power House merupakan titik pusat pembangkitan. Pada bangunan ini diletakan mekanikal elektrikal yang terdiri dari : turbin, transmisi mekanik, generator, panel kontrol, ballast load dan tempat peralatan/tools. Power house PLTA Tara Bintang terletak pada posisi 70 25 13 LS dan 1070 41 13 BT dan direncanakan berukuran 35.0 m x 21.0 m dengan 2 jenis konstruksi, yaitu : konstruksi beton bertulang pada bangunan yang terletak dibawah permukaan tanah dan konstruksi rangka baja pada bagian kolom, balok dan atap pada bangunan yang terletak diatas permukaan tanah. Dinding bangunan yang terletak diatas permukaan tanah terbuat dari pasangan bata merah yang diplester pada kedua sisinya. Sedangkan bagian bawah terhubung dengan saluran pembuangan ( tailrace ).Power house dilengkapi dengan penangkal petir, sistem proteksi (grounding), ruang kontrol, ruang administrasi, gudang, kamar mandi - WC, dan kamar istirahat.Tail RaceSaluran ini berfungsi sebagai saluran pembuangan air yang berasal dari tubin ke Sungai Aek Riman sebagai pembuang akhir. Saluran ini merupakan satu kesatuan dengan rumah pembangkit.Tail race direncanakan pada posisiKonstruksi saluran direncanakan terbuat dari pasangan batu kali dengan bagian atasnya akan dilapisi dengan plesteran.BANGUNAN SIPIL PENUNJANG Akses Jalan Masuk Access road ini berfungsi sebagai prasarana transportasi bagi kegiatan di PLTA Tara Bintang. Perencanaan jalan ini terdiri dari dua bagian yaitu jalan masuk lokasi dan jalan inspeksi dengan total sepanjang 3,322.61 m.Jalan masuk lokasi dan jalan inspeksi tersebut direncanakan selebar 3.0 m sebagai lapisan perkerasan dengan bahu jalan selebar 0.5 m x 2 sisi. Pada bagian kiri dan kanan luar dari bahu jalan ini akan dilengkapi dengan saluran drainase selebar 0.5 m. Jenis konstruksi lapisan perkerasan jalan direncanakan terdiri dari 2 ( dua ) lapisan, yaitu konstruksi Lapisan Pondasi Bawah (LPB) setebal 20.0 cm dan Lapisan Pondasi Atas (LPA) setebal 7.0 cm yang terletak di atas LPB. Sedangkan saluran drainase jalan direncanakan terbuat dari konstruksi pasangan batu. Pagar Lokasi Pemagaran lokasi bertujuan untuk memelihara bangunan-bangunan sipil dari gangguan-gangguan yang mungkin akan terjadi. Pemagaran dilakukan di daerah seperti daerah bendung, bak penenang, rumah operator dan gedung sentral. Adapun jenis pagar yang dipakai pada perencanaan ini ada 3 macam : 1.Pagar pipa besi 1 Dipakai di lokasi bendung. 2.Pagar BRC Dipakai di lokasi Power House 3.Pagar kawat berduri Instalasi Air Bersih Instalasi air bersih merupakan rangkaian pipa pembawa air dari instalasi air bersih bak penenang menuju panampungan air di rumah operator. Adapun pipa yang biasa dipakai adalah pipa PVC 2. Rumah Operator dan Kantor Fungsi dari rumah operator dan kantor adalah sebagai sarana tempat tinggal bagi operator berikut ruangan kantor untuk keperluan administrasi pengoperasian PLTA Tara Bintang. Adapun kriteria perencanaan rumah operator adalah sebagai berikut: Bangunan rumah operator dan kantor ditempatkan pada lokasi yang datar tidak jauh dari gedung sentral dan terhindar dari kemungkinan adanya gangguan lingkungan setempat. Bangunan terdiri dari 3 unit rumah operator dan 1 unit kantor yang secara keseluruhan ditempatkan bergandengan Masing-masing rumah operator terdiri dari 2 buah kamar tidur, 1 buah ruang tamu, 1 buah ruang makan, 1 buah kamar mandi, dan 1 buah dapur. Bangunan kantor terdiri dari 1 ruangan yang dilengkapi dengan 1 buah kamar mandi/wc. Rumah operator dilengkapi pagar pengaman dan sarana penyediaan air bersih. PEKERJJAAN ELEEKTRO MEEKANIKAL Turbin Perancangan dan pemilihan turbin PLTA dilakukan berdasarkan:Tinggi jatuhan air yang tersediaPerencanaan debit airDaya yang diharapkan sesuai debit dan head yang tersediaKecepatan putaran turbin yang akan diteruskan ke generatorTabel 43Daerah Operasi TurbinNoJenis TurbinVariasi Head (m)1Kaplan dan Propeler2 < H < 402Francis10 < H < 3503Pelton50 < H < 1,3004Crossflow3 < H < 2505Turgo50 < H < 250Diagram Pemilihan Jenis Turbin AirDengan memperhitungkan faktor-faktor tersebut, PLTA Tara Bintang direncanakan menggunakan turbin tipe Francis horisontal, untuk aplikasi tinggi jatuhan medium. Pemilihan poros horisontal karena diameter runner turbin Tara Bintang < 1.5 m dan lebih mudah dalam handling. Efisiensi turbin ini direncanakan berada di kisaran 92.5 %. Turbin Francis ini dipilih karena mampu menghadapi fluktuasi debit air, dengan debit minimum operasi sampai dengan 40% debit desain.Daya output turbin dihitung dengan rumus sebagai berikut :Pt = x g x Q x H x tDi mana :t=Efisiensi turbin Francis Q =Debit rencana (m3/det)H =Tinggi jatuh efektif (m )=Masa jenis air (kg/m3)g=Gravitasi bumi (m/det2)Jumlah turbin PLTA Tara Bintang direncanakan sebanyak 2 unit, masing-masing untuk debit sebesar 12 m3/detik. Dalam menentukan jumlah unit turbin yang akan digunakan PLTA Tara Bintang, berdasarkan pada analisis terhadap : Flow Duration Curve Energi yang dihasilkan Operasi beban sebagian (Part Load Operation) Unit Construction Cost Kapasitas yang tersedia dipasaran Pemilihan jumlah unit turbin terhadap flow duration curve dipengaruhi oleh besarnya debit minimum dan maksimum. Debit maksimum yang besar akan mengakibatkan tenaga rata-rata yang dihasilkan menjadi berkurang dan waktu operasi dengan beban sebagian menjadi lebih lama. Lamanya waktu operasi dengan beban sebagian menyebabkan terjadinya aliran turbulen yang mengakibatkan timbulnya getaran yang tinggi, terjadinya kavitasi, perubahan tekanan dan ketidakstabilan. Agar terhindar dari problem ini maka dihindari operasi yang terus menerus pada beban rendah.Pada prinsipnya, penambahan jumlah unit akan mengakibatkan penambahan pembiayaan konstruksi untuk pipa pesat, gedung sentral dan generating sets. Akan tetapi perlu dipertimbangkan juga selain akan meningkatkan kehandalan, juga kemungkinan yang akan terjadi seperti adanya penggantian pada komponen turbin yang menyebabkan terhentinya kinerja turbin. Kecepatan turbin direncanakan sebesar 428.57 rpm. Kecepatan ini direncanakan sama dengan kecepatan generator, sehingga tidak diperlukan gearbox rasio putaran. Material runner turbin menggunakan Stainless Steel (minimum grade CrNi 13.4) dengan guide vane menggunakan stainless steel (Cr 12).Operasi turbin dilengkapi dengan governor untuk mengatur bukaan guide vane sesuai dengan debit aliran air yang akan masuk. Pengaturan bukaan guidevane direncanakan menggunakan sistem hidrolik servo motor double-actuator. Sebagai pengaman, turbin dilengkapi dengan Fly Wheel yang akan berperan sebagai penyerap energi pada saat saat terjadi run away speed.Tabel 44Spesifikasi Turbin PLTA Tara BintangJenis Turbin :Francis HorisontalData DasarGross headHgross52.27mNet headHnet48.95mAsumsi dan KalkulasiJumlah turbin2bhDebit desain / turbinQt12m3/detEfisiensi turbinetat opt92.5%Putaran turbinnt428.57rpmRun away speed / unitntw_max834rpmOutput daya listrik/unitPel5.330kWParameter Desain TurbinKecepatan Putaran Turbin (N) dan Kecepatan Spesifik Turbin (ns)Kecepatan putaran turbin dan kecepatan spesifik turbin dapat dihitung menggunakan formulaDimana : N =Kecepatan putaran turbin, rpmPT =Turbin output, KWH =Head efektif , mns =Kecepatan spesifik, SI unitKecepatan spesifik untuk turbin Francis dapat juga dihitung dengan menggunakan pendekatan formula berikut :Berdasarkan USBR 1976Berdasarkan de siervo and de levaHead Suction Turbin Tinggi isap (draft head) dihitung dengan rumus sebagai berikut :Hs = Ha Hv x HDimana :Ha=Tekanan atmosfir di TWL (10,1 m Aq)Hv=Tekanan uap jenuh pada suhu 25 C (0,324 m Aq)H =Tinggi jatuh efektif =Faktor kavitasi ThomaFaktor kavitasi Thoma Turbin Francis dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :Berdasarkan USBR monograph 20= ns1,64 / 50327Berdasarkan KMW- Lindestrom= 8 x 10-5 x ns1.4Dimana :ns=kecepatan spesifik turbin, SI unit =faktor kavitasi thomaBerdasarkan perhitungan pada tabel di atas untuk mengurangi resiko kavitasi, Head suction yang bernilai negatif perlu dihindari sehingga dipilih putaran turbin sebesar 428,57 rpm, dengan nilai kecepatan spesifik sebesar 237,844, dan head suction berdasarkan formula KMW-Lindestrom 1,3 m.Dimensi TurbinBerat Turbin Untuk dapat mendisain pondasi power house, perkiraan berat turbin perlu untuk diperhitungkan. Untuk menghitung berat turbin secara teoritis kiranya cukup komplek, akan tetapi berdasarkan hasil penelitian secara empiris berat turbin dapat diperkirakan berdasarkan USBR Monograph 20: Wt = (15175 x D32.33) / 1000Di mana : Wt=Berat total turbin (ton) D3 =Runner dimension (m) Runner Dimensi Runner dihitung berdasarkan :Tinggi Jatuh EfektifKecepatan SpesifikPutaran turbin Dimensi spiral casing dan.draft tube dihitung berdasarkan :Kecepatan spesifikns (m kW)Diameter Outlet RunnerD3Rasio kecepatan pada diameter pelepasan (discharge diameter) runner dihitung dengan rumus sebagai berikut :Ku =0.31 + 2.5.10-3 x nsDimana :ns=Kecepatan spesifik Diameter pelepasan (discharge diameter) runner (D3) dihitung, dengan rumus sebagai berikut :D3 = 84.6 x Ku x H0.5/nDi mana :Ku =Rasio kecepatan pada diameter pelepasan H =Tinggi jatuh efektif n=Putaran turbin Dimensi Runner yang lain :H1= (0.094 + 0.00025 x ns) x D3ParameterPutaranunit428.57 rpmKu0.905D31.263mD11.007mD21.202mH10.194mH20.443mSpiral Casing & Draft TubeSpiral Casing ParameterPutaranunit428.57 rpmSpiral CasingA1.411mB1.225mC1.928mD2.153mE1.575mF1.960mG1.636mH1.432mI0.321mL1.258mM0.762mDraft Tube T= (1.50 + 0.00019 Ns) x D3 U= (0.51 - 0.0007 Ns) x D3ParameterPutaranunit428.57 rpmDraft TubeN3.025mO1.795mP1.898mR2.020mS5.985mT1.951mU0.434mV1.674mZ3.500mGenerator dan GovernorKapasitas generator (Pg) dalam kVA ditentukan berdasarkan efisiensi generator, faktor daya dan daya output turbin, yaitu dengan rumus sebagai berikut :Di mana :Pt=Daya keluar dari turbin (kW)g=Efisiensi generator Cos =Faktor daya Generator berfungsi untuk mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang dipilih yaitu generator sinkron dengan ouput yang sesuai dan sistem eksitasi lainnya lengkap dengan semua perlengkapan dan suku cadangnya. Maksimum output dari generator adalah 110% dari daya listrik maksimum terbangkit. PLTA Tara Bintang direncanakan menggunakan 2 unit generator dengan kapasitas daya minimum masing-masing sebesar 6500 kVA, 3 phasa, 50 Hz. Putaran generator direncanakan sama dengan putaran turbin sebesar 428.57 rpm, sehingga tidak diperlukan transmisi mekanik (gearbox).Dengan kecepatan dasar sebesar 428.57 rpm, maka jumlah pasang kutub generator yang digunakan dihitung berdasarkan rumus berikut:Di mana :n =Putaran generator f =Frekuensi generator (50 Hz)p=Jumlah kutub generator Berat bagian generator yang paling besar adalah rotor, adapun berat rotor dapat dihitung berdasarkan rumus berikut :Di mana :Pg =Kapasitas Generator (MVA)N=Putaran (rpm)Dari hasil perhitungan didapat berat rotor sebesar 21 ton.Untuk menjaga frekuensi keluaran generator stabil, maka PLTA Tara Bintang dilengkapi dengan sistem governor. Governor yang direncanakan berupa sistem elektrik dengan kelengkapan PLC dan SCADA untuk sistem monitoring dan tampilan data display. Sistem governor akan dilengkapi dengan hydraulic power pack actuator yang akan mengatur bukaan guide vane turbin dan main inlet valve (MIV). Untuk menjaga sistem tetap aman dan memiliki respon yang baik pada saat terjadi gangguan (trouble) maka sistem hydraulic actuator yang digunakan dilengkapi dengan lengan bandul (counter weight).Sistem operasi governor didesain untuk dapat merespon penutupan guide vane dalam rentang waktu 6 8 detik (fully close) pada saat terjadi rejected load, untuk menghindari run away speed pada generator. Spesifikasi umum dari governor adalah :Hydraulic governor di desain untuk kerja parallel (interkoneksi dengan Grid PLN) Pengoperasian guide vane turbin untuk flow control menggunakan hydraulic actuator.Pengoperasian bukaan guide vane menggunakan tekanan oli.Penutupan guide vane dan penutupan darurat (emergency closing) menggunakan counterweight.Perangkat hydraulic power pack dilengkapi dengan sistem pengaturan waktu untuk operasi opening closing.Sistem hydraulic powerpack dilengkapi dengan pengoperasian manual (handpump) pada saat terjadi blackstart. (pengoperasian awal tanpa catu daya motor hydraulic).Sistem hydraulic powerpack dilengkapi dengan Oil ISO VG 46Oil level indicatorOil temperature indicatorMotor 400 V AC 0,75 kWSolenoid valves 24 V DCBimetallic overtemperature tripHigh pressure oil filterReturn oil filterTekanan kerja (oil pressure) berkisar 100 bar.Tabel 45Spesifikasi Generator PLTA Tara BintangJenisSinkronKapasitas6500kVAEfisiensi96%Putaran nominal 428.57rpmFasa3fasaTegangan6.600VFrekuensi50HzJumlah pole14poleTransformatorPLTA Tara Bintang dilengkapi dengan 2 unit Transformer Step Up 6600 V/ 20 kV sesuai dengan tegangan dasar generator, 3 phasa, 50 Hz dan kapasitas 7000 kVA. Kapasitas ini dipilih pada level aman untuk antisipasi output terbesar dari generator. Tipe transformer yang digunakan adalah Out Door dengan pendinginan oli (ONAN), hermetic seal. Transformer yang digunakan mengikuti sistem vektor jaringan TM 20 kV PLN eksisting.Spesifikasi umum transformer yang digunakan adalah sebagai berikut :Tipe Transformer Step UpOil Immersed self cooled untuk aplikasi di dalam/luar ruangan. Tipe core Hermetically sealed / ONANKondisi operasi di bawah ketinggian 1000 meter dari permukaan laut dengan temperature lingkungan kerja tidak lebih dari 400C.Standar desain, manufaktur, dan pengetesan sesuai dengan SPLN50/1997Efisiensi pada berbagai variasi beban dan factor daya (PF 1/PF 0.8) berkisar 98.5%.Jaringan TransmisiPanjang jalur utama transmisi listrik dari rumah pembangkit menuju jaringan tegangan menengah milik PLN adalah 2000 m. Sistem transmisi mengikuti standardisasi sistem kelistrikan di Indonesia, untuk jalur utama transmisi menggunakan kabel AAAC 150 mm2. Tiang besi 11-13 m dipasang pada jalur transmisi dengan jarak antar tiang 40 - 50 m.Lokasi Power Plant PLTA Tara Bintang berada di desa Sitanduk, Kecamatan Tara Bintang berjarak 77 Km ke GI Dolok Sanggul. Pembangkit PLTA Tara Bintang kapasitas 2 x 5 MW didistribusikan ke Gardu Induk Dolok Sanggul melalui Gardu Hubung Tarabintang pada saat ini direncanakan pembangunannya oleh PT PLN Wilayah Sumatera Utara. Panjang jalur utama transmisi listrik dari rumah pembangkit menuju jaringan tegangan menengah 20 kV milik PLN adalah 17.0 km.Sistem transmisi mengikuti standardisasi sistem kelistrikan di Indonesia, untuk jalur utama transmisi menggunakan kabel AAAC 70 mm2, hal ini dipertimbangkan berdasarkan jumlah arus dalam ampere yang akan melewati penghantar.Jarak anatara menara atau tower sering disebut jarak antar gawang adapun perhitungan jarak gawang dapat ditentukan dari :Kondisi geografis dan lingkunganJarak aman konduktor dengan tanahPerhitungan tarikan dan andonganEfisiensi biayaMengingat hal itu maka penentuan jarak gawang adalah sebagai berikut:Daerah permukiman: jarak gawang SUTM murni sebesar 35-50 meterDi luar permukiman: jarak gawang SUTM murni sebesar 60-80 meterDari pertimbangan tersebut, maka sistem jaringan 20 kV PLTA Tara Bintang akan dirancang dengan tiang beton 12 m dengan jarak antar tiang 40 m.