ANALISA SISTEM PEMBANGKITAN DAN PENYALURAN

TENAGA LISTRIK PADA PEMBANGKIT LISTRIK

GEOTHERMAL SIBAYAK 2 x 5.65 MW

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK

Oleh

SARWEDI HASIBUAN

1105051040

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2014

2

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim

Alhamdulillahirobbilalamin, segala puji dan syukur penulis ucapkan

kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada

penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul

Analisa Sistem Pembangkitan dan Penyaluran Tenaga Listrik pada

Pembangkit Listrik Geothermal Sibayak 2 x 5.65 MW.

Tugas Akhir ini dibuat salah satu syarat dalam menempuh ujian Diploma

III pada Program Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin,

Politeknik Negeri Medan.

Penulis sadar bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan sehingga penulis

mengharapkan saran dari berbagai pihak demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir

ini. Penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Dan

semoga Tugas Akhir ini menjadi amal jariyah bagi semua pihak, Amin.

POLITEKNIK NEGERI MEDAN Penulis,

Medan, 25 Agustus 2014

Sarwedi Hasibuan

NIM. 1105051040

3

UCAPAN TERIMAKASIH

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat

dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas akhir ini dengan

baik. Dalam penulisan Tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan, kritikan,

dan masukan dari banyak pihak, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

Pada kesempatan ini dengan kerendahan dan ketulusan hati penulis mengucapkan

terimakasih kepada:

1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. Selaku Direktur Politeknik Negeri

Medan.

2. Bapak Idham Kamil, S.T., M.T. Selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin

Politeknik Negeri Medan yang sudah memberi izin kepada penulis

dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T. Selaku Kepala Program Studi Teknik

Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan yang sudah

menimbang dan menyetujui Judul Tugas akhir penulis.

4. Bapak Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T. Selaku Dosen pembimbing

penulis, yang telah banyak memberikan konstribusi yang bermanfaat,

membimbing penulis dan memberikan arahan serta masukan-masukan

selama penyelesaian Tugas Akhir ini.

5. Seluruh staf dan dosen Diprogram Studi Teknik Konversi Energi

Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan.

6. Seluruh guru saya dari SD hingga kuliah, yang sudah memberikan bekal

ilmu berguna dan membina penulis di bangku pendidikan.

7. Kedua orang tua saya, ayah saya Hasanuddin Hasibuan dan ibu saya

Murni Seri Sipahutar yang sudah memberikan biaya pendidikan, doa

dan motivasi kepada penulis untuk tetap kuat dan semangat

menyelesaikan Tugas Akhir ini, kakak saya Dina Angraini Hasibuan,

Meri Novalia Hasibuan, adik saya Nirwana Sari Hasibuan dan seluruh

4

keluarga besarku yang senantiasa memberikan dukungan baik berupa

doa serta dukungan semangat yang sangat berarti sekali kepada penulis

bagi terselesaikannya Tugas Akhir ini.

8. Seluruh sahabat-sahabat dan rekan sejawat seperjuangan Teknik

Konversi Energi Mekanik Stambuk 2011, yang telah banyak memberi

dukungannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5

DAFTAR ISI

HALAMAN

LEMBAR JUDUL ...................................................................................... i

SFESIFIKASI TUGAS AKHIR ............................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ...................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................... iv

KATA PENGANTAR ................................................................................ v

UCAPAN TERIMAKASIH ....................................................................... vi

DAFTAR ISI ............................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiv

LAMPIRAN ................................................................................................ xvi

INTISARI ................................................................................................... xvii

ABSTRACT ............................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................... 1

1.1 Latar Belakang Permasalahan .................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ................................................................... 1

1.3 Tujuan Tugas Akhir ................................................................... 2

1.4 Manfaat Tugas Akhir ................................................................. 2

6

DAFTAR ISI (LANJUTAN)

HALAMAN

1.5 Batasan Masalah dan Asumsi Analisa ....................................... 3

1.5.1 Batasan Masalah ................................................................ 3

1.5.2 Asumsi .............................................................................. 3

1.6 Sistematika Penulisan Tugas akhir ............................................ 4

BAB II GAMBARAN UMUM PERUSAHAAN ..................... 5

2.1 PT. Dizamatra Powerindo .......................................................... 5

2.1.1 Sejarah Perusahaan PT. Dizamatra Powerindo .................. 5

2.1.2 Ruang Lingkup Bidang produksi ........................................ 6

2.1.3 Lokasi Perusahaan .............................................................. 7

2.1.4 Daerah Pemasaran .............................................................. 7

2.1.5 Proses Produksi ................................................................... 8

2.1.6 Peralatan yang Digunakan .................................................. 8

2.1.7 Uraian Proses Produksi ....................................................... 10

2.1.8 Proses Start Unit PLTP Sibayak ......................................... 14

2.1.9 Utilitas ................................................................................ 17

2.1.10 Keselamatan dan Perlindungan Kebakaran ...................... 18

2.1.11 Pengolahan Limbah .......................................................... 20

7

DAFTAR ISI (LANJUTAN)

HALAMAN

2.2 Stasiun Pembangkit Listrik ........................................................ 20

2.2.1 Defenisi Stasiun Pembangkit Listrik .................................. 20

2.2.2 Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi ................... 21

2.2.3 Perhitungan Potensi Panas Bumi ........................................ 23

2.2.4 Kelebihan dan Kekurangan PLTP ...................................... 24

BAB III LANDASAN TEORI ................................................... 26

3.1 Pembangkitan Daya Listrik ........................................................ 26

3.2 Generator Sinkron ...................................................................... 27

3.2.1 Konstruksi Generator Sinkron ............................................ 27

3.2.2 Sistem Eksitasi Generator ................................................... 29

3.2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron ........................................ 32

3.2.4 Reaktansi Sinkron ............................................................... 33

3.2.5 Kecepatan Putar pada Generator Sinkron ........................... 33

3.2.6 Pengaturan Tegangan pada Generator Sinkron .................. 34

3.2.7 Tegangan Terbangkit dan Frekuensi .................................. 35

3.2.8 Daya Generator Sinkron ..................................................... 36

3.2.9 Pembebanan pada Generator Sinkron ................................. 37

8

DAFTAR ISI (LANJUTAN)

HALAMAN

3.3 Sinkronisasi/Paralel Alternator .................................................. 41

3.3.1 Syarat-syarat Proses Sinkronisasi ....................................... 42

3.4 Transformator ............................................................................. 44

3.4.1 Komponen Transformator .................................................. 45

3.4.2 Prinsip Kerja Transformator ............................................... 45

3.4.3 Persamaan dan Jenis Transformator ................................... 46

3.5 Transmisi dan Distribusi ............................................................ 47

3.6 Beban Listrik .............................................................................. 49

3.6.1 Jenis Jenis Beban AC ....................................................... 50

3.6.2 Rangkaian RL, RC, LC, dan RLC ...................................... 57

3.6.3 Faktor Daya dan Daya Rangkaian ...................................... 60

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA ..61

4.1 Objek dan Waktu Analisa .......................................................... 61

4.2 Metodologi Analisa .................................................................... 61

4.2.1 Kerangka Konseptual ......................................................... 61

4.2.2 Metodologi Pengumpulan Data .......................................... 62

4.2.3 Analisa Data ....................................................................... 65

9

DAFTAR ISI (LANJUTAN)

HALAMAN

4.3 Hasil Data Analisa dan Grafik Daya Terbangkit Generator ...... 86

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................... 89

5.1 Kesimpulan ................................................................................ 89

5.2 Saran ........................................................................................... 90

DAFTAR FUSTAKA ................................................................. 91

10

DAFTAR TABEL

TABEL

HALAMAN

4.1 Data harian generator unit 1 PLTP Sibayak 1 maret 2014 ........................... 64

4.2 Hasil data analisa 1 maret 2014 ................................................................... 87

11

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR HALAMAN

2.1 Peta Lokasi PT. Dizamatra Powerindo ........................................................ 7

2.2 Uraian proses produksi PLTP Sibayak ........................................................ 10

2.3 Blok diagram proses produksi ...................................................................... 14

3.1 Blok diagram pembangkitan daya listrik .................................................... 26

3.2 Konstruksi generator .................................................................................... 29

3.3 Diagram prinsip sistem eksitasi statik .......................................................... 30

3.4 Sistem eksitasi dinamik ................................................................................ 30

3.5 Diagram prinsip sistem eksitasi dinamik dengan eksiter generator DC ...... 31

3.6 Diagram sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation) ......................... 31

3.7 Diagram aliran daya generator sinkron ........................................................ 36

3.8 Rangkaian generator tanpa beban ................................................................ 38

3.9 Rangkaian generator hubung singkat ........................................................... 38

3.10 Kondisi reaksi jangkar untuk beban yang berbeda .................................... 40

3.11 Diagram fasor dengan beban yang berbeda ............................................... 41

3.12 Skema rangkaian sinkronisasi .................................................................... 42

3.13 Urutan fasa generator sinkron .................................................................... 43

3.14 Sinkronoscope ............................................................................................ 44

12

DAFTAR GAMBAR (LANJUTAN)

GAMBAR HALAMAN

3.15 Panel sinkronisasi PLTP Sibayak .............................................................. 44

3.16 Komponen trafo ......................................................................................... 45

3.17 Skema kerja transformator ......................................................................... 46

3.18 Sistem jaringan transmisi daya listrik ........................................................ 48

3.19 Transmisi dan distribusi ............................................................................. 48

3.20 Segitiga daya listrik .................................................................................... 50

3.21 Rangkaian resesif murni ............................................................................. 52

3.22 Bentuk gelombang beban resesif murni ..................................................... 53

3.23 Rangkaian induktif murni .......................................................................... 54

3.24 Bentuk gelombang beban induktif murni ................................................... 55

3.25 Bentuk gelombang beban induktif murni ................................................... 55

3.26 Rangkaian kapasitif murni ......................................................................... 56

3.27 Bentuk gelombang beban kapasitif ............................................................ 57

3.28 Bentuk gelombang beban kapasitif ............................................................ 57

4.1 Kerangka konseptual .................................................................................. 62

4.2 Grafik Daya Terbangkit Terhadap Waktu (Jam) ....................................... 88

13

DAFTAR LAMPIRAN

1. Siklus PLTP Sibayak

2. Ferpormance unit PLTP Sibayak

3. One line diagram siklus PLTP Sibayak

4. Sistem transmisi PLTP Sibayak

5. Surat bimbingan laporan Tugas Akhir dosen pembimbing

14

INTISARI

Daya listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok yang kita butuhkan

untuk berbagai keperluan dalam kegiatan. Banyak jenis aktivitas kita yang harus

dibantu oleh listrik supaya bisa melakukan kegiatan. Ada banyak faktor yang

menyebabkan hal tersebut, diantaranya karena penerangan sangat perlu, peralatan

yang harus disuplai daya listrik, sebagai penopang kehidupan, dll. Dalam Tugas

Akhir ini, penulis mengamati sistem pembangkitan dan menganalisa generator

sebagai metode memahami pembangkitan daya listrik. Empat kriteria dasar yang

digunakan yakni jenis fluida penggerak mula, prospek kerja generator, beban, dan

analisa data yang digunakan adalah data 1 Maret 2014. Analisa sistem

pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik pada pembangkitan listrik

Geothermal Sibayak dianalisa dengan rumus yang berkaitan dengan generator

sebagai pemecahan masalah. Tekanan uap masuk turbin 0,63Mpa, Temperatur

165,2C, generator unit 1 di PT. Dizamatra saat ini membangkitkan daya listrik max 2,82 MW dan min 2,3 MW. Daya yang dihasilkan di jual ke PLN dan di

paralel ke sistem PT. PLN pada tegangan 20 kV.

Kata kunci: jenis pembangkit listrik, pembangkitan daya listrik, beban listrik.

15

ABSTRACT

Electrical power is one of the basic needs that we need for various

purposes in the activity. Many types of activities we should be assisted by the

power in order to perform activities. There are many factors that cause this, such

as lighting is necessary, the equipment must be supplied electrical power, as the

sustainer of life, etc.. In this final project, the authors observe and analyze the

generator generation system as a method of understanding the generation of

electrical power. The four basic criteria used the first type of fluid mover, job

prospects generators, loads, and data analysis used is March 1st 2014 Data

Analysis system generation and distribution of electricity in geothermal power

generation Sibayak analyzed with a formula related to the generator as a

problem-solving. Pressure steam entering the turbine 0,63Mpa, 165,2C temperature, generator unit 1 at PT. Dizamatra currently generates max power of

2.82 MW and 2.3 MW min. Generated power sold to PLN and in parallel to the

PT system. PLN at a voltage of 20kV.

Keywords: types of power generation, power generation, electrical load.

16

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Permasalahan

Sekarang ini kebutuhan energi adalah kebutuhan pokok dalam kehidupan

kita semua. Energi listrik temasuk kebutuhan yang harus selalu terpenuhi. Penulis

mengambil contoh dari lingkungan kita wilayah kota Medan. Sekarang kita

mengetahui, bahwa defisit energi listrik di kota medan sangat besar, yaitu 180

200 MW. Sehingga kota medan sering mengalami pemadaman listrik secara

bergilir akibat dari kekurangan pasokan daya listrik. Dari peristiwa tersebut,

masyarakat kota medan sering kurang puas terhadap pelayanan PT. PLN. Pada

kesempatan Ujian Tugas Akhir penulis, penulis mengambil Judul Bagaimana

Sistem Pembangkitan dan Penyaluran Tenaga Listrik yang bertempat didesa

Semangat Gunung Kecamatan Merdeka Kabupaten Karo dengan jenis pembangkit

listrik menggunakan Uap Tenaga Geothermal (panas bumi).

Perusahan PT. Dizamatra Powerindo Sibayak merupakan salah satu

perusahaan swasta di desa Semangat Gunung yang bergerak dibidang jasa

kelistrikan dengan kapasitas 2 x 5,65 MW. PT. Dizamatra Powerindo

mendistribusikan daya terbangkit ke wilayah desa Doulu, Berastagi, Sibolangit

dan PT. Sibayakindo (Aqua).

I.2 Perumusan Masalah

Dari uraian diatas dapat dirumuskan permasalahan dalam Tugas Akhir ini

adalah:

Bagaimana Sistem Pembangkitan dan Penyaluran Energi Listrik,

dengan kapasitas daya 2 x 5,65 MW di PT. Dizamatra Powerindo.

17

1.3 Tujuan Tugas Akhir

Tujuan umum dari Tugas Akhir ini adalah mengidentifikasi daya keluar

(Pout) generator, sistem pembangkitan dan penyaluran energi listrik terhadap

pemakai.

Tujuan khusus dari Tugas Akhir ini adalah:

1. Mengamati sistem pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik pada

PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak.

2. Mengidentifikasi daya keluaran (Pout) generator.

3. Memberi masukan yang berguna pada pihak PT. Dizamatra.

4. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan D III Tugas Akhir

Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.

1.4 Manfaat Tugas Akhir

Manfaat dari Tugas Akhir ini adalah:

1. Bagi Mahasiswa

- Dapat mengetahui berbagai macam aspek kegiatan sebuah

perusahaan, khususnya di PT. Dizamatra Powerindo.

- Memperoleh kesempatan untuk melatih atau memperaktikan ilmu

yang didapat dalam bangku kuliah.

- Memperoleh pengetahuan yang berguna dalam perwujudan kerja,

atau yang dihadapi mahasiswa setelah menyelesaikan studinya.

2. Bagi Jurusan

Menciptakan lulusan yang baik dan menciptakan kerjasama antara

perusahaan dan Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik

Konversi Energi Mekanik, Politeknik Negeri Medan.

18

3. Bagi Perusahaan

Memberikan saran yang berupa mendukung kegiatan-kegiatan kerja

yang lebih baik demi meningkatkan hasil produksi energi listrik yang

lebih efisien setelah melakukan studi analisa.

1.5 Batasan Masalah dan Asumsi Analisa

1.5.1 Batasan Masalah

Karena keterbatasan waktu dan biaya penulis, maka Tugas Akhir ini

mempunyai ruang lingkup, antara lain:

1. Jenis generator yang dianalisa adalah generator sinkron 3 fasa.

2. Sistem pembangkitan dan transmisi daya listrik PLTP Sibayak.

3. Daya yang dimaksud adalah daya terbangkit oleh generator.

4. Data generator yang di analisa adalah tanggal 1 Maret 2014, dinas

shif 1,2,3 (Jam 1:00 24:00).

5. Analisa dilakukan di PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak.

1.5.2 Asumsi

Asumsi yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah:

1. Proses kerja generator beroperasi dengan baik.

2. Faktor yang dianggap mempengaruhi kerja generator yang secara

aktip terus bisa beroperasi dengan baik di perusahaan adalah faktor

manusia, material, mesin pembantu dan metode kerja yang baik.

3. Hasil produksi energi listrik yang dikatakan memenuhi standar dari

PT. Dizamatra apabila beroperasi terus setiap waktu tanpa ada

gangguan yang serius terhadap kegiatan produksi.

4. Semua mesin/peralatan baik alat utama, alat bantu utama, dan alat

bantu lainnya beroperasi dengan baik dan fit.

19

1.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir

Adapun sistematika laporan yang akan dibuat dalam pengerjaan Tugas

Akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Menguraikan mengenai latar belakang dilakukannya analisa di PT.

DIZAMATRA POWERINDO, rumusan permasalahan yang terjadi,

tujuan Tugas Akhir, manfaat Tugas Akhir, batasan dan asumsi yang

digunakan serta sitematika penulisan Tugas Akhir.

BAB II GAMBARAN UMUM PERUSAHAAN

Menjelaskan secara umum tentang PT. DIZAMATRA POWERINDO

meliputi sejarah perusahaan, ruang lingkup produksi, lokasi dan letak

geografis, daerah pemasaran dan, proses produksi.

BAB III LANDASAN TEORI

Memaparkan konsep dan teori-teori yang mendukung dalam

pemecahan permasalahan pada analisa dan berisi teori pendukung

lainnya.

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Mengidentifikasi data dilapangan yang diperoleh dari hasil

pengamatan sebagai bahan untuk melakukan pengolahan data dengan

beberapa rumus pendukung sebagai dasar pemecahan masalah.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Memberikan hasil akhir dari keseluruhan analisa kemudian diperoleh

kesimpulan dan saran yang bermanfaat bagi perusahaan.

DAFTAR FUSTAKA

20

BAB II

GAMBARAN UMUM PERUSAHAAN

2.1 PT. Dizamatra Powerindo

2.1.1 Sejarah Perusahaan PT. Dizamatra Powerindo

PT. Dizamatra Powerindo adalah sebuah perusahaan swasta yang

bergerak dibidang jasa produksi listrik, yang berada di kawasan area Geothermal

Sibayak milik Pertamina. PT. Dizamatra Powerindo berlokasi di Provinsi

Sumatera Utara 70 Km dari Kota Medan dan 7 Km dari Kota Pariwisata

Berastagi, dengan ketinggian 1.358 m dari permukaan air laut yang merupakan

daerah pengunungan tinggi dibanding dengan Kota Medan dan termasuk daerah

bersuhu dingin yang temperatur maksimalnya 24,9C dan minimal 12,7C,

dengan rata-rata suhu 19,5C. PT. Dizamatra Powerindo adalah pembangkit listrik

tenaga panas bumi (PLTP) milik swasta yang kapasitasnya dayanya saat ini 2 x

5.65 MW yang bekerja sama dengan Pertamina Geothermal Energi Sibayak. PT.

Dizamatra Powerindo dibangun pada tahun 1996 dalam arti batu peletakan

pertama dan selesai pada tahun 2008 dan mulai beroperasi pada tahun 2008

hingga saat ini masih beroperasi dengan baik dan Pembangkit listrik yang

menggunakan tenaga panas bumi yang pertama dibangun di Provinsi Sumatera

Utara.

Direktur Bisnis dan manajemen Resiko PT. PLN (Persero) Murtaqi

Syamsuddin, dengan dimediasi oleh Jaksa Pengacara Negara (JPN) yang diwakili

oleh Jamdatun dan disaksikan Deputi kepala BPKP bidang akuntan Negara,

menandatangani akta perdamaian dengan 6 perusahaan pengembang IPP

(independent Power Producer), penanda tanganan akta perdamain ini merupakan

salah satu tahapan dalam proses penyelesaian IPP terkendala sebelumnya.

21

Keenam pengembang IPP itu, terdiri dari 3 pengembang Pembangkit

Panas Bumi, di Jawa Barat, Sarulla Operation. Ltd yang mengembangkan PLTP

Sarulla (330 MW) dan PT. Dizamatra Powerindo sebagai pengembang PLTP

Sibayak berkapasitas 2 x 5.65 MW. Kedua PLTP ini berada di Sumatera Utara.

Pengembang IPP lainnya, perusahaan pengembang pembangkit listrik tenaga air,

yakni PT. Poso di Sulawesi Tengah dengan kapasitas 3 x 65 MW dan kedua

pengembang PLTU yakni PT. Cahaya Fajar Kaltim mengelola PLTU Embalut di

Kalimantan Timur dengan kapasitas 2 x 22.5 MW dan PT. Pustaka Jaya Palu

Power sebagai pengembang PLTU Tawaeli yang berlokasi di Palu, Sulawesi

Tengah dengan kapasitas 2 x 13.5 MW.

Dengan ditanda tanganinya akta perdamaian ini, maka PLN maupun

pihak pengembang IPP telah mencapai kesepakatan dalam penyelesaian harga jual

tenaga listrik dari pengembang IPP. Dengan demikian, pengembang IPP dapat

melaksanakan Pembangunan pembangkit listrik untuk menambah kapasitas

terpasang pembangkit untuk semakin memperkuat kemampuan pasokan daya

listrik ke masyarakat. Apalagi jenis pembangkit yang dikembangkan oleh

pengembang IPP merupakan jenis pembangkit listrik dengan energi terbarukan

ramah lingkungan.

Kesepakatan antara PLN dengan pihak pengembang IPP yang tertuang

dalam akta perdamaian dan ditanda tangani bersama ini, akan dilanjutkan tahapan

berikutnya dengan mempersiapkan proses penandatanganan amandemen PPA

(power Purchase Agrement).

2.1.2 Ruang Lingkup Bidang Produksi

PT. Dizamatra merupakan perusahaan yang bergerak dibidang produksi

Energi Listrik yang pemasok utamanya adalah PT. PLN yang menyuplai energi

listrik untuk daerah Berastagi dan Sibolangit dan saat ini juga menyuplai energi

listrik ke PT. Tirta Sibayakindo (Aqua).

22

2.1.3 Lokasi Perusahaan

PT. Dizamatra Powerindo berlokasi di Desa Semangat Gunung,

kecamatan Merdeka, Kabupaten Karo, Provinsi Sumatera Utara. 70 Km dari kota

Medan, dengan ketinggian 1.358 m dari permukaan laut. Dan luasnya 3000 ha

mulai tahun 1996 sampai sekarang ini. Dibawah ini dapat dilihat peta lokasi PT.

Dizamatra Powerindo.

Gambar 2.1 Peta lokasi PT. Dizamatra Powerindo

2.1.4 Daerah Pemasaran

Pemasaran adalah aktivitas usaha yang digunakan untuk menyediakan

atau memindahkan produk atau jasa dari produsen ke konsumen.

Daerah pemasaran PT. Dizamatra Powerindo meliputi Provinsi Sumatera

Utara untuk wilayah daerah Berastagi dan Sibolangit yang disuplai oleh PT. PLN.

PT. Dizamatra Powerindo menggunakan strategi pemasaran, yaitu dengan

beberapa kesepakatan antara PT. Dizamatra dengan pihak PLN yang artinya PT.

Dizamatra Powerindo tidak secara langsung melayani ke konsumen, melainkan

hanya bertugas membangkitkan energi listrik untuk wilayah Berastagi dan

Sibolangit dan saat ini juga menyuplai ke PT. Tirta Sibayakindo (Aqua).

23

2.1.5 Proses Produksi

Pusat listrik tenaga panas bumi (PLTP) PT. Dizamatra Powerindo untuk

proses produksi mempunyai beberapa peralatan utama dan peralatan tambahan.

2.1.5.1 Peralatan yang Digunakan

Jenis produksi yang di hasilkan oleh PT. Dizamatra Powerindo adalah

Energi Listrik. Untuk menghasilkan produksi ini dibutuhkan alat utama dan alat

tambahan yaitu:

1. Peralatan Utama

1. Turbin

Turbin Uap adalah mesin penggerak mula yang menggunakan uap

sebagai fluida kerjanya. Energi potensial uap di ubah menjadi energi

mekanik berupa gerak putar pada poros. Selanjutnya gerak putar poros

turbin digunakan untuk memutar peralatan yang memerlukannya seperti

generator listrik.

2. Demister

Uap yang berasal dari sumur sebelum masuk demister, diatur terlebih

dahulu jumlah uap yang digunakan oleh control valve. Separator

berfungsi untuk memisahkan zat padat yang ikut pada aliran uap dari

separator dimana aliran uap diarahkan dari tengah dan berputar

menimbulkan gaya sentrifugal. Karena gaya yang kecil maka uap akan

naik keatas dan air beserta zat padat terlempar kedinding dan dibuang

melalui drain. Demister berfungsi untuk memisahkan uap dari moisture-

moisture air sebelum masuk turbin.

24

3. Kondenser

Bertugas menerima uap yang telah memutar turbin, mengembunkan uap

menjadi air (Kondensat), serta mempertahankan tekanannya lebih rendah

dari tekanan atmosfir karena uap dengan volume yang besar menjadi air

dengan volume tekanan yang sangat kecil (vacum).

- Udara atau gas yang masuk kedalam kondenser harus selalu

dikeluarkan.

- Tekanan uap pada kondenser tergantung pada besarnya aliran uap

(flow rate) dan fluida pendingin.

4. Generator

Fungsi generator untuk menghasilkan daya dengan mengkonversikan

energi mekanik dari turbin ke energi listrik.

5. Cooling Tower

Berfungsi sebagai penyedia air pendingin yang akan digunakan oleh

kondenser untuk mengkondensasikan uap yang keluar dari turbin

sekaligus membuang uap yang tidak dapat di kondensasikan (NCG) ke

udara melalui fan cooling tower.

6. Liquid-ring Vacum

Vacum pump berfungsi untuk membuat perbedaan vacum di kondenser

supaya di peroleh tekanan serendah-rendahnya di kondenser (vacum),

serta menghisap NCG di kondenser agar proses kondensasi di kondenser

lebih efisien.

7. Hot Water Pump

Hot Water Pump (HWP) berfungsi untuk memompakan air yang berasal

dari kondenser kemudian di dinginkan di cooling tower untuk di

hujankan kemudian proses sirkulasi air dengan kondenser.

25

8. Cold Water Pump

Cold Water Pump untuk memompa air yang berasal dari cooling water

untuk proses pendinginan di oil cooler, steam gland cooler.

2. Peralatan Tambahan

Alat tambahan yang digunakan dalam proses produksi energi listrik di

PT. Dizamatra Powerindo adalah:

1. Sistem pelumas (lube oil system).

2. Sistem pendingin (cooler system).

3. Sistem udara kontrol (air control system).

4. Sistem udara servis (air service system).

5. Sistem hidrolik (hydraulic system).

6. Sistem udara tekan (air pressure system).

2.1.6 Uraian Proses Produksi

Dalam proses produksi energi listrik PLTP Sibayak dapat dilihat pada

flow diagram dibawah ini:

Gambar 2.2 Uraian proses produksi PLTP Sibayak

26

Uap disuplai dari sumur produksi melalui sistem transmisi uap yang

kemudian masuk ke dalam Steam Receiving Header sebagai media pengumpul

uap. Dari Steam Receiving Header uap kemudian dialirkan ke separator dari

separator uap masuk ke demister dan menuju turbin sehingga terjadi konversi

energi dari energi kalor yang terkandung dalam uap menjadi energi kinetik yang

diterima oleh sudu-sudu turbin. Turbin yang dikopel dengan generator akan

menyebabkan generator ikut berputar saat turbin berputar sehingga terjadi

konversi dari energi kinetik menjadi energi mekanik dan generator berputar

menghasilkan energi listrik dengan proses induksi elektromagnetik. Dari uap

bekas (exhaust steam) dari turbin dikondensasikan didalam kondenser. Uap yang

tidak terkondensasi dihisap oleh vacum pump untuk dibuang ke atmosfir melalui

fan cooling tower. Dari kondensor air hasil kondensasi dialirkan ke HWP masuk

ke Cooling Tower selanjutnya air hasil pendinginan dari cooling tower

disirkulasikan kembali ke dalam kondenser sebagai media pendingin. Overflow

dari Cold Basin Coling Tower akan ditampung untuk kepentingan Reinjection

Pump.

Dibawah ini dijelaskan pungsi dari bagian-bagian uraian proses produksi

pada PLTP.

1. Sumur Produksi Uap

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah pembangkit listrik

(Power generator) yang menggunakan panas bumi sebagai energi

penggeraknya. Untuk membangkitkan listrik dengan panas bumi

dilakukan dengan mengebor tanah di daerah yang berpotensi panas bumi

untuk membuat lubang gas panas sehingga uapnya bisa menggerakkan

turbin uap yang tersambung ke Generator. Untuk panas bumi yang

mempunyai tekanan tinggi, dapat langsung memutar turbin generator.

27

2. Pemisahaan Uap Oleh Separator

Uap dari sumur produksi mula-mula dialirkan ke steam receiving header

yang berfungsi menjamin pasokan uap tidak akan mengalami gangguan.

Meskipun terjadi perubahan pasokan dari sumur produksi. Selanjutnya

melalui flow meter dialirkan ke separator untuk memisahkan zat-zat

padat.

3. Pemisahan Uap Oleh Demister

Uap yang dari separator dialirkan ke demister untuk memisahkan bahan-

bahan seperti silika dan bintik-bintik air yang terbawa didalamnya. Hal

ini dilakukan untuk menghindari terjadinya vibrasi, korosi, dan

pembentukan kerak pada sudu dan nozzle turbin.

4. Uap Penggerak Turbin

Uap yang telah bersih dari demister itu dialirkan melalui main steam

valve/electric control valve/governor valve menuju ke turbin. Di dalam

turbin, uap tersebut berfungsi untuk memutar double flow condensing

yang dikopel dengan generator pada kecepatan 3000 rpm, 50 Hz.

5. Pembangkitan Energi Listrik Oleh Generator

Pada proses uap memutar double flow condensing yang di kopel dengan

generator pada kecepatan 3000 rpm, akan menghasilkan energi listrik

dengan arus 3 phase, frekuensi 50 Hz, dan tegangan 6.3 kV.

6. Penaik Tegangan Out Generator

Tegangan yang dihasilkan generator 6.3 kV di naikkan melalui step-up

transformer, hingga 20 kV, selanjutnya dihubungkan secara paralel

dengan sistem penyaluran PLN.

28

7. Mengkondensasikan Uap

Agar turbin bekerja secara efisien, maka exhaust steam yang keluar dari

turbin harus dalam kondisi vacum (0,10 bar), dengan

mengkondensasikan uap dalam kondenser yang terhubung langsung

dengan turbin. Exhaust steam dari turbin masuk dari sisi atas kondenser,

kemudian terkondensasi sebagai akibat penyerapan panas oleh air

pendingin yang diinjeksikan lewat spray-nozzle. Level kondensat dijaga

selalu dalam kondisi normal oleh dua buah cooling water pump, lalu

didinginkan dalam cooling water. sebelum disirkulasikan kembali.

Untuk menjaga kevacuman kondenser, gas yang tak terkondensasi harus

dikeluarkan secara continue oleh vacum pump. Gas-gas ini mengandung:

CO2 85-90% wt.

8. Proses Pendinginan Kondensat

Air yang berhasil di kondensasikan di dalam kondenser akan di alirkan

melalui HWP ke cooling tower untuk di hujankan atau proses

pendinginan, untuk menjaga ke vacuman kondenser, gas yang tidak

dapat terkondensasi akan di hisap oleh vacum pump dan di buang

melalui fan cooling tower ke atmosfir.

9. Sirkulasi Water

Air yang yang sudah di dinginkan diinjeksikan kembali ke kondenser

lewat filter untuk melakukan kondensasi pada uap keluaran turbin secara

continue.

10.Injection Well

Pada kolam cooling tower apabila air hasil dari pengkondensasian dari

kondenser berlebih maka dialirkan ke water basin dalam tahap proses

pemisahan air dengan limbah dan melakukan keseimbangan PH air 7.

29

Setelah itu maka air tersebut di injection ke dalam perut bumi kembali

untuk menjaga keseimbangan air dalam perut bumi.

Blok diagram dari proses di atas dapat dilihat pada gambar 2.3. dibawah ini:

Pemisahan

Uap Oleh

Separator

Pemisahan

Uap Oleh

Demister

Mengkonden

sasikan Uap

Uap

Penggera

k Turbin

Proses

Pendinginan

Kondensat

Sirkulasi

Water

Injection

Well

Pembangk

itan

Listrik

Oleh

Generator

Penaik

Tegangan

Oleh

Tranformer

selesai

Transmis

i PLTP

Sibayak

Mulai

Sumur

Produksi

Uap

Gambar 2. 3. Blok diagram Proses Produksi

2.1.7 Proses Start Unit PLTP Sibayak

Secara umum operator PLTP Sibayak dalam mengoperasikan unit

pembangkit adalah untuk dapat terselenggaranya proses produksi KWH listrik ke

PLN semaksimal mungkin dalam batas-batas operasi yang aman, terkoordinasi

sesuai SOP agar unit pembangkit mempunyai lifetime yang panjang.

30

Adapun langkah- langkah proses start (menjalankan) unit PLTP sibayak

adalah sebagai berikut:

1. Penyiapan supply tenaga listrik dari PLN dan sistem DC

1.1 Supply untuk panel 6 kV

1.2 Pengisian tegangan 380 V (400 V) untuk alat alat bantu

2. DCS siap

2.1 Periksa status valve, remote position, baik electric valve maupun

pneumatic sesuai dengan kondisi

2.2 Interlock dan sistem proteksi test

3. Pengisian cooling tower

4. Start compressor, untuk:

4.1 Pengoperasian valve outlet HWP unit 1 dan 2

4.2 Pengoperasian valve utama steam line

4.3 Pengoperasian valve Inlet Kondenser, dll

5. Pemanasan pipa berfungsi untuk:

5.1 Membuang kotoran-kotoran yang ada di dalam pipa

5.2 Membuang uap air sisa yang ada di pipa

5.3 Membuang oxygen (udara)

5.4 Agar pipa tidak stressing ( karena pemanasan mendadak)

6. Start water cooler, adapun fungsi dari water cooler adalah:

6.1 Mendinginkan minyak pelumas

6.2 Steam gland cooler

6.3 Digunakan untuk pendinginan stator generator

7. Oil flushing, berfungsi untuk mengurangi kadar air yang ada pada oli

8. Siapkan sistem pelumasan:

8.1 Pastikan pelumasan baik

8.2 Pastikan minyak pelumas penuh

8.3 Pastikan strainer minyak pelumas baik

8.4 Cek valve-valve minyak pelumas turbin

8.5 Operasikan pompa AC dari DCS

31

8.6 Buka valve venting untuk membuang udara, tutup bila sudah tidak ada

udara

8.7 Operasikan air pendingin minyak pelumas, dengan membuka valve

inlet, buka valve venting sampai dengan udara habis lalu tutup

kembali, dan buka valve outlet oil cooler

9. Operasikan turning gear

10. Isi air condenser sampai dengan level 600 sampai dengan 700 mm

11. Start HWP (Hot Water Pump). Pastikan air sirkulasi dengan baik, tidak

ada udara di jalur, Atur valve inlet kondenser dan outlet HWP agar air di

kondenser stabil

12. Start Vacum pump

12.1 Pastikan level condenser stabil dan cukup di level 600 700 mm

12.2 Pilih vacum pump yang akan di start

12.3 Buka motor valve outlet kondenser

12.4 Buka motor valve inlet vacum pump

12.5 Buka valve butterfly outlet vacum pump

12.6 Buka supply air pendingin gear box vacum pump

12.7 Buka drain valve water tank

12.8 Start vacum pump

12.9 Atur supply air untuk water seal

12.10 Amati vacum pump sampai dengan lebih kurang -80 Kpa, lalu atur

level water tank 300 400 mm dan amati level kondenser di level

stabil 700 800 mm

13. Hidupkan fan cooling tower

14. Hidupkan steam gland cooler

15. Rolling turbine

15.1 Change over AC oil pump ke HP oil pump

15.2 Tekan tombol emergency governor yang berlokasi di casing depan

bearing bagian kiri dan pastikan MSV full open di DCS

15.3 Hidupkan All turbine protection allow

15.4 Lihat tampilan DCS P1

32

- Open MSV warna abu abu menjadi merah

- Klik RUN warna abu abu menjadi merah

- Klik target 500 rpm

- Klik set rate/ kecepatan 100 putaran/ menit, rotor mulai rolling

- Turning gear otomatis lepas, matikan motor turning gear dari

lokal

15.5 Putaran 500 rpm dipertahankan 50 menit dengan klik hold

15.6 Klik target menjadi 1300 rpm klik hold pada putaran naik pelan ke

1300 rpm, tahan selama 50 menit agar upper cylinder temperature >

95o c

15.7 Apabila temperatur sudah tercapai naikkan putaran di 2600 rpm

perhatikan vibrasi, apabila telah tercapai tahan selama 10 menit

15.8 Klik target 3000 rpm

- Perhatikan tekanan pelumas 0.09 0.1 Mpa

- Tekanan governor 0.46 0.77 Mpa

- Perhatikan suhu upper casing > 90oc, apabila belum tercapai

tahan sampai 10 15 menit, untuk mencapai suhu yang di

inginkan

- Vibrasi turbine

- Suhu bearing

- Suara suara yang abnormal

- Tekanan steam seal

- Tekanan oil keluar bearing

16. Sinkron generator.

2.1.8 Utilitas

Untuk membantu kelancaran proses produksi dan kerja perusahaan,

digunakan fasilitas pendukung antara lain:

Ruang control:

Untuk mengetahui nilai-nilai operasi yang diperbolehkan pada mesin-

mesin saat beroperasi

33

Ruang panel:

Untuk mengatur angka-angka pada mesin yang diperbolehkan.

Bengkel:

Bengkel berfungsi untuk memelihara dan perbaikan terhadap mesin atau

peralatan yang dapat dipindahkan.

2.1.9 Keselamatan dan Perlindungan Kebakaran

Keselamatan kerja merupakan salah satu bagian yang penting untuk

diperhatikan setiap perusahaan. Perusahaan bertanggung jawab menyediakan

fasilitas untuk menunjang keselamatan kerja dan perlindungan terhadap

kecelakaan kerja PT. Dizamatra Powerindo telah memperhatikan faktor keamanan

dan keselamatan kerja serta perlindungan bahaya kebakaran.

Untuk keselamatan kerja PT. Dizamatra Powerindo menyediakan :

1. Safety Helmet

Safety helmet berfungsi sebagai pelindung kepala dari benda yang

bisa mengenai kepala secara langsung.

2. Safety Belt

Safety belt berfungsi sebagai pelindung diri ketika pekerja

bekerja/berada di atas ketinggian.

3. Safety Shoes

Safety shoes berfungsi untuk mencegah kecelakaan fatal yang

menimpa kaki karena benda tajam atau berat, benda panas, cairan

kimia dan sebagainya.

4. Sepatu Karet

Sepatu karet (sepatu boot) adalah sepatu yang didesain khusus untuk

pekerja yang berada di area basah (becek atau berlumpur).

Kebanyakan sepatu karet di lapisi dengan metal untuk melindungi

kaki dari benda tajam atau berat, benda panas, cairan kimia, dsb.

5. Sarung Tangan

Berfungsi sebagai alat pelindung tangan pada saat bekerja di tempat

atau situasi yang dapat mengakibatkan cedera tangan. Bahan dan

34

bentuk sarung tangan di sesuaikan dengan fungsi masing-masing

pekerjaan.

6. Masker (Respirator)

Berfungsi sebagai penyaring udara yang dihirup saat bekerja di

tempat dengan kualitas udara buruk (misal berdebu, beracun, dsb).

8. Kaca Mata Pengaman (Safety Glasses)

Berfungsi sebagai pelindung mata ketika bekerja (misalnya

mengelas).

9. Penutup Telinga (Ear Plug)

Berfungsi sebagai pelindung telinga pada saat bekerja di tempat yang

bising.

10.Pelindung Wajah (Face Shield)

Berfungsi sebagai pelindung wajah dari percikan benda asing saat

bekerja (misal pekerjaan menggerinda).

Pihak perusahaan mengharuskan para pekerja menggunakannya selama

berada di area PT. Dizamatra Powerindo. Untuk perlindungan dari bahaya

kebakaran, langkah-langkah yang dilakukan pihak perusahaan adalah:

1. Memeriksa pipa uap secara berkala untuk mencegah teradinya

kebocoran uap yang bersifat panas.

2. Melakukan pelatihan penggunaan alat pelindung kebakaran (APK)

yang kerja sama antara PT. Pertamina dengan PT. Dizamatra

Powerindo setiap 2 bulan sekali.

3. Melakukan pelatihan penggunaan APK dan APD terhadap semua

karyawan PT. Dizamatara Powerindo secara bergilir oleh SVP P3K.

4. Menyediakan tabung alat pemadam api ringan (APR) di tempat-

tempat yang di anggap penting. Tabung APK yang ada di PT.

Dizamatara Powerindo sebanyak 47 buah.

35

5. Menerapkan peraturan no area smoking dalam area PT. Dizamatra

Powerindo, baik kepada karyawan maupun para tamu.

2.1.10 Pengolahan Limbah

Keberadaaan stasiun pembangkit listrik pada suatu tempat akan memberi

pengaruh terhadap lingkungannya, baik pengaruh yang langsung ataupun tidak

langsung, dan pada umummnya berdampak buruk. Pengaruh langsung yang perlu

diperhatikan adalah pengaruh limbah terhadap lingkungan di sekitar pabrik.

Jenis limbah yang dihasilkan oleh PT. Dizamatra Powerindo dan cara

penanggulangannya.

1. Limbah Oil

Pengolahaan limbah oli bekas akan dibuang pada tempat yang sudah

ditetapkan seperti di Drum oli yang sudah tidak layak pakai selain itu

pihak pabrik mengusahakan kedisiplinan para pekerja untuk memakai

APK.

2. Kebisingan

Pengelolaan cemaran bising yang dilakukan dalam upaya mengurangi

dampak kebisingan yang ditimbulkan adalah:

1. Memperketat kedisplinan pemakaian alat pelindung telinga (eart

plug) yang berada di ruang sumber dampak.

2. Pemanfaatan ruang dan halaman sekeliling pabrik yang terbuka

sebagai lahan penghijuan yang diharapkan dapat mengurangi

tingkat kebisingan terhadap lingkungan sekitar.

2.2 Stasiun Pembangkit Listrik

2.2.1 Defenisi Stasiun Pembangkit Listrik

Pembangkit listrik adalah Stasiun di mana listrik di hasilkan. Biasanya

listrik dibangkitkan di stasiun pembangkit listrik thermal, yaitu pembangkit listrik

36

yang mengubah tenaga panas menjadi energi listrik. Di stasiun tersebut, listrik

dibangkitkan dengan menggunakan berbagai bahan bakar. Bahan bakar yang

banyak digunakan untuk membangkitkan listrik adalah bahan bakar fosil seperti

batubara. Namun seiring dengan perkembangan teknologi, kini banyak sekali

pembangkit listrik yang menggunakan bahan baku yang diperbaharui. Seperti

pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP).

Pengetahuan manusia berkembang seiring dengan perkembangan zaman.

Demi untuk menjaga keseimbangan alam dan mencegah kerusakan lingkungan

lebih parah lagi akibat dari eksploitasi sumber daya alam yang tidak bisa

diperbaharui sebagai sumber energi, kini para ilmuwan mencari sumber energi

alternative yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui. Sumber energi ini

diciptakan atau dihasilkan dipusat-pusat pembangkit tenaga listrik yang tersebar

diberbagai tempat di mana ditemukan energi potensial yang bisa dirubah menjadi

energi listrik.

Berikut ini adalah jenis-jenis pembangkit litrik yang dapat menghasilkan

energi listrik untuk memenuhi kebutuhan akan energi.

1. Pembangkit listrik tenaga nuklir (Energi Nuklir)

2. Pembangkit listrik tenaga air (Kincir/turbin air)

3. Pembangkit listrik tenaga angin (Turbin angin)

4. Pembangkit litrik tenaga panas bumi (energi panas bumi)

5. Pembangkit listrik tenaga ombak (energi potensial ombak laut)

6. Pembangkit listrik tenaga surya (Sel surya)

2.2.2 Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

Panas bumi merupakan sumber tenaga listrik untuk jenis pembangkit

listrik tenaga panas bumi (PLTP). Sesungguhnya, prinsip kerja PLTP sama saja

dengan PLTU hanya pada PLTP uap yang digunakan adalah uap dari panas bumi,

beda halnya dengan PLTU yang menggunakan uap dari hasil penguapan di Boiler.

Biaya operasi PLTP dibanding PLTU lebih murah, karena pada PLTP, untuk

37

produksi uapnya tidak lagi menggunakan bahan bakar melainkan langsung

melakukan pengeboran terhadap perut bumi yang berpotensi panas bumi untuk

dialirkan langsung lewat separator dan demister ke turbin untuk menghasilkan

energi mekanik.

Menurut para ahli, bentuk bumi kita yang bulat dapat dibagi menurut

lapisannya berturut-turut dari muka bumi:

1. Kerak bumi (continental crust) dengan tebal 35Km.

2. Mantel bumi dengan tebal 2900Km

3. Inti cair ( liquid core ) dengan tebal 2100 Km

4. Inti pusat (linner core) dengan tebal 1350 Km

Jutaan tahun lalu dibawah laut tedapat jalur magma. Jalur magma ini di

mulai dari eropa, terus ke laut atlantik menuju afrika, melewati Indonesia,

selandia baru, piliphina, jepang dan akhirnya bersatu kembali.

Beberapa tempat yang tidak dilalui jalur magma tidak akan terdapat

panas bumi misalnya Kalimantan, Australia, Malaysia, dan Thailand. Akan tetapi

tidak semua tempat yang dilalui jalur magma dapat menghasilkan uap, karena

sebelumnya harus memenuhi persyaratan antara lain:

1. Bagian yang paling dalam harus mempunyai lapisan yang disebut

kantong magma.

2. Bagian atasnya merupakan lapisan yang keras di sebut bed rock

3. Harus mempunyai lapisan equifer yaitu lapisan batu-batuan yang

berpori yang mengandung air.

4. Kemudian lapisan yang kita tempati disebut tanah lunak atau topsoil.

Adanya panas bumi disebabkan oleh kantong magma yang selalu

memanasi lapisan bagian atasnya (bed rock), sehingga air yang ada dilapisan

equifer akan dipanasi menjadi air. Untuk mendapatkan uap air ini kita perlu

mengebor bumi ini sampai ke lapisan equifer ini, selanjutnya uap panas yang

bertekanan tinggi ini dapat digunakan memutar turbin. Uap panas bumi ini tidak

38

akan pernah habis sebab, bagian bawahnya (kantong magma) selalu memanasi

lapisan equifer ini, sehingga sumber panas tetap ada. Pada umumnya air yang

terletak didalam tanah, sekalipun dipanasi oleh magma tidak akan menjadi uap,

karena adanya tekanan bumi yang sangat besar. Dengan jalan pengeboran, air

panas itu mempunyai jalan keluar. Setibanya di permukaan bumi air panas

tersebut akan berubah fasa menjadi uap bertekanan tinggi. uap ini lah yang

digunakan untuk memutar turbin pembangkit tenaga listrik.

Uap energi panas bumi ada dua, yaitu;

1. Uap berasal dari magma sendiri disebut uap magma.

2. Uap dari air tanah dipanasi oleh magma .

2.2.3 Perhitungan Potensi Panas Bumi

Panas bumi adalah sumber energi sebagai panas yang terdapat dan

terbentuk di dalam kerak bumi yang secara genetik semuanya tidak dapat

dipisahkan dalam suatu sistem panas bumi. Sistem panas bumi di Indonesia

umumnya bersifat hydrothermal yang mempunyai temperatur tingggi (> 225 C),

hanya beberapa di antaranya yang mempunyai temperatur sedang (150-225 C).

Pengalaman dari lapangan panas bumi yang telah di kembangkan di dunia

maupun di Indonesia menunjukkan bahwa sistem panas bumi bertemperatur tinggi

dan sedang sangat potensial bila diusahakan untuk pembangkit listrik.berdasarkan

kondisi geologinya, sumber panas bumi yang ada di Indonesia dibedakan menjadi

3 golongan yaitu:

1. Energi panas bumi uap panas

2. Energi panas bumi air panas

3. Energi panas bumi batu panas

Perkiraan atau penilaian potensi panas bumi pada prinsipnya

menggunakan data-data geology, geofisika, dan geokimia. Analisa-analisa kini

39

memberikan parameter-parameter yang dapat digunakan untuk perkiraan potensi

panas bumi di suatu daerah. Untuk menghitung perkiraan potensi daerah ini dapat

dihitung dari nilai suhu bawah permukaan dan luas daerah aktif yang didapat dari

anomaly Hg, CO2, serta tahanan jenis rendah. Potensi energi terduga panas bumi

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Lump Parameter.

Dimana:

Q = Potensi energi Panas bumi terduga (MW)

A = Luas daerah prospek ( )

Tr = Temperatur reservoir

Tc = Temperatur cut off (C)

2.2.4 Kelebihan dan Kekurangan PLTP

Adapun kelebihan dan kekurangan PLTP adalah sebagai berikut:

Kelebihan:

1. Bebas emisi (binary cycle )

2. Dapat bekerja setiap hari baik siang maupun malam

3. Sumber tidak fluktuatif dengan energi terbarukan lainnya (angin, solar

cell, dan sebagainya)

4. Tidak memerlukan bahan bakar

5. Tidak boros lahan atau area

6. Pembangunan dilokasi terpencil

Kekurangan:

1. Menyebabkan kandungan H2S meningkat yang bersifat korosif

sehingga dapat menyebabkan peralatan mesin maupun listrik berkarat

2. Ancaman hujan asam

40

3. Efisiensi agak rendah, namun karena tidak perlu bahan bakar,

sehingga efisiensi bukan merupakan faktor yang sangat penting

4. Untuk teknologi dry dan flash steam masih menghasilkan emisi

walaupun sangat kecil

5. Penurunan stabilitas tanah yang akan berakibat pada bahaya erosi dan

amblesan

6. Menyusut dan menurunnya debit maupun kualitas sumber mata air

tanah.

41

BAB III

LANDASAN TEORI

3.1 Pembangkitan Daya Listrik

Energi listrik dihasilkan dari proses konversi energi mekanik (puntir)

menjadi energi listrik, dan dari dari bentuk listrik ke mekanik. Konversi energi

tersebut berlangsung pada sistem tenaga melalui peralatan elektromagnit (induksi)

yang disebut Generator dan Motor, seperti diperlihatkan pada blok diagram

dibawah ini.

Sistem Pembangkit:Konversi energi

mekanik ke listrik (generator)

Sistem transmisiSistem beban:

konversi energi listrik ke mekanik

Gambar 3.1 Blok diagram pembangkitan daya listrik

Pada gambar blok diatas menggambarkan sistem pembangkit daya listrik.

Melalui generator sinkron 3 fasa yang menerima kopel dari poros turbin. Sistem

ini berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik ke bentuk energi listrik.

Blok ditengah menggambarkan bagian dari sistem tenaga yang mengirimkan

energi listrik dari sistem pembangkit menuju sistem pada beban. Untuk

mengurangi rugi-rugi panas, energi yang dikirimkan perlu dinaikkan tegangannya

(tegangan tinggi) melalui transformator penaik tegangan. Dengan demikian,

meskipun transformator bukan termasuk peralatan konversi energi, namun

merupakan alat pembantu elektromagnit yang juga penting dalam sistem tenaga

listrik.

Blok yang sebelah kanan menggambarkan sistem beban yang mengubah

sebagian dari energi listrik menjadi bentuk energi mekanik. Perubahan tersebut

berlangsung dalam mesin-mesin berputar yang disebut motor. Selain itu energi

42

listrik digunakan untuk keperluan beban lainnya seperti penerangan, pendinginan,

dan pemanasan seperti yang kita rasakan manfaatnya sekarang ini.

Kadang kala pada alat konversi energi (generator) yang diparalel dapat

mengalami gangguan, sehingga generator yang sedang beroperasi tidak sanggup

memikul beban secara keseluruhan. Oleh sebab itu diperlukan perhitungan beban

yang harus diputus secara tiba-tiba agar diperoleh kesetabilan dalam sistem.

Sekarang ini alat pembangkitan energi listrik yang umum digunakan

adalah generator sinkron AC 3 fasa dengan prime over seperti turbin, mesin diesel

atau baling-baling, karena proses pembangkitan energi listrik lebih sederhana dan

mudah juga, daya yang dihasilkan relative lebih besar dibanding yang lainnya.

Pada bagian dibawah ini akan dibicarakan beberapa hal yang

menyangkut pembangkit daya listrik dengan alat konversi adalah generator

sinkron AC 3 fasa.

3.2 Generator Sinkron

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan meggunakan mesin

sinkron. Generator sinkron sering disebut (alternator) adalah mesin sinkron yang

digunakan untuk mengubah daya mekanik (puntir) menjadi daya listrik. Generator

sinkron dapat berupa generator sinkron 3 fhasa atau generator sinkron AC 1 fhasa

tergantung dari kebutuhan kita.

3.2.1 Konstruksi Generator Sinkron

Generator sinkron pada dasarnya konstruksinya sama dengan motor

induksi dengan mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan

pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi,

sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient)

atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

Dibawah ini akan dijelaskan dari konstruksi generator sinkron, yaitu:

43

1. Stator

Bagian dari mesin yang diam dan berbentuk silinder. Stator berfungsi

sebagai penghasil tegangan dan arus.

Konstruksi Stator

Kerangka atau gandar besi tuang untuk menyangga inti jangkar.

Inti jangkar dari besi lunak/baja silicon

Alur/parit/slot dan gigi tempat meletakkan kumparan, bentuk alur ada

yang terbuka, setengah tertutup, dan tertutup.

Belitan jangkar terbuat dari tembaga yng diletakkan pada alur.

2. Rotor

Ada dua bentuk kutup magnit rotor.

1. Jenis Kutub Menonjol (Salient pool)

Untuk generator dengan kecepatan rendah dan medium.

Terdiri dari inti kutub, badan kutub dan sepatu kutub

Belitan medan dililitkan pada badan kutub

Pada sepatu kutub dipasang belitan peredam (damper winding)

Belitan kutub dari tembaga, badan kutub dan sepatu dari besi lunak

2. Jenis Kutub Silinder

Untuk generator kecepatan tinggi

Terdiri dari alur-alur yang dipasang kumparan medan

Ada gigi-gigi

Alur dan gigi tersebut terbagi atas pasangan-pasangan kutub

44

Pada gambar 3.2 Dapat dilihat gambar dari konstruksi generator sinkron.

Gambar 3.2 Konstruksi generator

3.2.2 Sistem Eksitasi Generator

Penguatan medan atau disebut eksitasi adalah pemberian arus listrik

untuk membuat kutub magnit pada generator. Dengan mengatur besar kecil arus

eksitasi listrik tersebut, kita dapat mengatur besar tegangan output generator atau

dapat juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang

sedang paralel dengan sistem jaringan besar.

Ada dua jenis sistem eksitasi, yaitu:

1. Sistem Eksitasi Statik

2. Sistem Eksitasi Dinamik

Sistem Eksitasi Statik adalah sistem eksitasi generator tersebut disuplai

dari eksiter yang bukan mesin penggerak, yaitu dari sistem penyearah yang

sumbernya disuplai dari output generator itu sendiri atau sumber lain dengan

melalui transformator. Secara prinsip dapat dilihat pada gambar 3.3 sebagai

berikut:

45

Gambar 3.3 Diagram prinsip sistem eksitasi statik

Seperti pada gambar diatas dapat kita lihat bahwa suplai daya listrik

untuk eksitasi mengambil dari output generator melalui excitation transformer,

kemudian disearahkan melalui power rectifier dan disalurkan ke rotor generator

untuk eksitasi atau penguat medan dengan melalui sikat arang. Untuk pengaturan

besaran tegangan output generator diatur melalui DC regulator dan AC regulator,

sehingga besarnya arus eksitasi dapat diatur sesuai kebutuhan. Kemudian apabila

generator tersebut pada waktu start awal belum mengeluarkan tegangan, maka

untuk suplai arus eksitasi biasanya diambil dari baterai. Di PT. Dizamatra

Powerindo menggunakan sistem eksitasi Statik dengan menyuplai arus eksitasi

dari baterai pada saat start awal.

Adapun yang dimaksud dengan Sistem Eksitasi Dinamik adalah sistem

eksitasi yang sumber suplai arus eksitasi diambil dari mesin bergerak, dan mesin

yang bergerak tersebut disebut Eksiter. Biasanya eksiter tersebut sebagai tenaga

penggeraknya dipasang satu poros dengan generator. Untuk sistem eksitasi

dinamik dapat dilihat pada gambar 3.4 dibawah ini:

Gambar 3.4 Sistem eksitasi dinamik

46

Seperti kita ketahui bahwa untuk arus eksitasi adalah arus searah, maka

sebagai eksiternya adalah mesin arus searah (generator DC) atau dapat juga

dengan mesin arus bolak balik (generator AC) kemudian disearahkan dengan

rectifier. Prinsip sistem eksitasi dengan menggunakan eksiter generator arus

searah digambarkan sebagai berikut:

Gambar 3.5 Diagram prinsip sistem eksitasi dinamik eksiter generator DC

Seperti gambar diatas, bahwa sistem eksitasi dengan menggunakan

eksiter generator DC Untuk menyalurkan arus eksitasi generator utama dengan

media sikat arang dan slip ring. Serta output arus searah dari generator eksiter

melalui sikat arang. Ditinjau dari segi pemeliharaan sistem ini kurang efektif,

sehingga mulai dikembangkan dengan sistem eksitasi tanpa sikat atau disebut

Brushless Excitation

Brushless Excitation

Brushless Excitation adalah sistem eksitasi tanpa sikat, yang maksudnya

adalah pada sistem tersebut untuk menyalurkan arus eksitasi ke rotor generator

utama, maupun untuk eksitasi. Gambar 3.6 dibawah ini dapat dilihat sistem

eksitasi tanpa sikat.

Gambar 3.6 Diagram sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)

47

Pada gambar diatas dapat kita lihat bahwa untuk eksitasi generator

disuplai dari generator AC eksiter dengan melalui penyearah (rectifier wheel)

yang terpasang pada poros, sehingga arus eksitasi langsung terhubung dengan

rotor generator. Kemudian untuk eksitasi eksiter disuplai dari pilot eksiter dengan

kemagnitan tetap atau biasa disebut PMG (permanent magnet generator). Output

dari pilot eksiter tersebut adalah arus bolak balik 3 phasa, kemudian dengan

melalui penyearah pada regulator arus eksitasi eksiter diatur besar kecilnya,

sehingga dengan mengatur eksitasi eksiter, maka tegangan output generator utama

akan mengalami perubahan secara langsung.

3.2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika sebuah kumparan rotor diputar pada kecepatan konstan pada medan

magnit homogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan stator

(jangkar). Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan (rotor) yang dialiri arus

DC atau oleh magnet tetap (permanen).

Pada generator sinkron, digunakan tipe generator dengan kutub internal

(internal pole generator), yang mana medan magnit dibangkitkan oleh kutub rotor

dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan

akan sinusoidal jika rapat fluks magnit pada celah udara terdistribusi sinusoidal

dan rotor diputar pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitkan

pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset

sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan sudut 120.

Dari penjelasan diatas bisa disimpulkan ada 3 hal pokok dalam prinsip

kerja generator sinkron, yaitu:

1. Kumparan rotor diberi penguat arus DC, akan timbul kutub utara dan

kutub selatan. Flux magnit akan mengalir dari kutub utara ke kutub

selatan melalui kumparan jangkar pada bagian stator.

48

2. Kumparan medan pada rotor diputar oleh penggerak awal seperti

turbin, sehingga flux yang lewat kumparan jangkar juga akan

berubah.

3. Karena dilewati flux yang berubah maka pada kumparan jangkar akan

dibangkitkan tegangan induksi sinusoidal.

3.2.4 Reaktansi Sinkron

Apabila generator sinkron (alternator) melayani beban, maka pada

kumparan jangkar stator mengalir arus, dan arus ini akan menimbulkan fluks

jangkar. Fluks jangkar yang ditimbulkan arus ( ) akan berinteraksi dengan fluks

yang dihasilkan kumparan medan rotor ( ), sehingga menghasilkan fluks

resultan ( ).

= +

Adanya interaksi ini disebut atau dikenal dengan reaksi jangkar pada saat

melayani beban.

3.2.5 Kecepatan Putar pada Generator Sinkron

Frekuensi listrik yang dihasilkan generator dirumuskan sebagai berikut:

f = (P x N) / 120

Dengan:

P = Jumlah kutub

N = Kecepatan rotor mekanis (rpm)

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron/sama

dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian

49

elektromagnit dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah

putaran rotor.

3.2.6 Pengaturan Tegangan Pada Generator Sinkron

Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal alternator

antara keadaan beban nol (VNL) dengan beban penuh (VFL). Keadaan ini

memberikan gambaran batasan drop tegangan yang terjadi pada generator, yang

dinyatakan dengan persamaan :

Terjadinya perbedaan tegangan terminal V dalam keadaan berbeban

dengan tegangan Eo pada saat tidak berbeban dipengaruhi oleh faktor daya dan

besarnya arus jangkar (Ia) yang mengalir.

Untuk menentukan pengaturan tegangan dari generator adalah dengan

memanfaatkan karakteristik tanpa beban dan hubung singkat yang diperoleh dari

hasil percobaan dan pengukuran tahanan jangkar. Ada tiga metode atau cara yang

paling sering digunakan untuk menentukan pengaturan tegangan tersebut, yaitu:

1. Metoda impedansi

2. Metoda amper lilit atau metoda GGL

3. Metoda faktor daya nol atau metoda potier

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengaturan tegangan adalah:

Tahanan jangkar

Reaktansi bocor lilitan jangkar

Reaktansi jangkar

50

3.2.7 Tegangan Terbangkit dan Frekuensi

Bila rotor dialiri arus searah (DC) dan diputar pada kecepatan N rpm

(konstan), bentuk gelombang rapat fluks/fluks (B atau ) dalam generator. satu

kali perputaran rotor (derajat mekanik) terbentuk dua gelombang sinus rapat fluks

(derajat listrik).

Bentuk gelombang tegangan terbangkit/terinduksi dalam kumparan

jangkar akan mengikuti bentuk gelombang fluks . Dalam generator P (kutub),

satu siklus tegangan (satu gelombang sinus ) tegangan dibangkitkan dalam

masing-masing kumparan bila sepasang kutub (utara dan selatan) melewati

kumparan tersebut. Untuk satu kali perputaran rotor dengan kecepatan N rpm, ada

dua gelombang tegangan dibangkitkan. Frekuensi tegangan terbangkit adalah:

f =

x

, Hz atau N =

x 60 f, rpm

Andaikan fluks dinyatakan dengan:

= m sin t, (

Tegangan terbangkit per fasa dinyatakan dengan :

E/fasa = Nph

= 2.f.m sin (t - 90)

= Em sin (t - 90)

= Em = Nph 2..f.m

Harga efektip tegangan tebangkit/fasa:

E/fasa =

= 4,44.Nph.f.m

Dalam bentuk yang lebih umum:

E/fasa = 4,44.Kd.Kp.Nph.f.m

51

Dengan:

Kd = Faktor distribusi belitan

Kp = Faktor kisar belitan

F = Prekuensi tegangan terbangkit, Hz

Nph = Jumlah liitan/pasa

= Harga maksimum fluks, Wb.

3.2.8 Daya Generator Sinkron

Fungsi generator sinkron adalah merubah daya mekanik menjadi daya

listrik. Tidak semua daya mekanik yang masuk ke generator menjadi daya listrik

keluaran. Perbedaan antara daya masuk dan keluaran menggambarkan rugi-rugi

generator. Diagram aliran daya untuk generator sinkron diperlihatkan dalam

gambar 3.7 dibawah ini.

Gambar 3.7 Diagram aliran daya generator sinkron

Daya mekanik masukan adalah daya poros dalam generator yang

dinyatakan dengan:

Daya yang dirubah dari bentuk mekanik ke bentuk listrik dinyatakan

dengan:

=

= 3.Ea.Ia.

52

Dimana Y disebut juga sudut daya), merupakan sudut antara Ea dan Ia.

Perbedaan antara daya masuk ke generator dengan daya yang dirubah

dalam generator menggambarkan rugi-rugi mekanik, inti, dan menyebar (stray).

Daya keluaran sebernarnya dari generator dinyatakan dengan:

Pout = 3.V . .

=

Daya reaktif keluaran generator dinyatakan dengan:

Qout = .V

Perbedaan antara dan menyatakan rugi tembaga generator.

Jika diabaikan (karena Xs>RA), daya keluaran generator dapat dinyatakan

dalam bentuk sudut daya Y.

3.2.9 Pembebanan pada Generator Sinkron

1. Saat Kondisi Tanpa Beban

Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus

medan (If), maka tegangan GGL (Eo) akan terinduksi pada kumparan jangkar

stator. Bentuk hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut:

Ea = c.n.fluks

Dimana:

c = Konstanta mesin

n = Putaran sinkron

fluks = Fluks yang dihasilkan oleh

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator,

karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh

53

arus medan (If). Apabila If diubah ubah harganya, akan diperoleh harga-harga Eo

pada tegangan terminal. Dibawah ini gambar 3.8 merupakan rangkaian generator

saat tanpa beban.

Gambar 3.8 Rangkaian generator sinkron tanpa beban

2. Saat Kondisi Hubung Singkat

Kondisi yang kedua, yaitu ketika generator sinkron dihubung singkat,

karakteristik hubung singkat bisa diketahui dari pengujian. Untuk mengamati

perubahan arus jangkar Ia (arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi

medan. Dari pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus

jangkar (Ia) sebagai fungsi arus medan (If), dan ini merupakan garis lurus. Gambar

3.9 dibawah ini merupakan gambar generator sinkron saat hubung singkat.

Gambar 3.9 Rangkaian generator hubung singkat

54

3. Saat Generator Berbeban

Bila generator diberi beban yang berubah-rubah maka besarnya tegangan

terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan

pada:

Resistansi jangkar, Ra

Reaktansi bocor jangkar, XL

Reaksi jangkar XA

1. Resistansi Jangkar, Ra

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan tejadinya kerugian tegangan

/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

2. Reaktansi Bocor Jangkar, XL

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang

terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut

Fluks bocor.

3. Reaktansi Jangkar, XA

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator

dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (a) yang berinteraksi dengan fluksi

yang dihasilkan pada kumparan medan rotor (F), sehingga akan dihasilkan suatu

fluksi resultan sebesar:

Interaksi antar kedua fluks ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti

diperlihatkan pada gambar 3.10 dibawah ini yang mengilustrasikan kondisi reaksi

jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.

55

Gambar 3.10 Kondisi reaksi jangkar untuk beban yang berbeda

Gambar a, b, c dan d. kondisi reakasi jangkar.

Gambar a, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani

tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan akan

tegak lurus dengan

Gambar b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator

dibebani kapasitif, sehingga arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar dan

terbelakang terhadap dengan sudut (90 - ).

Gambar c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif

murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90 dan

akan memperkuat yang berpengaruh terhadap pemagnitan.

Gambar d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban

induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb

sebesar 90 dan akan memperlemah yang berpengaruh terhadap

pemagnitan.

Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut

reaktansi sinkron (Xs). Vektor diagram untuk beban yang bersifat induktif, resistif

murni, dan kapasitif dapat dilihat pada gambar 3.11 dibawah ini.

56

Gambar 3.11 Diagram fasor dengan beban yang berbeda

Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan

jatuh yang terjadi, yaitu:

Total tegangan jatuh pada beban:

= I.Ra + j(I.Xa + I.XL)

= I{Ra + j(Xa + XL)}

= I{Ra + j(Xs)}

= I.Zs

3.3 Sinkronisasi/Paralel Alternator

Operasi paralel pada pusat-pusat tenaga listrik pada dasarnya merupakan

perluasan bekerja paralel suatu generator dengan generator lain, dengan tambahan

resistansi dan reaktansi saluran-saluran interkoneksi. Proses menghubungkan

paralel satu generator dengan generator lainnya dinamakan sinkronisasi, atau

dapat juga dikatakan bahwa sinkronisasi pada generator adalah memparalelkan

57

kerja dua buah generator atau lebih untuk mendapatkan daya sebesar jumlah

generator tersebut dengan syarat-syarat yang telah ditentukan.

3.3.1 Syarat-syarat Proses Sinkronisasi

Untuk melakukan operasi paralel generator maka dilakukan tahap

sinkronisasi terlebih dahulu. Beberapa parameter yang harus sama untuk syarat

sinkronisasi adalah:

1. Tegangan

2. Frekuensi

3. Urutan fasa

Dengan berkembangnya teknologi maka proses sinkronisasi dapat

dilakukan secara otomatis pada synchronizing panel. Berikut gambar 3.12

dibawah ini merupakan diagram sederhana dari alur proses sinkronisasi.

Gambar 3.12 Skema rangkaian sinkronisasi

1. Urutan Fasa

Untuk mengetahui sinkronisasi pada urutan dan beda fasa maka dapat

dilakukan dengan metode lampu gelap-terang. Ketika urutan dan beda fasa sudah

sinkron dapat dilihat pada nyala lampu untuk L1 dan L2 nyala terang, dan L3 gelap.

Berikut gambar 3.13 diagram vektor dari urutan fase sinkronisasi paralel.

58

Gambar 3.13 Urutan fasa generator sinkron

2. Tegangan, Frekuensi dan Synchroscope

Tegangan dan frekuensi dari generator yang akan diparalel harus bernilai

sama mendekati rating bus pada generator yang telah beroperasi. Untuk

memasukkan saklar sinkronisasi maka dapat melihat jarum pada synchroscope

tersebut dalam posisi 0 atau arah jarum jam 12. Ini membuktikan bahwa selisih

frekuensi telah bernilai 0. Untuk mensinkronisasikan nilai dari tegangan antara

generator yang akan diparalel maka dilakukan dengan mengatur sistem

eksitasinya. Apabila tegangan generator lebih tinggi dari tegangan rating bus di

sistem, maka generator akan mengalami sentakan beban MVAR lagging

(induktif), pada kondisi ini generator mengirim daya reaktif ke sistem. Sebaliknya

jika tegangan generator lebih rendah dari pada tegangan sistem, mesin akan

mengalami sentakan beban MVAR leading (kapasitif), artinya generator

menyerap daya reaktif dari sistem (loss of field). Berikutnya untuk frekuensi

generator juga harus bernilai sama dengan frekuensi sistem pada bus. Untuk

mensinkronisasikan frekuensi dilakukan dengan cara mengatur katup governor

untuk mengatur putaran generator tersebut. Jika frekuensi generator lebih tinggi

dari pada frekuensi sistem, sistem akan mengalami sentakan beban MW dari

generator, artinya mesin membangkitkan dan mulai menyalurkan daya aktif

(MW). Sebaliknya jika frekuensi generator lebih rendah dari pada sistem, mesin

akan mengalami sentakan MW dari sistem, artinya generator akan beroperasi

menjadi motor (motoring). Pada gambar 3.14 dapat dilihat gambar sinkronoscope.

59

Gambar 3.14 Sinkronoscope

Gambar 3.15 dibawah ini merupakan panel sinkron PLTP Sibayak.

Gambar 3.15 Contoh panel sinkronisasi PLTP Sibayak

3.4 Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik

yang lain, melalui suatu gandengan magnit dan berdasarkan prinsip induksi-

elektromagnit. Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga

listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga

memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai, dan ekonomis untuk tiap-tiap

keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrk

jarak jauh.

60

3.4.1 Komponen Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan dan

menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen

pokok, yaitu:

Kumparan Pertama (Primer) yang bertindak sebagai Input.

Kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai output, dan

Inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnit yang

dihasilkan.

Untuk bagian dari komponen transformator dapat dilihat pada gambar

3.16 dibawah ini.

Gambar 3.16 Komponen trafo

3.4.2 Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika

kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik (AC),

perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan megnit yang

berubah. Medan magnit yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan

dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan

sekunder akan timbul GGL induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik

(mutual inductance). Dari keterangan diatas kita dapat melihat skema dari kerja

transformator pada gambar 3.17 dibawah ini.

61

Gambar 3.17 Skema kerja transformator

Pada skema transformator diatas, ketika arus listrik dari sumber tegangan

yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan

magnit yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan

pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya. Pada skema transformator

diatas, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan

primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnit yang dihasilkan akan

berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan

berubah polaritasnya.

3.4.3 Persamaan dan Jenis Transformator

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan

sekunder transformator ada dua jenis, yaitu:

1.Transformator Step up, yaitu transformator yang mengubah tegangan

bolak balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai

jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan

primer (Ns > Np).

2.Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai

jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak dari pada jumlah lilitan

sekunder (Np > Ns).

62

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh

kumparan sekunder adalah:

Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs Ns)

Sebanding dengan besarnya tegangan primer (Vs Vp)

Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer

Sehingga dapat dituliskan:

Vs = (Ns / Np) x Vp

Dimana:

Vp = Tegangan primer (volt)

Np = Jumlah lilitan primer

Vs = Tegangan sekunder

Ns = Jumlah lilitan sekunder

3.5 Transmisi Dan Distribusi

Sistem jaringan dan transmisi daya adalah merupakan proses

pengiriman daya listrik dari pusat stasiun pembangkit tenaga listrik ke konsumen

melalui jaringan penyaluran energi listrik. Saluran transmisi menyalurkan tenaga

listrik bertegangan tinggi ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran

distribusi berfungsi untuk membagikan tenaga listrik tersebut kepada pihak

pemakai melalui saluran tegangan rendah.

Generator sinkron dipusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga

listrik dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan

transformator, tegangan tersebut dinaikkan hingga 150-500 kV. Saluran tegangan

tinggi (STT) menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima, disini tegangan

diturunkan menjadi tegangan subtransmisi 70 kV Pada gardu induk (GI), menuju

tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD)

dalam bentuk tegangan menengah 20 kV. Melalui trafo distribusi yang tersebar

diberbagai pusat-pusat beban, tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi

63

tegangan rendah (konsumen) 220/380 V, yang akhirnya diterima pihak pemakai.

Di PT. Dizamatra Powerindo menghasilkan tegangan 6,3 kV yang kemudian,

dengan bantuan transformator tegangan dinaikkan menjadi 20 kV dan dihubung

langsung secara paralel ke sistem jaringan PLN untuk disalurkan ke pemakai.

Untuk gambar sistem transmisi jaringan dapat dilihat pada gambar 3.18 dibawah

ini.

Gambar 3.18 Sistem jaringan transmisi daya listrik

Ada tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listrik, yaitu:

1. Pembangkitan Daya Listrik

2. Penyaluran (transmisi), dan

3. Distribusi

Seperti pada gambar 3.19 dibawah ini:

Gambar 3.19 Transmisi dan distribusi

64

Tegangan sistem distribusi dikelompokkan menjadi 2 bagian besar, yaitu:

1. Ditribusi Primer 20 kV

2. Distribusi Sekunder 380/220 kV

Jaringan distribusi 20 kV sering disebut Sistem Distribusi Tegangan

Menengah, dan jaringan distribusi 380/220 V sering disebut jaringan distribusi

sekunder atau jaringan tegangan rendah 380/220 V.

3.6 Beban Listrik

Dalam ilmu kelistrikan kita sudah mengenal apa itu energi dan daya pada listrik.

Energi didefenisikan sebagai kemampuan melakukan usaha atau kerja disebut hukum

kekekalan energi, bahwa energi tidak dapat ciptakan atau dimusnahkan, energi hanya bisa

berpindah dengan bantuan faktor lain, dengan satuannya joule atau Btu. Sedangkan daya

dijabarkan sebagai laju hantaran energi yang dibangkitkan atau dikonsumsi dalam

sirkuit/rangkaian listrik. Satuan dari daya joule/detik atau watt yang menyatakan

banyaknya tenaga listrik yang mengalir per satuan waktu (joule/detik).

Dalam listrik AC (arus bolak-balik). Ada tiga jenis daya untuk beban yang

memiliki impedanzi (Z), yaitu:

1. Daya Semu (S)

Pada beban impedansi (Z), daya semu adalah daya terukur atau terbaca

pada alat ukur. Daya semu adalah penjumlahan daya aktif dan reaktif secara

vektoris.

2. Daya reaktif (Q)

Daya reaktif adalah daya yang timbul akibat adanya efek induksi

elektromagnetik oleh beban yang mempunyai nilai induktif (fase arus

tertinggal/lagging) atau kapasitif (fase arus mendahului/leading)

65

3. Daya Aktif (P)

Daya aktif disebut juga daya nyata yang dibutuhkan oleh beban.

Hubungan dari ketiga daya tersebut (S,Q,P), disebut Segitiga Daya.

Dalam diagram secara vekotris, dapat dilihat pada gambar 3.20 Dibawah ini.

Gambar 3.20 Segitiga daya listrik

Jika digambarkan dalam bentuk segitiga daya, maka daya nyata

dipersentasikan oleh sisi miring dan daya aktif maupun reaktif dipersentasikan

oleh sisi-sisi segitiga yang saling tegak lurus, dari gambar diatas terlihat pula

bahwa semakin besar nilai daya reaktif akan meningkatkan sudut antara daya

semu dan daya nyata atau yang kita kenal dengan sebutan Daya faktor ( .

Sehingga pada alat ukur, daya semu yang terbaca (S) lebih besar dari pada daya

aktip yang sesungguhnya dibutuhkan oleh beban (P). secara matematis dapat

dituliskan:

S = V x I (Va)

P = V x I (Watt)

Q = V x I (Var)

3.6.1 Jenis-Jenis Beban AC (Bolak-balik)

Arus dan tegangan bolak balik adalah arus dan tegangan yang besar dan

arahnya berubah terhadap waktu secara periodik. Dalam sistem kelistrikan arus

bolak-balik, jenis beban dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis, yaitu:

66

1. Beban Resistif (R)

2. Beban Induktif (L)

3. Beban Kafasitif (C)

Nilai Efektif, Nilai Maksimum dan Nilai Rata-Rata.

Nilai efektif adalah nilai yang terbaca pada alat ukur oleh Volt Meter dan

Ampere Meter. Sedangkan nilai Maksimum adalah nilai nilai yang ditunjukkan

oleh Osiloskop. Bentuk hubungan dari ketiga jenis nilai tersebut adalah sebagai

berikut:

=

=

Dimana:

= Tegangan maksimal (Volt)

= Arus maksimal (Amper)

= Arus efektif (Amper)

= Tegangan efektif (Volt)

1. Beban Resesif (R)

Beban resistif yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja

(resistance), seperti pada elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar.

Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya

sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa. Bentuk persamaan daya sebagai

berikut:

P = VI

Dimana:

P = Daya aktif yang diserap beban (Watt)

V = Tegangan yang mencatu beban (Volt)

I = Arus yang mengalir pada beban (Amper)

67

Dengan gambar rangkaian dibawah ini:

Gambar 3.21 Rangkaian resesif murni

Bentuk persamaan tegangan dan arus sesaatnya adalah:

V = .

I = .

Dan hubungan antara dan :

= .R

Dimana:

V = Tegangan sesaat/pada waktu tertentu (Volt)

I = Arus sesaat pada waktu tertentu (Amper)

R = Hambatan (Ohm)

Bentuk Grafik Rangkaian Resesif

Yang termasuk rangkaian resesif adalah rangkaian resesif murni (R) dan

rangkaian RLC saat nilai XL = XC (resonansi).

68

Gambar 3.22 Bentuk gelombang beban resesif murni

2. Beban Induktif (L)

Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang

dililitkan pada suatu inti, seperti Coil, transformator, dan selenoida. Beban ini

dapat mengakibatkan pergeseran fasa (fhasa shift) pada arus sehingga bersifat

lagging (90 ). Hal ini disebabkan oleh energi yang tersimpan berupa medan

magnit yang akan mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap

tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan re