BAB IIIKEGIATAN KHUSUS

3.1. Proses Pembangkitan Listrik pada PLTA WonorejoPembangkit Listrik Tenaga Air merupakan suatu pembangkit yang bahan baku untuk penggerak turbin generator adalah air. PLTA Wonorejo merupakan salah satu unit pembangkit brantas yang menggunakan tenaga air dalam proses pembangkitannya. Pada PLTA Wonorejo menggunakan tenaga air yang dimanfaatkan tersebut adalah energi potensial, yaitu energi yang berdasarkan pada perbedaan ketinggian. Energi potensial tersebut akan timbul jika air mengalir dari tempat yang tinggi menuju tempat lebih rendah. Energi aliran air tersebut dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin air yang dihubungkan seporos dengan rotor generator. Putarana rotor pada generator akan menimbulkan induksi medan magnet, induksi medan motor terjadi karena adanya belitan yang ada pada stator dan putaran rotor, sehingga apabila rotor berputaran akan menibulkan GGL (Gerak Gaya Listrik) induksi, besarnya GGL induksi yang dihasilkan generator tergantung pada kecepatan putaran rotor, jumlah kutub dan jumlah belitan pada stator. Proses pembangkit listrik pada PLTA Wonorejo dijalskan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Proses Pembangkit Listrik PLTAProses pembangkit listrik pada PLTA Wonorejo memiliki bebrapa peralatan utama seperti yang terlihat pada gambar 3.1. yaitu :a. Reservoir Reservoir merupakan penampang air waduk yang artinya akan digunakan sebagai sumber tenaga air utama pada proses pembangkitan listrik di PLTA Wonorejo.b. IntakeIntake merupakan tempat masuknya air dari waduk (reservoir) ke pipa pesatc. Control Gate Control Gate merupakan pintu utama yang menghubungkananatar resevoir dengan pipa pesat.d. Penstock Pada dasarnya penstock merupakan pipa penghubung antar intake dan turbin.e. TurbinTurbin merupakan alat yang digunakan untuk merubah energy potensial menjadi energymekanik.f. GeneratorGenerator merupakan mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energy mekanik menjasi energy listrik.g. Transformator Step-UpAdalah peralatan listrik yang digunakan untuk menaikkan tegangan pada keluaran generator.h. Power LineMerupakan jalur yang digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari keluaran transformator ke gardu induk.Pada umumnya untuk memperoleh energi potensial yang dibutuhkan untuk memutar turbin, suatu PLTA memanfaatkan ketinggian air antara bagian hulu dengan bagian hilirnya. Semakin besar perbedaan ketinggian maka akan semakin besar pula energi listrik yang dihasilkan oleh PLTA tersebut. Agar memperoleh ketinggian yang lebih besar, PLTA Wonorejo membangun suatu waduk dengan cara menbendung aliran sungai, sehingga elevasi air dapat meningkat.Air yang tertampung pada waduk dialirkan melewati pintu pengambilan air (intake gate) yang melewati saluran air. Saluran air yang mendatar tersebut pada PLTA Wonorejo berupa saluran tertutup (tunnel) atau dinamakan headrace tunnel. Selanjutnya air dialirkan ke pipa pesat (Penstock).Sebelum melalui pipa pesat, air pada umunya melewati bangunan tangki pandatar (Surge Tank) yang berfungsi sebagai pengaman pipa pesat apabila terjadi perubahan tekanan secara tiba-tiba pada pengoperasian intle valve. Namun pada PLTA Wonorejo tidak diperlukan tangki pendatar, dikarenakan pipa pesat tidak terlalu panjang dan posisi sudut pipa dengan kedataran tanah tidak terlau besar. Pipa penstock memiliki diameter lebih kecil dibandingkan dengan bagian intake, hal ini tujuan agar air dapat mengalir lebih cepat ketika melewati pipa pesat yang nantinya digunakan untuk memutsr turbin. Setelah melewati pipa pesat, air masuk ke turbin melalui katub utama yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliranair pipa ke turbin. Air tersebut memutar sudu-sudu turbin (runner ) dan kembali kesungai melalui saluran pembuangan akhir (tailrace).Poros turbin tesebut dikopel dengan bagian rotor generator sehingga ketika turbun berputar akibat tekanan air, rotor generator juga ikut berputar dan menghasilkan energi listrik pada tegangan 6,6KV dengan daya 7000 KVA san frekuensi 50Hz pada kecepatan nominal. Selanjutnya tegangan tersevut dinaikan pada trafo utama (Main Transformator). Hal ini bertujuan untuk memperkecil arus yang ditransmisikan. Listrik yang telah dinaikan tegangannya disalurkan ke sistem interkoneksi tenaga listrik melalui gardu induk (GI). Adapun urutan proses pembangkitan listrik PLTA Wonorejo mulai dari reservoir sampai dengan menaikkan tegangan pada keluaran generator dijelaskan pada gambar 3.2.

Reservoir Pipa PesatIntake GateInlet ValveTurbin GeneratorTransformator UtamaGovernor Gambar 3.2. Diagram Aliran Proses Pembangkitan Listrik PLTA WonorejoPenjelasan dari gambar 3.2 diatas adalah sebagai berikut :3.2.1. ReservoirReservoir atau waduk merupakan sumber tenaga air utama pada PLTA Wonorejo. Elevasi pada Waduk Wonorejo mempengaruhi tekanan air yang akan memutar turbin pada PLTA. Semakin tinggi elevasi pada waduk maka akan semakin besar pula tekanan air yang masuk ke penstock. Adapun elevasi tertinggi waduk adalah 183.000 m dan elevasi terendah adalah 141.000 m.

3.2.2. Intake GateIntake Gate berfungsi untuk mengatur aliran air yang masuk ke pipa penstock. Pengaturan aliran air dilakukan denga cara membuka intake gate pada presentase tertentu sesuai dengan elevasi air. Hal ini bertujuan untuk memperoleh tekanan air yang masuk melalui pipa penstock tidak merusak bagian unit pembangkit. Adapun prinsip aliran air yang akan masuk untuk memutar turbin adalah ketika intake gate dibuka pada presentase tertentu, maka air masuk karena gravitasi menarik air melalui penstock dan tekanan air terbentuk untuk memutar turbin.

3.2.3. Pipa Pesat (penstock)Pada PLTA Wonorejo mempunyai satu pipa pesat yang digunakan untuk mengalirkan air sebagai fluida bertekanan untuk menggerakkan turbin sehingga akan memutar generator dan dihasilkan energi listrik.

Gambar 3.3 Pipa Pesat PLTA Wonorejo

Pabrik: Amarta Sakai JapanTinggi tekan maks: 104,3 mPanjang pipa: 154,142 mDiameter dalam :2538 - 1900 1400 mmTebal plat: SS400B 12 mm dan SM 400B 13 14 mmPipa pengeluaran : 102 tonTinggi tekan maks: 83,470 mBerat : 12 ton 3.2.4. Inlet ValveInlet Valve berfungsi sebagai pembuka dan penutuk aliran air dari penstock ke turbin. Pada inlet valve dilengkapi dengan by pass valve yang digunakan untuk mengurangi tekanan kejut dari air yang mendadak memukul turbin serta menjaga kondisi inlet valve pada saat pertama kali air mengalir menuju turbin. Spesifikasi yang digunakan pada PLTA Wonorejo sebagai berikut :Main valveTipe: ButterflyDiameter: 1400 mmDesign pressure: 10,43 kg/cm3Servo motor: 240 dia x 552 strokeOperating oil pressure: normal 24,5 26,0 kg/cm2 , minimum 17,5 kg/cm2

By pass valveTipe: pressure oil operated needle valveDiameter: 150 mmServo motor: 150 dia x 75 strokeOperating oil pressure: normal 24,5 26,0 kg/cm2 , minimum 17,5 kg/cm2

3.2.5. TurbinPada bagian ini air bertekanan diubah menjadi energi mekanik. Proses perubahan energi berawal dari energi potensial dari air bertekanan yang mengenai sudu-sudu turbin. Akibat dari energi tersebut turbin dapat berputar. Semakin besar tekanan dari alliran air tersebut maka akan semakin cepat pula putaran turbin (putaran turbin dalam satuan rpm).

Gambar 3.4 Turbin pada PLTA Wonorejo

3.2.6. Governor ActuatorGovernor merupakan salah satu peralatan bantu yang dimiliki unit pembangkit. Governor digunakan untuk mengubah besaran listrik menjadi besaran mekanik yang nantinya digunakan untuk pengaturan kecepatan putaran turbin generator. Governor juga memiliki fungsi sebagai speed limiter, karena pada saat kecepatan turbin mencapai kecepatan nominal maka governor akan mempertahankan kecepatan tersebut. Namun fungsi utama dari governor pada sistem pembangkit adalah mengatur kecepatan turbin agar mendapakan kecepatan nominal ketika beban bervariasi.Governor yang dipakai untuk keperluan sistem pembangkit dapat dibedakan menjadi tiga, antara lain :a. Mechanic governorb. Electric governorc. Hybrid (mechanic and electric)Sedangkan pada PLTA Wonorejo menggunakan hybrid governor, dimana pada prinsip kerja governor terdapat sistem mekanik maupun sistem elektrik.Untuk spesifikasi governor pada PLTA Wonorejo sebagai berikut :Pabrik : ToshibaType: ED GOV/Z3No Seri: A 107481 530HTekanan operasi nominal : 25 kg/cm3Pada governor PLTA Wonorejo memiliki dua bagian sistem kerja yang saling berkaitan yaitu sistem kerja governor regulator dan sistem kerja governor actuator. Secara umum governor regulator digunakan untuk meregulasi nilai masukan dari sensor kecepatan yang nantinya dikirim ke bagian actuator. Sedangkan governor actuator digunakan untuk menggerakkan guide vane servo motor.

3.2.7. GeneratorGenerator merupakan salah satu peralatan utama pada unit pembangkit. Hal ini karena generator adalah perangkat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Energi mekanik berasal dari putaran turbin. Ketika turbin berputar, maka rotor dari generator juga berputar. Hal ini disebabkan karena bagian rotor generator dipasang seporos dengan turbin. Akibatnya kecepatan putaran rotor generator akan langsung dipengaruhi oleh kecepatan putaran dari turbin.Ketika rotor berputar maka generator belum menghasilkan listrik. Hal ini disebabkan karena generator pembangkit pada PLTA Wonorejo, stator pada generator bukanlah permanent magnet, melainkan suatu kumparan kawat konduktor. Generator dapat menghasilkan listrik apabila telah terjadi proses eksitasi (penguatan). Pada PLTA Wonorejo proses eksitasi pertama dilakukan dengan cara mengalirkan arus searah dari battery ke bagian rotor generator yang telah berputar. Arus yang mengalir pada rotor membentuk suatu medan magnet. Medan magnet yang terbentuk selanjutnya akan menginduksi stator generator. Akibat dari induksi magnet yang berubah-ubah (akibat putaran rotor) pada kumparan stator maka stator akan menghasilkan arus bolak balik.

Gambar 3.11 Generator pada PLTA Wonorejo

Pada dasarnya generator yang digunakan pada PLTA Wonorejo merupakan generator tanpa sikat karbon (brushless). Untuk proses penguatan (eksitasi) pada generator menggunakan sistem eksitasi tanpa sikat (brushless excitation). Penjelasan eksitasi generator tanpa sikat dapat dilihat pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation : 2013)

Dari Gambar 3.12 terlihat bahwa terdapat empat komponen utama pada sistem eksitasi tanpa sikat yaitu pilot exciter, exciter, regulator dan generator utama. Proses eksitasi tanpa sikat bermula ketika turbin memutar rotor generator dan rotor pada pilot exciter. Pada dasarnya pilot exciter merupakan generator arus bolak balik dengan permanen magnet pada bagian statornya. Ketika rotor pilot exciter berputar, maka permanen magnet akan menginduksi bagian rotor pilot exciter. Ketika induksi berlangsung timbulah gerak gaya listrik pada rotor. Arus listrik yang timbul dari bagian rotor pilot exciter kemudian disalurkan ke bagian regulator untuk diregulasi tegangannya. Arus yang keluar dari regulator merupakan arus AC yang nantinya disalurkan ke bagian exciter. Dari bagian exciter dihubungkan ke rolating diode yang berfungsi untuk menyearahkan arus AC pada keluaran exciter. Arus searaha dari rotating diode nantinya akan digunakan untuk proses eksitasi pada generator utama. Arus searah tersebut disalurkan ke bagian rotor pada generator agar mengakibatkan medan magnet terjadi pada bagian rotor. Akibat putaran yang ditimbulkan rotor serta medan magnet yang terbentuk, bagian stator yang berupa belitan kawat konduktor terinduksi dan menghailkan GGL pada stator. Besarnya arus eksitasi juga mempengaruhi tegangan keluaran dari generator utama. Semakin besar arus eksitasi maka semakin besar tegangan pada keluaran generator. Sebaliknya apabila semakin kecil arus eksitasi maka akan semakin kecil pula tegangan keluaran pada generator. Pada sistem eksitasi, arus eksitasi harus dapat membuat tegangan keluaran generator utama stabil untuk itu perlu adanya pengatur tegangan otomatis dan pada pembangkit disebut auto voltage regulator.Adapun keuntungan menggunakan eksitasi tanpa sikat adalah tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang dan juga selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat arang, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.

PEMELIHARAAN TRANSFORMATOR3.2.7. TransformatorPengertian TransformatorTransformator adalah suatu peralatan listrik elektromagnetis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet yang beerja sesuai dengan prinsip kerja induksi elektromagnetis dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.Transformator tenaga adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya listrik daritegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (menstransformasikan tegangan) dengan frekuensi yang sama. Dalam operasi umumnya, transformator tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi sebagai contoh transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan disisi netral 20 kV nya.Transformator tenaga dapat diklarifikasikan menurut fungsi atau pemakaiannya, yaitu : Transformator mesin (untuk mesin-mesin listrik) Transformator gardu induk Transformator distribusiBerikut adalah data Transformator Tenaga yang digunakan pada PLTA Wonorejo yang mentransformasikan tegangan 11 kV dari pembangkit (generator) menjadi 20 kV ke Saluran Udara Ekstra Tinggi (SUTET).

35

GeneratorUtama

Exciter

PilotExciter

U

S

REG