BAB 5

ANALISA PERENCANAAN PLTMH

KABUPATEN MERANGIN

5.1. Sketsa System Lay Out

5.1.1. Perencanaan Sistem Lay out PLTMH Renah Pelaan

Gbr. 5. Rencana Lay Out PLTMH Renah Pelaan

5.2. Desain Kontruksi dan Perhitungan Sipil.

5.2.1. Bendungan

Gbr.9. Model Bendungan

22

Dam pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi

sungai (‘Intake’ pembuka) ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Bendungan

PLTMH yang direncanakan untuk semua lokasi memiliki besaran yang berbeda-beda

sesuai dengan debit yang dibutuhkan, dalam hal ini bendungan yang akan dibuat akan

mengacu kepada volume bak penenang, sesuai besar debit yang dibutuhkan dan lebar

bendungan akan mengikuti lebar sungai, ketinggian bendungan direncanakan rata-rata 3

meter dari dasar sungai. Hal ini dapat dilihat pada table 16. berikut ini.

Table 16. Dimensi Bendungan

DimensiLokasi

Renah Pelaan

Tinggi (m) 3.6

Panjang (m) 17

Tebal Atas (m) 0.65

Tebal Bawah ( m) 1.50

Type (m) Beton Bertulang

Untuk melihat gambar denah bendungan lihat lampiran.

5.2.2. Intake

Rencana bangunan penyadapan air, lebih dikenal sebagai bangunan intake berada pada

sisi kanan aliran Sungai. Stuktur intake berupa side intake, menggunakan konstruksi

pasangan batu kali (1:2) dengan plesteran semen. Bangunan intake dilengkapi trashrack

berupa rangkaian plat besi berbentuk jelusi sebagai penahan dan penyaring sampah serta

benda-benda yang tidak diharapkan terbawa bersama aliran air.

5.2.3. Bak Penenang

Bak penenang (forebay) terletak dekat bangunan reservo. Struktur bak penenang berupa

pasangan batu kali (1:2) terdiri dari bak pengendap (settling basin), saluran pelimpah

23

(spillway), trashrack, dan bak penenang sendiri. Bangunan ini sering kali dikenal dengan

istilah head tank, sebagai reservoir air yang terletak pada sisi atas untuk dialirkan ke unit

turbin yang terletak di bagian bawah

Gbr.9. Model Bak Penenang

Beda tinggi jatuhan air ini yang dikenal sebagai head. Volume bak 10 s/d 20 kali debit

yang masuk untuk menjamin aliran steady di pipa pesat dan mampu meredam tekanan

balik pada saat penutupan aliran di pipa pesat, dengan kecepatan vertical partikel

dianggap 0,03 m/s. Pada sisi penstock, struktur pondasi (anchor block) yang menyatu

dengan bak ditempatkan 15 cm diatas dasar bak penenang yang berfungsi untuk

menghadang batuan atau benda yang tidak diijinkan masuk kedalam turbin. Untuk

melihat dimensi ukuran bak penenang ini dapat dilihat dalam table 17. Dan untuk melihat

sketsa gambar desain bak penenang dapat dilihat pada lembar lampiran.

Table 17. Dimensi ukuran Bak Penenang

DimensiLokasi

Renah Pelaan

Tinggi (m) 2

Panjang (m) 4

Lebar (m) 3

Tebal (m) 0.3

Type (m) Beton Bertulang

24

5.2.4. Bak Pengendap (Settling Basin)

Gbr. 10. Bak Pengendap

Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari air. Fungsi

dari bak pengendap adalah sangat penting untuk melindungi komponen-komponen

berikutnya dari dampak pasir, tetapi banyak juga saluran yang tidak memakai ini sebab

dari bendungan yang berfungsi sekaligus sebagai pengendap dan penenang kemudian

masuk kedalam intek dan langsung disalurkan kedalam pipa pesat yang panjang. Hal ini

biasanya terjadi karena sisi sungai tidak memungkinkan untuk membuat saluran

pembawa. Untuk melihat dimensi ukuran bak penenang ini dapat dilihat dalam table 18.

dan untuk melihat sketsa gambar desain bak penenang dapat dilihat pada lembar

lampiran.

Table 18. Dimensi ukuran bak Pengendap

DimensiLokasi

Renah Pelaan

Tinggi (m) 2

Panjang (m) 4

Lebar (m) 3

Tebal (m) 0.3

25

Type (m) Beton Bertulang

5.2.5. Saluran Pembawa (Headrace)

Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang

disalurkan. Kecepatan aliran pada saluran pembawa yang diizinkan dengan asumsi

ukuran butiran sediment 0,2 s/d 0,3 mm. untuk mencegah terjadinya sedimentasi dan

penggerusan tanah akibat kecepatan aliran maka digunakan kecepatan aliran yang

diizinkan adalah sbb:

Kecepatan max : 2 m/s, saluran pasangan batu tanpa plester.

Kecepatan min : 0,3 m/s, saluran pasangan batu plesteran dan 0,5 m/s saluran tanpa

plesteran.

Gbr.11. Saluran Pembawa Terbuka

Dalam perencanaan ini tidak menggunakan saluran pembawa terbuka tetapi memakai

sistemsaluran tertutup yang langlung menjadi pipa penstock.

26

5.2.4. Penstok

Gbr. 12. Penstok

Proses konversi energi dari energi potensial hidrolik menjadi energi kinetik yang akan

dirubah menjadi energi mekanik oleh unit turbin terjadi melalui pemanfaatan potensi air

yang berkumpul di bak penenang (head tank). Air dari bak penenang mengalir melalui

penstock (pipa pesat) menuju turbin yang terdapat di dalam rumah pembangkit.

Penstock yang diperlukan pada perencanaan PLTMH menggunakan pipa besi. Panjang

Penstock bervariasi sesuai besaran debit pada tiap titik yang akan dibangun PLTMH,

diperkuat struktur pondasi (anchor block) pada belokan pipa, berupa coran beton tumbuk.

Pada bagian ujung penstock dilengkapi expansion joint. Sebagai finishing, permukaan

luar penstock dicat untuk melindungi terhadap karat. Penstock ditempatkan pada jarak 4 x

D (diameter pipa pesat) dari muka air untuk menjamin tidak terjadinya turbulensi dan

pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air didalam pipa pesat.

Untuk menghitung ukuran pipa penstock (pipa pesat) digunakan rumus sebagai berikut:

Diameter pipa penstok dapat ditentukan dengan persamaan :

D11 = 1,273 x (Q / Vopt)0,5 (mm)……………………………….(7)

Debit air optimum di Sungai Batu Berdiri adalah Q = 0,35 m3/s yang dimanfaatkan

adalah 70% maka Q = 0,25 m3/s, panjang penstock 128 m, H = 33 m maka Ap = H/Lp =

33/128 = 0,25 Vopt = 2,3 m/s sehingga ;

D11= 1,273 x ( 0,25 / 2,3)1/2

27

D11= 0,41 mtr (diambil 40 cm)

Table 15. Ukuran Pipa Penstok

Lokasi Debit

(m3/s)

Panjang

penstock

(m)

Head

total

(m)

Velocity

optimum

(m/s)

Diameter

penstock

(m)

Tebal

pipa

(cm)

Renah

pelaan

0,25 128 37 2,3 0,4 0,2-0,3

5.2.5. Rumah Pembangkit

Rumah pembangkit merupakan tempat peralatan elektrikal-mekanik terpasang.Unit turbin

beserta sistem transmisi mekanik, generator, panel kontrol, dan ballast load terpasang di

dalam bangunan ini. Ukuran bangunan sesuai dengan kebutuhan dan besaran dari turbin

karena berhubungan dengan pondasi turbin, saluran buang dan besar dimensi generator,

biasanya untuk PLTMH besar rumah pembangkit antara (3 x 3 ) s/d (5 x 6)

m2 .berdasarkan hasil perhitungan maka untuk ukuran rumah pembangkit dapat dilihat

pada table 16 berikut ini, sedangkan untuk melihat sketsa gambar desain rumah

pembangkit dapat dilihat pada lampiran.

Table 20. Rencana Ukuran Rumah Turbin

No Lokasi Ukuran (m2) Keterangan

3 Renah pelaan 3 x 3 Bata permanen

5.3. Desain Kontruksi dan Perhitungan Mekanik

5.3.1. Pemilihan Jenis Turbin

Sebelum melakukan pemilihan jenis turbin terlebih dahulu dilakukan perhitungan head

efektif sebagai berikut :

He = Hg – (HLf + HLe + Hv) ………………………….(8)

dimana, He = Head efektif

Hg = Head kotor

HLf = kehilangan dari intek ke bak penenang

HLe = kehilangan di penstock

28

Hv = head di instalasi

5.3.1.1. Kehilangan Akibat Gesekan

HLf = (f x Lp x Vp2) / (2 x g x Dp) …………………..(9)

dimana, f = koefisien pada diameter pipa penstock dengan menggunakan diagram

moody diperoleh f = 0,03

Vp = Kecepatan aliran di penstock (m/s)

Vp = Q / ((3,14 x Dp2)/4)

Vp = 0,25 / ((3,14 x 0,402) / 4)

Vp = 1,99 m/s

Lp = Panjang Pipa Penstock (128 m)

Maka, HLf = (0,03 x 128 x 1,992) / (2 x 9,81 x 0,40)

HLf = 1,94 m

5.3.1.2. Kehilangan Akibat Sisi Masuk

HLe = (fe x Vp) / (2g)

dimana, fe = Koefisien pada bentuk inlet diambil rata-rata 0,5

maka, HLe = (0,5 x 1,99) / (2 x 9,81)

HLe = 0,05 m

5.3.1.3. Valve Losses

Hv = (fv x Vp) / (2g)

Dimana, fv = koefisien pada jenis valve . fv = 0,1 (butterfly valve)

Maka, Hv = ( 0,1 x 1,99) / (2 x 9,81)

Hv = 0,01 m

5.3.1.4. Losses Lain

Ho = 5 s/d 10 % x ( HLf + He + Hv)

Ho = 0,05 x ( 1,94 + 0,05 + 0,01)

Ho = 0,1 m

Dengan memasukkan harga-harga tersebut diatas maka diperoleh head efektif untuk

adalah :

29

He = Hg – (HLf + Hv + He + Ho)

He = 37 – (1,94+ 0,05 + 0,01 + 0,1) = 34,9 m

Hal tersebut diatas dapat dirangkum dalam table 17 berikut ini:

Table 17. Rugi rugi pada pipa penstock

Uraian Renah pelaan

Factor gesekan pipa (f) 0,03

Panjang pipa penstock (Lp) m 128

Kecepatan dalam pipa (m/s2) 1,99

Diameter penstock Dp(m) 0,4

Koefisien valve (fv) 0,1

Debit aliran Q(m3/s) 0,29

Head awal Hg (m) 37

Friction Losses Hfl(m) 1,94

Friction pipe Hv(m) 0,05

Losses sisi masuk Hi(m) 0,01

Losses lainnya Ho(m) 0,1

Head effektif 34,9

5.3.2. Kecepatan Putaran Spesifik dan Kecepatan Putaran Turbin

Sebelum melakukan perhitungan kecepatan putaran spesifik terlebih dahulu dilakukan

perhitungan pendekatan terhadap putaran turbin dengan menggunakan rumus :

N = 133 x (He)1/2…………………………………………….(10)

Sehingga putaran turbin untuk PLTMH di Sungai batu berdiri adalah:

N = 133 x (34,9)1/2

N = 785,7 rpm

Selanjutnya dilakukan perhitungan kecepatan spesifik turbin dengan menggunakan

rumus:

Ns = N x ((Q1/2) / (H0,75))

Maka, Ns = 785,7 x ((0,291/2) / (34,90,75)

Ns = 29,46 rpm

Berdasarkan besaran putaran spesifik hasil perhitungan maka dengan menggunakan

batasan putaran spesifikasi turbin pada tabel dibawah ini dapat dilakukan pemilihan jenis

turbin.

30

Tabel 18. Batasan putaran spesifik turbin

Jenis Turbin Putaran Spesifik

Turbin Pelton Ns-max ≤ 85,49 H- 0,24

Turbin Crossflow Ns-max ≤ 650 H-0,5

Turbin Francis Ns-max ≤ (20000 / (H + 20)) + 30

Turbin Francis Horizontal Ns-max ≤ 3200 H-2/3

Turbin Propeller Ns-max ≤ (20000 / (H + 20)) + 50

Turbin Tubular Ns-max ≤ (20000 / (H + 16))

Sumber : Nippon Koei CO. LTD, Panduan untuk pembangunan pembangkit listrik Mikrohidro

Dari perhitungan tersebut diatas dapat dilakukan pentabelan seperti berikut ini:

Tabel 19. Jenis Turbin dan Daya Turbin berdasarkan perhitungan.

No Lokasi N

(rpm)

Ns

(rpm)

Jenis

Turbin

Daya Turbin

(kw)

Daya Turbin

ηt = 0,77

1 Renah Pelaan 785,7 29,5 crossflow 127 97,79kw

5.4 Desain Kontruksi dan Perhitungan Elektrik

5.4.1 Diagram Satu Garis (Single Line)

Secara garis besar system diagram satu garis dari sumber pembangkit energi listrik

hingga sampai ke konsumen (rumah pelanggan) listrik adalah seperti berikut:

Gbr 13. Diagram Satu Garis Sumber Pembangkit

Dari Gambar terlihat perlu adanya penggunaan sebuah generator dan gardu hubung untuk

penaik tegangan dan penurun tegangan yang disebut transformator, agar energi listrik

dapat sampai pada konsumen (pelanggan) listrik.

Dalam system juga diperlukan peralatan proteksi untuk mengamankan energi listrik dari

sumber pembangkit hingga konsumen, yang meliputi PMT, Relay-relay, LA, CB dan

juga transformator arus serta transformator tegangan.

31

5.4.2 Generator

Generator yang dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik dari energi dari

turbin air adalah Generator Synchronous Exciter Independent dapat digunakan untuk

jaringan yang ada serta Generator Induction digunakan untuk jaringan dengan sumber

listrik lain, generator jenis ini menggunakan kapasitor untuk daya yang kurang dari 25

kW.

Output Generator ditunjukkan dengan kilo Volt Amper (kVA) yang dirumuskan dengan :

Pg = (9,8 x H x Q x η)/pf (kVA) ............................................(11)Dimana :

Pg = Keluaran generator (kVA).

H = Ketinggian air (m).

Q = Debit air (m3/det).

η = Efisiensi

pf = Faktor daya.

Dari hasil survey yang dilakukan bahwa potensi energi yang dihasilkan oleh air terjun

Sigerincing di Dusun Tuo, Batu Berdiri di Dusun Renah Plaan , dan Tuah Rajo di Desa

Rantau Suli adalah sebagai berikut :

Tabel 20 Daya Generator

No Nama Desa Nama Air Terjun Nama SungaiDaya

(KVA)

1 Renah Plaan Batu Berdiri Batu Berdiri 195,58

5.4.3 Transformator

Pada sistem jaringan distribusi 20 kV dibutuhkan sementara jaringan 380/220V,

dikarenakan jarak yang jauh dari pembangkit ke konsumen maka akan terjadi penurunan

tegangan dll, dengan alasan tersebut diatas perlu adanya pemasangan transformator,

32

dengan kata lain adanya sebuah Gardu disisi stasiun pembangkit yang fungsinya untuk

menaikkan tegangan 380/220V ke 20/11,5 kV dan transformator penurunan tegangan

yang dipasang pada area konsumen dan sebaliknya.

Transformator Distribusi step-up (menaikan) dan step-down tegangan harus pada

kontruksi 3 (tiga) Phasa dan kapasitas standar yang digunakan pada hasil survey ini

adalah menggunakan transformator 100 kVA dan 600 kVA.

Transformator Arus dan Tegangan juga digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan

dan arus pada transmisi (penyaluran) terhadap gangguan internal dan eksternal dengan

kemampuan 30 VA dan 50 VA.

5.4.4 Tiang

Penggunaan tiang sebagai penyangga transmisi 20 kV dari pembangkit sampai ke

transformator distribusi hingga konsumen sangat dibutuhkan. Jenis yang digunakan

adalah tiang kayu dengan tinggi tiang untuk tegangan 20 kV dan 380/220 V adalah 9 m

dan 7 m, serta jarak antar tiang untuk daerah pemukiman dan diluar pemukiman yaitu 50

m dan 80 m.

Jarak bebas minimum konduktor dari atas tanah untuk saluran tegangan 20 kV adalah 6

m, sedangkan untuk saluran tegangan rendah yaitu 4 m.

5.4.5 Konduktor

Ukuran konduktor dipilih dengan melihat jumlah beban sekarang, beban perkiraan,

hubung singkat, kapasitas arus konduktor, rugi tegangan, rugi daya dan kekuatan

mekanikal, dll. Jenis konduktor yang dipakai untuk tegangan 20 kV adalah konduktor

Twisted 4 x 70 mm2 dan tegangan rendah konduktor adalah Twisted 4 x 35

mm2 serta Twisted 4 x 16 mm2.

5.4.6 Pengaman

Pengaman jaringan menengah yang digunakan adalah sebagai berikut:

- Fuse pemutus 20 kV yang di sesuaikan dengan transformator.

- Relay-relay.

- Penangkal petir , dll

33

Pengaman jaringan rendah menggunakan :

- Rangkaian pemutus tegangan rendah, yang dioperasikan dengan tangkai untuk

kapasitas trafo 25 kVA.

- Kotak pengaman dengan fuse untuk transformator.

5.4.7 Pasangan Sambungan Rumah

Untuk pemasangan sambungan rumah menggunakan kabel twisted berinti aluminium

dengan diameter untuk aluminium sebesar 4 mm sampai 16 mm. Dari tiang kabel ditarik

langsung ke rumah konsumen dengan jarak bebas minimum 3 – 4 m, dan perlu

diperhatikan bahwa kabel dari bagian area yang paling kecil harus digunakan dengan

pertimbangan:

- Kapasitas dari kawat penghantar mampu untuk membawa arus beban puncak.

- Mampu menahan rugi-rugi tegangan pada kawat penghantar.

5.4.8 Pengkabelan dalam Rumah

Perencanaan daya untuk pemasangan pengkabelan rumah digunakan 450 watt,

menggunakan fuse 2 Ampere sebagai pengaman kelebihan daya.

Instalasi pengkabelan dapat dilihat pada gambar dibawah.

Gbr 14 Diagram Rangkaian Instalasi Rumah

34