4 - 1

BAB -4 DESAIN PERENCANAAN

PLTM OKSIBIL

4.1 Struktur Bangunan Sipil

4.1.1 Rencana Desain Saluran Pengambilan (Intake) tanpa

Bendung

Konstruksi bendung sebetulnya merupakan satu sistem dalam

pembuatan PLTMH, namun dengan mempertimbangkan

beberapa hal baik secara teknis maupun non teknis dapat

mempengaruhi keberadaan suatu bendung.

Sesuai dengan fungsi dan definisi keberadaannya, maka perlu

bagi suatu saluran pengambil (intake) untuk menaikkan muka

air sungai agar dapat mengalir melalui saluran yang selanjutnya

menuju pada bak-bak struktural lainnya seperti bak pengendap,

bak penenang dan pipa pesat (penstock). Namun hal ini akan

sulit ditempuh apabila kondisi normal aliran sungai, kondisi

topografi, besaran debit andalan dan rencana, maupun

besarnya anggaran yang disiapkan sangat terbatas.

4 - 2

Secara detail hal-hal tersebut diatas dapat dijelaskan sebagai

berikut :

1. Debit rencana yang diperlukan, dibawah 20% atau diatas

95% debit andalan rerata minimum dalam setahun.

Debit rencana yang diperlukan untuk membangkitkan

potensi energi PLTM sebesar hampir 20% debit andalan,

sangat menyulitkan secara geomorfologis aliran maupun

topografis untuk dibendung mengingat daya seret aliran

(drag force) dan debit aliran sungai yang cukup besar.

Apalagi kalau debit dan kondisi aliran tersebut dalam

keadaaan normal, belum terhitung kondisi banjir 5

tahunan, 10 atau bahkan 20 tahunan.

Demikian pula dengan tingkat probabilitas debit aliran

yang tertuang dalam grafik FDC, dimana dengan kondisi

7 m3/detik (sesuai analisis kebutuhan PLTM Oksibil)

terhitung dalam waktu setahun periode kejadiannya bisa

mencapai 95%, artinya sepanjang tahun itu debit yang

terjadi bisa melebihi dari analisis yang dibutuhkan oleh

PLTM. Sehingga selama kurun waktu satu tahun debit

diatas 7 m3/detik dapat terjadi sepanjang tahun dengan

prosentasi 5% yang dibawah 7 m3/detik.

4 - 3

GAMBAR 4-1 ; POSISI DEBIT RENCANA DALAM FDC

2. Besarnya potensi banjir tahunan baik 2, 5, 10, 25 bahkan

50 tahunan.

Melihat besarnya potensi banjir di aliran sungai PLTM

Oksibil, maka apabila diambil untuk banjir tahunan selang

waktu 2 tahunan dipastikan akan sulit bagi konstruksi

Q = 7,0 m3/det

Q = 7,0 m3/det

4 - 4

bendung untuk bertahan terhadap dampak buruk banjir

di lokasi tersebut.

GAMBAR 4-2 ; POSISI BESARAN BANJIR TAHUNAN

Sehingga kekhawatiran berupa bahaya longsor, amblas

terbawa arus sungai maupun tergerusnya pondasi dasar

bendung bisa terjadi. Bahkan hasil analisis debit banjir

rancangan pada jam ke-0~2 jam pertama debit yang

terjadi berkisar antara 15 m3/det sampai 101 m3/det

sehingga dapat mengakibatkan terjadinya gerusan

(scouring) dan runtuhnya pondasi (instability drag force).

3. Elevasi permukaan air di aliran sungai dan lokasi

pengambilan air (intake) berada pada elevasi yang sama.

Dari pengukuran topografi elevasi normal muka air

sungai berada pada ketinggian 424 dpl, dengan wilayah

daratan tepi sungai yang relatif landai dan datar untuk

4 - 5

ELEV

SALURAN

MAN +424.0

DASAR +422.0

MTA +424.0

TANGGUL

MAN +424.0

DASAR +422.0

dibuat bak penampung dan pengendap. Demikian pula

dengan kondisi topografi sepanjang titik pengambilan

sampai lokasi bak penenang berada pada garis kontur

utama (tiap 10 m) yang sama dengan perbedaan

ketinggian berkisar antara 5-8 m. Sehingga dapat

dikatakan bahwa muka air normal dan elevasi permukaan

tanah di lokasi pengambilan (intake) berada pada elevasi

yang sama.

Namun yang perlu diperhatikan adalah perlunya

penghalang atau tanggul (barrier/backdrop) saat air

sungai akan memasuki saluran pengambilan (intake) yang

berfungsi mencegah adanya batuan (sedimen/debris)

masuk ke saluran pembawa dan bak pengendap sekaligus

untuk memberi dorongan pada kecepatan awal di saluran

pengambilan.

GAMBAR 4-3 ; POTONGAN MELINTANG SUNGAI DAN

RENCANA SALURAN INTAKE

4 - 6

4. Volume dan Dimensi Konstruksi Bendung Tetap atau

Bendung Sementara yang besar.

Melihat nilai debit dan lebar penampang sungai yang

relatif besar, maka perlu analisis stabilitas struktur

dengan volume yang cukup besar. Dengan hasil

pengukuran dan analisis yang telah dilakukan bahwa

rata-rata debit normal minimum yang berkisar 36.44

m3/detik dengan kedalaman rata-rata dasar sungai 2-3 m

diperkirakan membutuhkan volume diatas 36 m2 untuk

menahan air sungai sebesar itu.

Perlu diperhatikan bahwa dalam pemilihan lokasi

bendung ini juga sangat dipengaruhi oleh kondisi

topografi, kondisi hidraulik dan morfologi sungai serta

kondisi geoteknik tanah dibawah bendung. Pada

prinsipnya dimanapun bisa, namun pemakaian volume

dan jenis material akan spesifik dan kondisional demikian

pula dengan pembiayaannya.

Demikian pula dengan persyaratan keamanan bendung

baik terhadap geser, guling dan rembesan (piping) akan

meningkat seiring dengan besarnya debit yang melalui

bendung tersebut.

4 - 7

Akibatnya konstruksi geoteknik dan hidraulik bendung

harus mampu bekerja terhadap :

Berat sendiri konstruksi bendung

Tekanan air normal setinggi bendung dan setinggi

muka air banjir rencana

Tekanan lumpur, sedimen pasir bahkan material

terbawa arus lainnya (kayu/binatang).

Gaya gempa, tekanan bawah bendung (uplift

force)

Sehingga secara makro dibutuhkan biaya untuk

pembuatan bendung dengan material beton normal

tanpa besi penulangan sebesar 36.06 m2 x 30 m (panjang

sungai) x Rp. 9.000.000,- (Analisa Harga Satuan Oksibil) ,

maka didapat biaya kurang lebih 9 milyar, biaya ini belum

termasuk pekerjaan pendukung seperti pembuatan

cofferdam / kisdam / bangunan pengelak, waktu yang

tepat untuk pembuatannya karena harus menunggu saat

surut yang tepat. Serta volume pekerjaan pengecoran

yang memerlukan sarana konstruksi yang banyak

menuntut mobilisasi yang tidak sedikit.

Demikian pula dengan bendung sementara dari kawat

bronjong, secara teknis tidak memungkinkan untuk

dibuat.

4 - 8

Perencanaan dan desain intake dari PLTM Oksibil dapat

diuraikan sebagai berikut :

a. Perhitungan perencanaan intake mengacu pada

kondisi debit yang direkomendasikan dalam analisa

hidrologi, yaitu :

Qdesign = Q andalan minimum rerata dalam setahun x 19.2%

= 36,44 x 0,192 = 7,00 m3/detik

b. Tinggi tekanan (desain head), dihitung dengan

rumus :

Ha = He – v2/2g

= 1,5 – 22/ (2 x 9,81) = 1,5 –0,204 = 1,296 m

Berdasarkan perhitungan tersebut dapat

disimpulkan bahwa untuk :

Tinggi muka air di bibir saluran intake, Ha =

1,296 m ≈ 1,5 m dari dasar saluran / 2 m dari

dasar sungai.

Tinggi lantai depan pintu intake : dasar sungai

+ elevasi dasar saluran (0,0 m) + bukaan (0,5

s/d 1,5m ).

c. Dimensi pintu intake :

Qdesign =K . 𝜇 . b. a . √2. g. h1

7,00 = 0,8 . 0,55 . b . 1,5 . √2. 9,81 . 0,3 = 1,67.b

4 - 9

Nilai 𝜇 diperoleh dari grafik dibawah ini :

GAMBAR 4-4 ; GRAFIK UNTUK NILAI 𝜇

Nilai K diperoleh dari grafik dibawah ini :

GAMBAR 4-5 ; GRAFIK UNTUK NILAI - K

Maka diperoleh :

Lebar bukaan b = 7,0/1,75 = 3,999 m dipakai

dengan 2 pilar pintu 1,5 x 2 buah.

Kecepatan arus V = 0,8.√2 . 9,81 . 0,3

= 2 m/detik.

4 - 10

d. Debit Rencana : 7,00 m3/detik

e. Material Pintu intake :

Pasangan beton bertulang

Pintu intake pasangan beton bertulang +

pintu besi + rangka besi

Ukuran pintu : L x t = 1,5 m x 2.0 m

f. Material Saluran intake :

Dinding : pasangan batu pecah + plesteran

Lantai : pasangan batu pecah + plesteran.

Bentuk saluran : trapesium saluran terbuka

Pondasi : pelat setempat + pondasi bore pile

Elevasi permukaan sungai 424 m dpl

Panjang saluran intake : 147,5 m (intake ke

bak pengendap)

Ukuran saluran intake : L atas/bawah x t =

6/4x 3,5 m.

g. Berada pada koordinat antara 140O 42' 49,832" E

dan 5O 0' 18,398" S.

h. Berdasarkan debit andalan rerata minimum

setahun sungai Digul (36,46 m3/dt) dan debit

rencana untuk PLTM Oksibil (7,005 m3/dt) maka

tidak diperlukan bangunan Bendung karena debit

4 - 11

yang dibutuhkan kurang dari atau sama dengan ±

19.2 % dari debit andalan.

i. Intake dan bangunan pembilas menjadi satu unit

dan bekerja secara bersamaan, pintu intake

memiliki dua fungsi yaitu sebagai pengatur debit air

masuk dan sarana perawatan saluran air ke bak

pengendap.

j. Ketinggian dasar saluran intake sama dengan

elevasi dasar sungai (422 mdpl) agar air tetap

mengalir pelan dengan kecepatan antara 0,3 – 0,6

kedalam intake dan saluran meskipun tidak

menggunakan bangunan bendung.

k. Konstruksi penghadang sedimen dan agregat lain

di bibir intake menggunakan beronjong, beronjong

sengaja dipilih karena masih bisa dilewati air melalui

pori – pori atau celah batu bronjong, ketinggian

beronjong diambil 1 (satu) meter diatas permukaan

dasar lantai intake dan berada disisi paling luar bibir

intake dengan sebagian konstruksi berada diluar

lantai intake.

4 - 12

GAMBAR 4-6 ;TIPIKAL SALURAN INTAKE+ BENDUNG

4.1.2 Rencana Desain Saluran Pembawa Air

Tipe saluran pembawa untuk PLTM Oksibil berupa saluran

terbuka. Saluran pembawa air, kecuali Penstock pipe dan Tail

Race harus mampu menampung debit air 10% lebih besar dari

debit rancangan, agar pada saat operasional, muka air di bak

penenang ( forebay ) tidak turun dari ketinggian dan terhindar

dari pelimpasan ( overtopping ) apabila terjadi kelebihan debit.

Adapun ketentuan desain perencanaan saluran pembawa air

sebagai berikut :

Tidak disarankan menggunakan saluran alami dari tanah,

karena aliran yang fluktuatif akan berakibat terhadap erosi

dan sedimentasi di badan saluran.

4 - 13

Acian dinding saluran pembawa menggunakan adukan

semen dengan perbandingan minimum campuran 1:3

dengan ketebalan minimal 3 cm.

Penguatan slope tanah pada daerah yang rawan longsor

disesuaikan dengan kondisi lapangan dan kemiringan yang

curam tanpa penguatan alami berupa rumput atau

pepohonan.

Jembatan pipa/talang dapat dipakai pada daerah rawan

longsor.

Tinggi muka air minimal berjarak 25 cm dari bibir saluran

(freeboard) pada saat beban maksimal di saluran

pembawa.

Perencanaan dan desain saluran pembawa air PLTM Oksibil

dapat diuraikan sebagai berikut :

(a) Perencananan hidrolis saluran pembawa air :

Perencanaan hidrolis saluran pembawa air dilakukan untuk

memperoleh ukuran penampang saluran yang optimal.

Dimensi saluran dihitung menggunakan rumus aliran

seragam ( uniform flow), yaitu :

𝑄 = 𝐴 𝑥 𝑉

𝑉 =1

𝑛 𝑥 𝑅

2

3 𝑥 𝑆1

2

Keterangan :

Q = debit aliran (m3/dt)

4 - 14

A = luas penampang saluran terbasahi (m2)

P = keliling saluran terasahi (m)

V = kecepatan aliran (m2)

R = jari-jari hidrolis (m)

S = kemiringan dasar saluran (slope)

n = koefisien kekasaran saluran Manning

(0,025 untuk tanah; 0,020 untuk pasangan batu dan

0,015 untuk beton)

(b) Perencanaan jari-jari minimum tikungan saluran :

Jari-jari minimum tikungan saluran dengan : Q < 10

m3/detik sehingga r ≥ 3h.

(c) Perencanaan kecepatan maksimum dan minimum :

Kecepatan aliran pada saluran direncanakan agar tidak

terjadi penggerusan akibat kecepatan tinggi dan tidak

terjadi sedimentasi akibat kecepatan rendah. Kecepatan

minimum yang diijinkan tergantung diameter material

sedimen yang terangkut untuk mencegah pengendapan

sedimen layang di dasar saluran.

1. Kecepatan maksimum :

3,0 m/detik pakai lining/pasangan

1,6 m/detik tanpa lining/pasangan

2. Kecepatan minimum :

0,3 m/detik pakai lining/pasangan

0,6 m/detik tanpa lining/pasangan

4 - 15

(d) Pembuatan Trash Crack

Pada jalur masuk santrap dan bak penenang (forebay)

dibuat trash crack dengan ukuran saringan mesh 5 cm

yang berfungsi menahan sampah yang akan masuk ke

sandtrap dan forebay.

Hasil Perhitungan Desain Saluran Pembawa Air adalah:

Panjang Saluran : 1.377 meter

Kecepatan minimum dan maksimum dalam saluran yang

harus dijaga V = 1,5 – 2,0 m/detik tanpa lining/pasangan,

sehingga dengan Qintake = 7,0 m3/detik tidak terjadi

endapan di saluran.

Tipe saluran ( head race ) yang direncanakan adalah

saluran terbuka dengan pasangan Batu Kali dan Beton

Rabat.

Lebar atas saluran : 2,6 meter

Lebar bawah : 1,0 meter

Kedalaman Saluran : 2,4 meter

Tinggi tanggul : 0,38 meter

Lebar tanggul : 1,2 meter (satu sisi)

Saluran drainase : sepanjang dinding tebing

Ukuran drainase : 0,5 X 0,5 meter (l x d)

Kemiringan saluran : 0,002

4 - 16

GAMBAR 4-7 ; POTONGAN SALURAN PEMBAWA AIR (HEAD RACE)

4.1.3 Rencana Desain Bak Pengendap

Desain bangunan pengendap (settling basin) dalam

perencanaan PLTM Oksibil, mengikuti ketentuan sebagai

berikut :

1. Bak pengendap harus mampu mengendapkan material

sedimen seperti tanah, pasir dan bebatuan.

2. Aliran air harus tidak menimbulkan olakan (turbulen) di

dalam bak pengendap sehingga material sedimen bisa

dengan mudah diendapkan.

3. Bak pengendap harus dibuat dari konstruksi yang kuat

menahan beban hidrostastis seperti beton bertulang,

pasangan batu dengan campuran 1 : 2 atau komposit.

4 - 17

4. Mekanisme pembuangan endapan harus ada dan dapat

berupa pintu air atau jenis lain. Jika debit aliran yang

digunakan pembangkit adalah mata air yang tidak

membawa material sedimen, maka bak pengendap tidak

diperlukan.

5. Apabila kualitas air untuk pembangkit dinilai buruk dan

banyak membawa material sedimen, maka setelah

bangunan intake harus dilengkapi dengan bak

pengendap.

6. Kemiringan lantai bak pengendap setidaknya 1 : 20 untuk

intake lateral atau 1 : 10 untuk intake tipe drop (river bed

intake).

7. Bentuk bak harus sedemikian rupa sehingga endapan

terkumpul di ujung bak dan mendekati sistem pembuang

atau pintu penguras.

8. Kapasitas pintu penguras harus cukup besar sehingga air

di bak pengendap tetap bisa terbuang sementara intake

tetap terbuka penuh untuk memasukkan air penguras.

9. Spillway yang direncanakan berhubungan dengan bak

pengendap sebaiknya ada di sepanjang bak di sisi sungai

sehingga luapan air dapat langsung terbuang ke sungai.

Walaupun di pintu pengambilan air telah dipasang filter atau

saringan baja namun masuknya sedimen ke dalam jaringan

saluran pembawa air, masih tetap banyak partikel-partikel halus

yang lolos. Untuk mencegah agar sedimen ini tidak masuk ke

4 - 18

dalam pipa pesat yang dapat merusak mesin turbin, maka pada

bagian akhir dari saluran pembawa air sebelum menuju ke bak

penenang direncanakan bak pengendap (kantong lumpur dalam

sistem irigasi) yang berfungsi sebagai tempat endapan sedimen

lumpur dan partikel halus lainnya.

Bak Pengendap ini merupakan pembesaran potongan melintang

saluran pembawa air sampai panjang tertentu untuk

mengurangi kecepatan aliran dan memberi kesempatan kepada

sedimen untuk mengendap.

Untuk menampung endapan sedimen ini, dasar bagian saluran

tersebut diperdalam atau diperlebar. Tampungan ini dibersihkan

pada setiap jangka waktu tertentu (kurang lebih sekali

seminggu atau setengah bulan) dengan cara membilas

sedimennya kembali ke sungai dengan aliran terkonsentrasi

yang berkecepatan tinggi.

Keadaan topografi tepi sungai maupun kemiringan sungai itu

sendiri akan berpengaruh terhadap biaya pembuatan bak

pengendap. Karena memerlukan banyak ruang dan

bangunan. Oleh karena itu, kemungkinan penempatannya

dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi bangunan utama.

Kemiringan dasar bak pengendap harus curam untuk

menciptakan kehilangan tinggi energi yang diperlukan untuk

pembilasan di sepanjang bak pengendap. Tinggi energi dapat

dilakukan dengan menambah elevasi sepanjang saluran atau

4 - 19

mercu, tapi hal ini jelas akan memperbesar biaya pembuatan

bangunan.

Dimensi-dimensi L (panjang) dan B (lebar) kantong lumpur

dapat diturunkan dari persamaan matematis. Partikel yang

masuk ke kolam pada A, dengan kecepatan endap partikel w

dan kecepatan air v harus mencapai dasar pada C. Ini berakibat

bahwa, partikel, selama waktu (H/w) yang diperlukan untuk

mencapai dasar, akan berjalan (berpindah) secara horisontal

sepanjang jarak L dalam waktu L/v.

Jadi, H

W =

L

v, dengan v =

Q

HB

dimana :

H = kedalaman aliran saluran (m)

w = kecepatan endap partikel sedimen (m/dt)

L = panjang kantong lumpur (m)

v = kecepatan aliran air (m/dt)

Q = debit saluran (m3/dt)

B = lebar kantong lumpur (m)

Sehingga menghasilkan : LB = Q

W

Karena sangat sederhana, rumus ini dapat dipakai untuk

membuat perkiraan awal dimensi-dimensi tersebut. Untuk

perencanaan yang lebih detail, harus dipakai faktor koreksi guna

menyelaraskan faktor-faktor yang mengganggu, seperti

4 - 20

turbulensi air, pengendapan yang terhalang dan volume bahan

layang sangat banyak.

Dimensi kantong sebaiknya juga sesuai dengan kaidah bahwa

L/B > 8, untuk mencegah agar aliran tidak “meander” di dalam

kantong. Apabila topografi tidak memungkinkan diturutinya

kaidah ini, maka kantong harus dibagi-bagi ke arah memanjang

dengan dinding-dinding pemisah (devider wall) untuk mencapai

perbandingan antara L dan B ini.

Analisis perencanaan dan desain bak pengendap PLTM Oksibil

ini berdasarkan persamaan :

H

0.2)(H

w

v

7.51

λ

w

QLB

20.52 xxx

dimana :

L = panjang kantong lumpur (m)

B = lebar kantong lumpur (m)

Q = debit saluran (m3/dt)

w = kecepatan endap partikel sedimen (m/dt)

= koefisiensi pembagian/distribusi Gauss

adalah fungsi D/T, di mana D = jumlah sedimen yang

diendapkan dan T = jumlah sedimen yang diangkut

= 0,00 untuk D/T = 0,50

= 1,20 untuk D/T = 0,95

= 1,55 untuk D/T = 0,98

v = kecepatan rata-rata aliran (m/dt)

H = kedalaman aliran air di saluran (m)

4 - 21

Hasil Perhitungan Desain Bak Pengendap :

Debit saluran Qintake = 7.005 m3/detik.

Volume yang ditampung bertahan 20 ~ 30 x Q = (20 ~ 30) x

Q = 140 ~ 210 m3/detik, untuk menjamin kesediaan air di

saluran pembawa ke bak penenang diambil 200 m3/detik

Dimensi bak pengendap : kedalaman x panjang x lebar =

2.3 x 30 x 4 = 276 m3.

Pintu masuk saluran trapesium (dasar x lebar atas x

dalam) = 4 x 6 x 3.5 m.

Rasio panjang terhadap lebar disarankan L/B = 30 / 3.5 =

8,5 disarankan ≥ 8.

Konstruksi : pasangan batu kali

Dasar saluran : pasangan batu kali

GAMBAR 4-8 ; DESAIN DENAH BAK PENGENDAP

4 - 22

GAMBAR 4-9 ; DESAIN POTONGAN BAK PENGENDAP

4.1.4 Rencana Desain Bak Penenang

Sebagaimana fungsi dan karakteristik bangunan bak penenang

(forebay) ini, maka direncanakan sebagai berikut :

1. Bangunan forebay dibuat dari konstruksi kedap air dan

tahan bocor dan menghubungkan saluran pembawa dan

penstock.

2. Bangunan forebay berbentuk tangki bisa dibuat dari

pasangan batu atau beton bertulang. Ketebalan beton

minimal 25 cm.

4 - 23

3. Bangunan forebay harus dilengkapi dengan :

a. Trashrack yang lebih halus.

b. Bangunan spillwayberkapasitas 120% dari debit

rancangan.

c. Saluran pembuangan dari flushgate untuk

membuang endapan lebih baik terpisah dari

saluran spillway.

d. Saluran pembuang air dari spillway dilengkapi

dengan struktur pemecah energi air.

4. Lebar bangunan forebay setidaknya selebar trashrack dan

bangunan spillway sebaiknya sepanjang forebay.

5. Penstock pipe harus terendam air dalam kedalaman

minimum 2 kali diameter pipa penstock dan jarak penstock

pipe dari dasar bangunan forebay minimum 30 cm.

6. Endapan direncanakan sedemikian rupa sehingga tidak

masuk ke pipa penstock.

7. Tenaga harus disediakan untuk pembersihan tangki

bangunan forebay.

Perencanaan Bak Penenang pada prinsipnya sifat aliran adalah

aliran seragam dengan syarat tidak terjadi turbulensi.

4 - 24

Hasil Perhitungan Desain Bak Penenang :

Debit andalan Qintake = 7,005 m3/detik.

Volume yang ditampung bertahan 10~20 x Q = (10~20) x Q

= 70 ~ 140 m3, untuk menjamin aliran steady di pipa

pesatnya diambil 140 m3 dengan ukuran bak 15 x 8 x 3 m.

Kedalaman bak penenang diambil minimal 1.5 ~ 2 x

Diameter pipa = 2 x 0,76 m = 2 m dipakai dalam

perencanaan ini 3 m.

Dimensi bak penenang : kedalaman x panjang x lebar = 4

x 20.0 x 7.00 = 560 m3.

Pintu penguras (dasar x lebar atas x dalam) = 1,5 x 3,5 m.

Elevasi dasar bak penenang 415,7 m dpl, elevasi air di bak

penenang 419.67 mdpl.

GAMBAR 4-10 ;DENAH BAK PENENANG (FOREBAY)

4 - 25

GAMBAR 4-11; GAMBAR POTONGAN BAK PENENANG (FOREBAY)

4.1.5 Rencana Desain Pipa Pesat

Pipa pesat (penstock pipe) adalah pipa yang menyalurkan alir

untuk menggerakkan turbin PLTM. Tipe pipa pesat mengikuti

skema PLTM, dengan beberapa alternatif, yaitu : Head rendah

dengan saluran (Low head with cannel), Low head river barrage,

High head no channel, dan High head with channel. Terdapat

beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam desain pipa

pesat (penstock pipe), yaitu :

1. Bahan Pipa Pesat

Saat ini beberapa bahan digunakan untuk penstock pipe

memiliki karakteristik yang berbeda. Hal yang terpenting

4 - 26

dari bahan ini adalah kemampuan kerja, kesesuaian

tekanan yang diijinkan dan kerapatan terhadap potensi

kebocoran.

2. Penstock pipe harus dicegah terjadinya korosi, keamanan

menjadi faktor penting.

3. Penstock pipe dirancang sedemikian sehingga kehilangan

tekanan (head losses) di dalam penstock pipe maksimal 10%

dari head total. Penstock pipe yang amat panjang,

maksimal 5 kali ketinggian head maksimal kehilangan

tekanan 15% masih bisa ditoleransi.

4. Tingkat tekanan yang bisa diterima harus

mempertimbangkan tekanan tiba-tiba (surge pressure),

tekanan statis dan tekanan yang dihasilkan karena

penutupan guide vane. Spesifikasi tekanan ini bisa

diaplikasikan di seluruh bagian penstock pipe.

5. Penstock pipe harus mampu menahan tekanan akibat

water hammer dan harus dilengkapi dengan pipa napas di

ujung atas penstock pipe. Ukuran diameter pipa napas

berkisar 1% sampai 2% diameter penstock pipe. Apabila

diperlukan katub udara (air release valve) dipasang pada

titik-titik dimana ada perubahan arah penstock yang

signifikan seperti pada belokan. Spesifikasi katup udara

disesuaikan dengan tingkat tekanan yang kemungkinan

diterima di titik tersebut.

4 - 27

6. Masalah pabrikasi dan konstruksi penstock bisa dilihat

pada bagian pabrikasi dan konstruksi.

TABEL 4-1

PROPERTI TEKNIS MATERIAL PIPA PESAT

Material

Young's modulus

of elasticity E (N/m2 )x109

linear expansion

a (n/m QC)x106

Ultimate tensile

strength (N/m2 )x106

N

Welded steel 206 12 400 0.012

Polyethylene 0.55 140 5 0.009

Polyvinyl chloride (PVC)

2.75 54 13 3,009

Analisis perencanaan dan desain pipa pesat (penstock pipe)

PLTM Oksibil diuraikan sebagai berikut :

(a) Perhitungan diameter minimum penstock, dapat

diestimasi dengan menggunakan persamaan :

𝐷 = 0,72 𝑥𝑄0,5atau 𝐷 = 2,69 [𝑛2.𝑄2.𝐿

𝐻]

0,1875

dimana :

D = diameter dalam pipa (m)

H = tinggi terjun desain (m)

L = panjang pipa pesat (m)

n = koefisien manning, untuk baja 0.012

Q = debit rencana (m3/detik)

4 - 28

(b) Perhitungan tebal minimum dinding pipa penstock,

dapat dihitung menggunakan persamaan :

𝑡𝑝 = (𝑃 . 𝐷

. 𝜂) + 𝜀

tp > 2,5 D + 1,2 mm (ASME standard)

> (D+508)/1500 mm

dimana :

tp = Tebal plat (mm)

H = Tinggi terjun desain (m)

P = Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 x Hdyn

Hdyn = 1,2 x H (m)

s = Tegangan ijin plat (kg/cm2), untuk SS41 = 1100

kg/cm2

η = Efisiensi sambungan las (0,9 untuk pengelasan

dengan inspeksi x-ray dan 0,8 untuk pengelasan

biasa)

ε = Korosi plat yang diijinkan (1-3 mm)

Hasil perhitungan awal tersebut akan dikoreksi dengan

memperhatikan faktor keamanan terhadap water

hammer.

(c) Perhitungan tekanan maksimum akibat water hammer,

yaitu adanya tekanan balik akibat tertahannya aliran air

oleh penutupan katup (saat maintenance) akan

berinteraksi dengan tekanan air yang menuju inlet valve

sehingga terjadi tekanan tinggi yang dapat merusak

penstock.

4 - 29

𝑃 = (𝛼 . 𝑉

2. 𝑔. 𝐻) < 1

𝑉 = (𝑄

14.𝜋.𝐷2

) < 1

dimana :

= kecepatan rambat gelombang tekanan

(m/det) = 1000

(50 + k Dtp

)0,5

k = 0,5 untuk baja dan 1 untuk besi tuang

H = tekanan hidrostatis (m)

V = kecepatan rata-rata dalam aliran (m/det)

(d) Perhitungan tekanan radial akibat tekanan hidrostatik

untuk mengetahui batas ijin kemampuan pipa dalam

menerima tekanan maka dikontrol dengan persamaan

berikut :

σ = P. R

(tp-ε)η(kg/ cm2)

dimana :

P = tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 x Hdyn

=0,1 x (1,2 x30) = 3,6

H = tinggi terjun desain (m) = 95% gross head = 0,95 x 30

= 28,5 m

R = luas basah (m) = π (D + ε )

D = diameter dalam pipa (m)

4 - 30

tp = tebal pelat (mm)

ε = korosi dalam pelat yang diijinkan (1-3 mm)

η = efisiensi sambungan las 0,85

(e) Perhitungan perletakan tumpuan Pipa Pesat

Tumpuan penstock berfungsi untuk mengikat dan

menahan penstock pipe. Jarak antar tumpuan (L)

ditentukan oleh besarnya defleksi maksimum penstock

pipe yang diijinkan.

L = 182,61 x ([(D + 0,0147)4- D4]

P)

0,333

Dimana :

D = Diameter dalam penstock (m)

P = Berat satuan dalam keadaan penuh berisi air (kg/m)

P = Wpipa + Wair

Wpipa = π . D. t .ρbaja

Wair = 0,25 . π .D2 .ρair

(f) Perhitungan pondasi Angker Blok

Fungsi dari angker blok adalah untuk menahan penstock

agar tidak bergerak akibat gaya yang bekerja yang

disebabkan oleh dorongan air dan berat penstock itu

sendiri. Beban tekanan penstock akan ditanggung oleh

anker blok dan dihindari tekanan pada turbin.

4 - 31

Lokasi penempatan anker blok yaitu pada bagian awal

penstock (bagian luar bak penenang), belokan penstock

dan pada saat penstock masuk ke rumah pembangkit

(power house).

Wtotal= Wpipa+ Wair = ¼.π.(Do2-Di

2).tp.γbaja+ γair.¼.π.D2

σ =P

A=

Wtotal + Wangker blok

150 x 450 cm< σtanah

Hasil perhitungan desain pipa pesat (penstock pipe) :

Diameter pipa pesat minimum :

Diameter minimum pipa pesat PLTMH dihitung dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut :

𝐷 = 2,69 [𝑛2. 𝑄2. 𝐿

𝐻]

0,1875

𝐷 = 2,69 [𝑛2. 𝑄2. 𝐿

𝐻]

0,1875

= 2,69 [0,0122. 1.352 . 124

31.96]

0,1875

= 𝟕𝟒𝟎 𝒎𝒎

Dipilih diameter pipa : 760 mm.

4 - 32

Tebal Plat

𝑡𝑝 = (𝑃 . 𝐷

. 𝜂) + 𝜀

Dengan :

H = Tinggi terjun desain (m)

= 0.95 * Hg = 0.95 * 33,64 m = 31,96 m.

Hdyn = 1,2 * H = 1,2 *31.96 m = 38,35 m

P = 0,1 Hdyn = 0,1 * 38, 35 m = 3, 83 Kg/cm2

(tekanan dalam pipa)

Η = 0,8 ( efisiensi sambungan las)

ε = 2,6 mm (korosi ijin plat)

Material Plat yg dipilih :

SS41 dengan material properties

Kekuatan tarik 41 kg/mm2 = 4100 kg/cm2

Batas Mulur 22 kg/mm2 = 2200 kg/cm2

Tegangan ijin = 1100 kg/cm2.

Jadi tebal plat :

𝑡𝑝 = (𝑃 . 𝐷

. 𝜂) + 𝜀 = (

3,83 ∗ 760

1100 ∗ 0,8) + 2,6 𝑚𝑚 = 5,91 𝑚𝑚

Dipilih tebal plat, tp = 6 mm, ukuran 6 mm x 4’ x 8’.

4 - 33

Tekanan maksimum akibat water hammer

𝑃 = (𝛼 . 𝑉

2. 𝑔. 𝐻) < 1

Dengan :

𝛼 =1000

(50 + k D

tp)

0,5 =1000

(50 + 0,5 ∗ (0,76

0.006)0,5

= 93,93 𝑚/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

𝑉 =𝑄

(𝜋𝐷2

4⁄ )=

1,35 𝑚3/𝑠

(𝜋 ∗ (0,76 𝑚)2

4⁄ )

= 2,98 𝑚/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Jadi,

𝑃 = (𝛼 . 𝑉

2. 𝑔. 𝐻) = (

93,93 ∗ 2,98

2 ∗ 𝑔 ∗ 31,96) = 0,45

Cek : P < 1

0,45 < 1 . Terpenuhi. Pipa pesat aman dari water hammer.

Tekanan lingkar akibat tekanan hidrostatik

σ = P. R

(tp-ε)η= (

3,83 ∗ 21,23

(6 − 2,6) ∗ 0,8) = 29,93 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

Cek :

29,93 kg/cm2 < 1100 kg/cm2.

Dengan demikian pipa pesat aman terhadap tekanan

lingkar akibat tekanan hidrostatik.

4 - 34

Perhitungan jarak angker block :

P =Wtotal = Wpipa+ Wair =¼.π.(Do2-Di

2).γbaja+ γair.¼.π.D2

P = ¼.π. (0,7722 -0,7602).7800 + ¼.π.0,762 .1000

= 112,56 + 453,42 = 565,98 kg/m * 6 m = 3395,89 kg

L = 182,61 . ([(D+0,0147)4-D4]

P)

0,333

= 182,61 . ([(0,760+0,0147)4-0,764]

565,98)

0,333

= 6,61 m

Jadi, dipakai jarak antara dudukan angker tiap 6,00 m.

Perhitungan daya dukung pondasi angker block :

σ =P

A=

(Wtotal + Wangker blok) ∗ fk

p ∗ l< σtanah

=(3395,89 ∗ 4 ∗ 1,6) + (1,5 ∗ 4,5 ∗ 1 ∗ (

2200𝑘𝑔

𝑚3 ) ∗ 1,6)

150 ∗ 450 𝑐𝑚

=0,67 kg/cm2 → Cek 0,67 kg/cm2 < 1,0 kg/cm2

(daya dukung pondasi cukup aman)

Material : SS 41

Tebal Pipa (tp) : 6 mm; Panjang : 124 meter

Diameter : 760 mm

Material angkur blok: Beton bertulang tiap 6 meter

Tinggi (Head gross) : 33,63 m;

Tinggi (Head Nett) : 28,02 m

Debit desain (Q) : 1,35 m3/detik per penstock

Debit andalan (Q) : 5,4m3/detik untuk 4 penstoc

4 - 35

GAMBAR 4-12; PENAMPANG MEMANJANG PIPA PENSTOK

4 - 36

4.1.6 Rencana Desain Rumah Pembangkit (Power House)

Berdasarkan posisinya, rumah pembangkit (power house) ini

dapat diklasifikasikan dalam tipe di atas tanah, semi di bawah

tanah dan di bawah tanah. Sebagian besar rumah pembangkit

PLTM adalah di atas tanah. Desain rumah pembangkit (power

house) PLTM Oksibil mempertimbangkan hal-hal sebagai

berikut :

1. Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTM

ditempatkan, perlu memperhatikan kenyamanan selama

operasi, mengelola, melakukan perawatan dimana terjadi

pekerjaan pembongkaran dan pemasangan peralatan.

2. Memiliki cukup cahaya untuk penerangan di siang hari dan

adanya ventilasi udara.

3. Kenyamanan bagi operator saat berada di dalam untuk

melakukan pengendalian ataupun pencatatan secara

manual.

Pertimbangan tipe desain rumah pembangkit sesuai jenis turbin

yang digunakan untuk menjadi acuan, yaitu :

Desain konstruksi rumah pembangkit (Power House)

mempertimbangkan jarak bebas antara dasar rumah

pembangkit dengan permukaan air buangan turbin

(afterbay).

4 - 37

Permukaan air di bawah turbin akan bergelombang,

sehingga jarak bebas antara rumah pembangkit dengan

permukaan air afterbay setidaknya 30 - 50 cm.

Kedalaman air di afterbay harus dihitung berdasarkan

suatu formulasi antara desain debit dan lebar saluran di

tail race.

Air di afterbay harus ditentukan lebih tinggi dari estimasi

muka air banjir dan head antara pusat turbin dan level air

pada outlet harus menjadi headloss.

Rencana desain rumah pembangkit (power house) PLTM Oksibil

yaitu sebagai berikut :

a. Layout penempatan pipa pesat, dudukan pondasi mesin

turbin dan generator, dan saluran pembuang (tailrace)

menyesuaikan dengan ukuran dudukan mesin (turbin dan

generator).

b. Stabilitas bangunan terhadap daya dukung lingkungan

terhadap kondisi geoteknik dan potensi rawan longsor

bangunan.

c. Elevasi lantai rumah turbin pada level +2 meter dari level

permukaan air sungai.

d. Material bangunan :

• Pondasi : pasangan batu kali + balok ikat beton

bertulang

• Dinding : pasangan bata merah + plesteran

4 - 38

• Lantai : beton tumbuk tanpa tulangan

• Rangka bangunan : beton bangunan

• Atap + penutup : baja ringan + galvalum

e. Denah ruang :

• Ruang mesin turbin dan generator : 22 m x 9 m

• Ruang operator dan kontrol panel : 22 m x 6 m

• Sirkulasi dan teras : 25% x luas bangunan fungsional

GAMBAR 4-13 ; GAMBAR DENAH BANGUNAN POWER HOUSE

4 - 39

GAMBAR 4-14 ; GAMBAR POTONGAN BANGUNAN POWER HOUSE

4.1.7 Rencana Desain Saluran Pembuang (Tail Race)

Perencanaan saluran pembuang aliran air yang keluar dari

rumah pembangkit relatif sama dengan saluran pembawa air.

Saluran terbuka bentuk trapesium dan dinding dari pasangan

batu tanpa plesteran, ukurannya mengikuti volume dan debit

yang masuk ke bak penenang atau bak pengendap. Adapun tata

letak saluran terhadap badan sungai tidak tegak lurus tapi

miring terhadap arah aliran sungai.

4 - 40

Saluran pembuang direncanakan di tempat-tempat terendah

dan melalui daerah-daerah depresi. Kemiringan alami tanah

dalam trase ini menentukan kemiringan memanjang saluran

pembuang tersebut. Apabila kemiringan dasar terlalu curam dan

kecepatan maksimum yang diizinkan akan terlampaui, maka

harus dibuat bangunan pengatur (terjun).

Kecepatan rencana sebaiknya diambil sama atau mendekati

kecepatan maksimum yang diizinkan, karena debit rencana atau

debit puncak tidak sering terjadi, debit dan kecepatan aliran

pembuang akan lebih rendah di bawah kondisi eksploitasi rata-

rata. Khususnya dengan debit pembuang yang rendah, aliran

akan cenderung berkelok- kelok (meander) bila dasar saluran

dibuat lebar. Oleh karena itu, saluran pembuang direncanakan

relatif sempit dan dalam.

Variasi tinggi air dengan debit yang berubah-ubah biasanya tidak

mempunyai arti penting. Potongan-potongan yang dalam akan

memberikan pemecahan yang lebih ekonomis. Bila saluran air

alamiah digunakan sebagai saluran pembuang, maka akan lebih

baik untuk tidak mengubah trasenya karena saluran alami ini

sudah menyesuaikan potongan melintang dan kemiringannya

dengan alirannya sendiri. Untuk perencanaan potongan saluran

pembuang, aliran dianggap sebagai aliran tetap dan untuk itu

diterapkan rumus Strickler dengan rumus berikut.

4 - 41

𝑄 = 𝐴 𝑥 𝑉, dengan 𝑉 = 𝐾 𝑥 𝑅2

3 𝑥 𝑆1

2

Keterangan :

Q = debit aliran (m3/dt)

A = luas penampang saluran terbasahi (m2)

P = keliling saluran terasahi (m)

V = kecepatan aliran (m2)

R = jari-jari hidrolis (m)

S = kemiringan dasar saluran (sloop)

K = koefisien kekasaran saluran menurut Strickler

Rencana desain saluran pembuang (tailrace) PLTM Oksibil yaitu

sebagai berikut :

(a) Terdiri dari : bak saluran dan saluran pembuang

(b) Bak Saluran :

• Tipe material pasangan batu kali

• Lapisan dasar dari pasangan batu kali

• Ukuran : P x L x dalam = 1,1 m x 0,65 m x 2,3 m =

1.644 m3

(c) Ukuran Saluran :

• Panjang : 23 m

• Lebar atas : 3 m

• Lebar bawah : 2 m

• Tinggi : 2,5 m

4 - 42

GAMBAR 4-15 ; GAMBAR POTONGAN SALURAN TAILRACE

4.2 Rencana Desain Mekanikal Elektrikal PLTM

4.2.1 Penentuan Head (Ketinggian)

Ketinggian jatuh air sangat menentukan untuk perhitungan

daya terbangkit dalam suatu perencanaan PLTMH.

Bila mengacu pada Manuals and Guidelines for Micro-

hydropower (MHP) Development, definisi head terdiri dari :

Effective Head/net head (He)

Gross Head (Hg)

4 - 43

Dimana :

He : Perbedaan ketinggian antara sumbu penstock

dengan sumbu turbin

Hg : Perbedaan ketinggian antara permukaan air di

forebay (kolam penenang) dengan permukaan air di

tail race

Berdasarkan hasil survey untuk perencanaan PLTMH Oksibil ini

diperoleh data sebagai berikut :

Lokasi forebay pada koordinat : X=469145 dan Y=9445708

Ketinggian permukaan air di forebay (kolam penenang)

direncanakan = 420 mdpl.

Perencanaan sumbu penstock = 417,21 mdpl

Perencanaan sumbu turbin = 389,19 mdpl

Ketinggian permukaan air di tail race = 386,36 mdpl

Dengan mengacu pada data di atas diperoleh :

- Gross Head (Hg) = 33,64 m

- Net Head (He) = 28,02 m

4.2.2 Turbin

Pada rencana pembangunan PLTM Oksibil diketahui bahwa

debit rencana 5,4 m3/detik dan head 28,02 m. Dengan

mempertimbangkan masalah pengangkutan peralatan yang

hanya dapat dilakukan melalui transportasi udara dengan

kapasitas terbatas, serta ketersediaan teknologi secara lokal

4 - 44

dan biaya pembuatan/pabrikasi. Berdasarkan pertimbangan ini

terpilih turbin crossflow.

Untuk memenuhi debit rencana dan head tersebut di atas, maka

dipilih turbin crossflow sebanyak 4 (empat) unit dengan debit

rencana masing-masing 1,35 m3/detik. Daya rencana keluaran

per generator berdasarkan hasil perhitungan 253,82 kW.

Kapasitas output rencana sebesar 250 kW, sehingga total daya

keluaran 4 unit generator sebesar 1,0 MW.

Pemilihan ini didasarkan pula pada kehandalan kontinuitas

penyaluran daya. Maksudnya apabila terjadi kerusakan atau

dalam proses pemeliharaan pada salah satu turbin,sebagian

konsumen tenaga listrik masih dapat dilayani dengan 3 unit

turbin-generator.

Parameter perancangan turbin crossflow :

ρair = 1000 kg/m3

g = 9,81 m/s2

Q = 1,35 m3/detik per unit pipa penstock

Head net = 28,02 m

Efisiensi turbin, ηturbin = 0,8

Efisiensi gear box, ηgearbox = 0,95

Efisiensi generator, ηgenerator = 0,9

4 - 45

Perancangan :

a. Daya

Daya keluaran turbin,

𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻 ∙ ηturbin

= 1000 𝑘𝑔

𝑚3 𝑥 9,8𝑚

𝑠2 𝑥 1,35 𝑚3

𝑠 𝑥 28,02 𝑚 𝑥 0,8 = 𝟐𝟗𝟔, 𝟖𝟕 𝑘𝑊

Daya keluaran Gearbox,

𝑃𝑔𝑒𝑎𝑟𝑏𝑜𝑥 = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻 ∙ ηturbin ∙ ηgearbox

= 1000 𝑘𝑔

𝑚3 𝑥 9,8

𝑚

𝑠2 𝑥 1,35

𝑚3

𝑠 𝑥 28,02 𝑚 𝑥 0,8 𝑥 0,95

= 𝟐𝟖𝟐, 𝟎𝟐 𝑘𝑊

Daya keluaran generator,

𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻 ∙ ηturbin ∙ ηgearbox

∙ ηgenerator

= 1000 𝑘𝑔

𝑚3 𝑥 9,8𝑚

𝑠2 𝑥 1,35 𝑚3

𝑠 𝑥 28,02 𝑚 𝑥 0,8 𝑥 0,95 𝑥 0,9

= 𝟐𝟓𝟑, 𝟖𝟐 𝑘𝑊

b. Dimensi utama turbin

Parameter rancangan utk CT T15 – D500 :

Unit speed, n11 : 38

Unit flow, q11 : 0,8

Kecepatan Turbin,

𝑁 =𝑛11∙𝐻0.5

𝐷1 = 402,30 rpm

4 - 46

Runaway Speed Turbin,

Nr = 1,8 * N = 724,14 rpm.

Diameter Runner,

Diameter Outer, D1 = 500 mm

Diameter Inner, D2 = 0.7 x 500= 350 mm

Inlet Width

𝑏𝑜 =1

𝑞11 max 𝑥 𝐷1.

𝑄

𝐻𝑛𝑒𝑡^0.5= 𝟔𝟒𝟎 𝑚𝑚

Torsi Poros Turbin,

T=9,74*10^5(P/n) = 718,74 kg*m = 7,05 kN*m

GAMBAR 4-16 : RUNNER TURBIN CROSSFLOW

Pemilihan jenis turbin Crossflow berdasarkan ketersediaian

teknologi secara lokal dan biaya pembuatan/pabrikasi yang lebih

murah dibandingkan tipe lainnya seperti turbin francis. Jenis

4 - 47

turbin crossflow yang akandigunakan pada PLTM Oksibil

menggunakan Crossflow tipe T15 – D500. Turbin tipe ini memiliki

efisiensi maksimum yang baik sebesar 0,7 – 0,8.

Penggunaan jenis turbin Crossflow T-15 – D500 untuk

pembangkit tenaga air skala mikro (PLTM), terbukti handal di

lapangan dibandingkan jenis crossfiow lainnya yang

dikembangkan oleh berbagai pihak (lembaga penelitian,

pabrikan, import). Putaran turbin crossflow memiliki kecepatan

yang rendah. Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi

gearbox untuk menaikkan putaran sehingga sama dengan

putaran generator 1000 rpm. Efisiensi sistem transmisi mekanik

gearbox diperhitungkan 0,95. Spesifikasi teknis turbin crossflow

dapat dilihat pada Tabel 4-2.

GAMBAR 4-17 ; TIPIKAL TURBIN CROSSFLOW T15 - D500

4 - 48

TABEL 4-2

DATA TEKNIK TURBIN CROSSFLOW

NO URAIAN UNIT VALUE

1 Parameter Disain

Gross Head m 30

Net Head m 28.02

Debit Terukur m3/det 40.3

Debit disain m3/det 1.35 x 4

2 Turbin

Jenis turbin Crossflow T15 – D500

Effisiensi % 80

Outer Diameter Runner mm 500

Inner Diameter Runner mm 350

Daya Output Turbin kW 296,87

Torsi Poros Turbin kg*m 718,74

Nozzle Inlet Width mm 640

3 Transmisi Daya Mekanik

Efisiensi transmisi daya mekanik % 95

Putaran nominal generator rpm 1000

Putaran nominal turbin rpm 402,30

Ratio of speed increaser

2.48

Service Factor (sisi turbin)

2,38

Service Factor (sisi generator)

2

Daya Keluaran Generator kw 4 x 250

Sistem transmisi turbin to generator Gear box

Flexible coupling

4.2.3 Transmisi Mekanik

Transmisi mekanik berfungsi untuk menyalurkan daya mekanik

pada poros turbin ke poros generator. Karena putaran turbin

(402,30 RPM) tidaksama dengan putaran generator (1000 RPM),

maka digunakan sistem gearbox antara poros turbin dengan

poros generator melalui flexible couplings. Flexible couplings

berfungsi untuk mengurangi pengaruh ketidaklurusan axial

(axial missalignment), ketidaklurusan angular (angular

4 - 49

missalignment) dan ketidaklurusan radial (radial missalignment)

akibat penggabungan dua poros.

Type : Gearbox

Flexible coupling turbin-generator: NBK FCL Series ex

Japan

Service factor/load factor/safety factor = 2,38 (sisi turbin)

dan 2.00 (sisi generator)

Max.torsi 1600 kg.m (sisi turbin) dan 350 kg.m (sisi

generator)

GAMBAR 4-18 ; TIPIKAL TRANSMISI MEKANIK GEARBOX

4 - 50

4.2.4 Pemilihan Generator Dan Kelengkapanya

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah

energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam perancangan PLTM

Oksibil dipilih spesifikasi generator seperti tercantum di bawah

ini :

Tipe Generator : Sinkron

Jumlah Generator : 4 Unit

Rating Output Daya Semu Max : 312,5 kVA / Unit

Cos φ : 0,8

Rating Output Daya Aktif Max : 250 kW / Unit

Tegangan : 220/380 Volt

Fasa : 3 Fasa

Frekuensi : 50 Hz

Jumlah Putaran : 1000 rpm

Jumlah Pole

Generator terpilih sesuai rating

yg ada di pasaran

: 6

330 kVA

Hubungan : Bintang ( Y )

AVR : Standar

GAMBAR 4-19 ;TIPIKAL GENERATOR SINKRON 330 kVA, 264 kW

4 - 51

(a) Isolasi Kenaikan Temperature Belitan

Isolasi yang digunakan pada belitan generator adalah

isolasi dengan klas F (IEC-34) dan temperatur maksimum

sebesar 115°C, sedangkan batas kenaikan temperatur yang

diizinkan pada isolasi belitan saat operasi beban puncak

hanya sampai klas-B, yaitu dengan temperaur maksimum

80°C. Hal ini akan meningkatkan “Life Time” isolasi dan

dapat memberikan kapasitas beban lebih (overload) yang

lebih tinggi sejauh kemampuan turbin.

Batas kenaikan temperatur belitan tersebut yang sesuai

dengan standar IEC 34-1 (1983), adalah antara 80°C sampai

85°C. Sedangkan temperatur bantalan (bearing) generator

maksimum yang diizinkan adalah tidak lebih dari 65°C.

(b) Runaway Speed

Pengaruh runaway speed terhadap generator perlu

diperhatikan terhadap frekwensi system.Karena itu pada

generator diperlukan kecepatan maksimal, pada umumnya

2 kali kecepatan normal (yang direncanakan). Jadi

kecepatan kerja pada generator sekitar 1000 rpm.Runaway

speed yang terlalu besar dihindari untuk mencegah

generator ataupun turbin rusak.

(c) Sistem Pendingin

Generator ini merupakan sistem pendingin “self ventilation

& air cooled” (IEC 34-5). Intake udara merupakan udara

4 - 52

output dari filter kering yang digunakan untuk menyaring

masuknya debu ke dalam generator.

Sedangkan udara panas yang keluar dari generator

dibuang dengan arah vertical di atas gedung sentral

(powerhouse). Hal ini mencegah masuknya kembali udara

panas tersebut kedalam generator. Kondisi temperatur

udara maksimum yang masuk ke dalam pendingin

generator adalah 40°C.

(d) Sistem Eksitasi Generator

Ada 3 (tiga) macam eksitasi generator, yaitu:

Sistem eksitasi tanpa sikat,

Sistem eksitasi statis, dan

Sistem Eksitasi dengan slip ring.

Dari cara pemeliharaannya, sistem eksitasi tanpa sikat jauh

lebih mudah dan lebih murah dibandingkan dengan sistem

eksitasi statis dan sistem slip ring. Pada perancangan PLTM

Oksibil dipilih sistem eksitasi tanpa sikat.

(e) Pengatur Tegangan Otomatis (AVR)

Tegangan output generator akan bervariasi dalam

jangkauan –10% sampai +10% dengan bantuan AVR. Adapun

berdasarkan sistem bekerjanya, AVR yang digunakan

adalah AVR dengan kerja kontinyu untuk mengatur

4 - 53

tegangan pada harga–harga tertentu dan dalam toleransi

tertentu pula.

Pada kondisi beban penuh, variasi tegangan yang

diperbolehkan berkisar –2,5% sampai +2,5%. Sedangkan

respons penguatan nominal untuk drop tegangan sampai

30% pada terminal generator di bawah tegangan

nominalnya sampai kembali pada kondisi operasi tegangan

normal selama 1 detik.

(f) Sistem Proteksi Generator

Rele–rele proteksi generator minimal yang harus ada pada

PLTM Oksibil adalah sebagai berikut:

Relay Arus Lebih

Relay Tegangan Lebih

Relay Tegangan Kurang

Relay Reserve Power

Relay Frekwensi Kurang/Lebih

Relay Gangguan Tanah

Relay Temperatur Lebih

4.2.5 Sistem Kontrol

A. Sistem Kontrol DFC

Sistem kontrol DFC (Digital Flow Controller)merupakan

generasi baru dari mikro/minihidro controller. DFC

digunakan sebagai controller, protection, dan monitoring

4 - 54

pembangkit listrik. DFC merupakan system yang canggih

dan juga memberikan keamanan ketika system operasi.

Sistem ini dilengkapi dengan automatic synchronizer dan

system proteksi standar yang baik, serta DFC dapat

dihubungkan secara langsung ke web menggunakan data

logger, jika lokasi memungkinkan adanya koneksi jaringan

internet.

Perbedaan dari sistem yang konvensional adalah pada DFC

sudah ditanamkan beberapa komponen seperti relay,

synchronizer, control, signal converter, data recorder dan

monitor. Performa DFC didesain lebih compact, tetapi

komponen dapat diganti ketika adanya kerusakan.

DFC adalah controller dan system proteksi digital dengan

system otomasi tinggi. Kontrol utama berdasarkan pada

performa tinggi dari standar PLC dan dikombinasikan ke

Modul Filter sehingga dapat digunakan sebagai controller

pembangkit listrik mikro/minihidro yang dapat bekerja

secara parallel atau On-Grid.

Sistem control DFC bekerja sepenuhnya secara otomatis

mula isaat valve dibuka hingga proses pembebanan. Suplai

daya untuk permulaan awal disuplai dari genset atau

baterai.

4 - 55

GAMBAR 4.20; TIPIKAL SISTEM DENGAN DFC

Untuk mengoperasikan pembangkit listrik ini, operator

hanya perlu menekan tombol START. Kemudian secara

otomatis controller akan membuka butterfly valve hingga

pada posisi terbuka penuh, kemudian guide vane akan

terbuka hingga mencapai kecepatan turbin yang stabil

pada rpm tertentu. AVR (Automatic Voltage Regulator)

kemudian diaktifkan setelah turbin berputar secara stabil.

Proses sinkronisasi akan dilakukan jika jaringan listrik pada

posisi normal dan stabil. Ketika tegangan dan frekuensi

sama dan sudut fasa adalah nol, kontaktor akan diaktifkan.

PLTM akan mengontrol system pada mode aktif

(frekuensi, power, atau water level control) dan juga

pengontrolan pada exiter controller (voltage, cosphi atau

reactive power control).

4 - 56

Ketika jaringan listik dalam keadaan black out, kontaktor

akan diaktifkan setelah adanya konfirmasi oleh operator

(alasan keamanan) kemudian PLTM menerima beban on

grid dan bersamaan dengan kondisi ini frekuensi akan

diperbaiki secara otomatis. Operator hanya tinggal

menekan tombol STOP untuk menghentikan kerja PLTM,

dan PLTM akan berhenti bekerja secara perlahan. Ketika

power dalam kondisi mati, kontaktor akan terlepas dan

turbin akan menutup hingga pada posisi tertutup

sempurna.

Ketika adanya gangguan system dan operator tidak dapat

menanganinya, dia hanya butuh untuk menekan tombol

EMERGENCY sehingga valve dan guide van akan tertutup

secara otomatis, kontaktor akan terlepas.

Dalam kondisi darurat, butterfly valve dan guide vane

akan menutup secara otomatis meskipun tidak ada power.

DFC juga dilengkapi dengan alarm dan warning. Ini

berguna untuk membantu operator mendeteksi dan

menangani ganguan atau kerusakan. Berikut adalah

kondisi warning pada DFC:

Alarm Level 1, PLTM masih dalam keadaan berjalan.

Alarm Level 2, PLTM akan berhenti secara perlahan.

Alarm Level 3, PLTM akan behenti secara cepat.

Alarm Ll 4, PLTM dalam kondisi darurat.

4 - 57

GAMBAR 4.21 : TIPIKAL INTERFACE DFC

Digital Flow Controller dipilih karena pembangkit listik

cukup besar dan juga pengoperasiannya lebih praktis dan

otomatis. Pada DFC masukan debit untuk turbin akan

diatur sehingga didapatkan debit yang optimal sesuai

dengan keadaan sungai, sehingga power yang

dibangkitkan oleh turbin pun optimal.

Pada dasarnya system DFC adalah mengatur flow/debit

yang masuk ke turbin sehingga power yang dihasilkan

turbin akan optimal.

4 - 58

Adapun spesifikasi utama dari DFC adalah sebagai berikut :

Rating Power, Maximum : 264 kW, 330 kVA pada cos

phi0.8.

Metoda pengontrolan : pengaturan secara otomatis

untuk mengantisipasi perubahan beban melalui

pengaturan debit/flow dan fly-wheel untuk menjaga

kestabilan frekuensi.

Standar proteksi generator : Over/under Voltage,

Over/under Frequency, Over Current, Short circuit,

current unbalance, bearing temperature high, stator

temperature high, dan over speed shut down.

Standar proteksi jaringan listrik / grid : Over/under

Voltage, Over/under Frequency, Phase Unbalance,

Vector Shift.

Standard Meter : 3 Phase Voltage, 3 Phase Ampere,

Frequency, kVAr, kVA, kW, kWh, operating hours,

speed, guide vane position, water level, alarm.

Mode Pengontrolan : Kecepatan, Frekuensi, Power,

Water Level.

AVR interface : Voltage control, Cosphi Control,

Reactive export.

4 - 59

B. Sistem Kontrol DLC

Dalam perencanaan pembangunan PLTMH Oksibil ini

untuk merespon terjadinya perubahan beban yang dapat

menimbulkan runaway speed pada unit turbin-generator,

sistem kontrol utama adalah digital flow controller (DFC),

tetapi untuk memback up sementara DFC merespon

terjadinya perubahan beban yang waktunya relatif

pendek, maka perubahan beban sementara akan direspon

oleh DLC (digital load controller) dan sebagian beban

untuk beberapa saat dibuang ke balast sampai DFC bekerja

secara penuh.

Kapasitas DLC yang direncanakan adalah 0,2 dari kapasitas

generator, yaitu :

1. Phase : 3 Phase 4 wire

3. Voltage : 230/400 Volt

4. Nominal Frequency : 50 Hertz

5. Number ballast : 1/unit generator

6. Capacity : 50 kW

4 - 60

GAMBAR 4-22 : TIPIKALSINGLE LINE DIAGRAM FLOW CONTROLLER

4 - 61

GAMBAR 4-23. TIPIKAL DIMENSI CONTROL PANEL

4 - 62

4.2.6 Spesifikasi Transformator

Dalam perencanaan PLTM oksibil direncanakan akan

dioperasikan 5 unit transformator, yang terdiri dari 4 unit

transformator utama yaitu untuk melayani konsumen

pemanfaat tenaga listrik dan 1 unit transformator untuk

pemakaian sendiri di dalam power house dan sekitarnya.

Pemilihan jumlah unit transformator utama menjadi 4 unit ini,

pertimbangannya adalah masalah transfortasi yang masih

terbatas dalam kapasitas angkutnya baik dalam dimensi

maupun beratnya.

(a) Tansformator Utama

Transformator utama yang akan digunakan adalah

transformator 3-fase jenis pasangan luar, sisi tegangan

primernya sama dengan tegangan output generator,

yaitu 0,380 kV, sedangkan sisi tegangan sekundernya

sama dengan jaringan distribusi tegangan menengah,

yaitu 20 kV. Agar keandalannya terjamin, maka

kapasitas transformator yang akan dipasang dipilih

lebih besar dari kapasitas generator. Karena kapasitas

yang terbangkit di PLTM Oksibil sekitar sebesar 4 x

312,5 kVA, maka dipilih transformator utama

berkapasitas 4 x 315 kVA.

4 - 63

Tipe pendingin yang diusulkan adalah tipe “ONAN” (Oil

Natural Air Natural), karena hal ini merupakan sistem

pendingin yang sederhana, efisiensinya tinggi dan tidak

memerlukan peralatan bantu. Disamping itu daya

transformator yang digunakan relatif masih kecil.

Spesifikasi transformator yang dipilih pada PLTM

Oksibil dapat dilihat pada Tabel 4-3.

TABEL 4-3

DATA TEKNIK TRANSFORMATOR STEP - UP UNIT

No Uraian Unit Value

1 Daya kVA 4x315

Tegangan Primer kV 0,38

Tegangan Skunder kV 20,0

Arus Primer A 479,0

Arus Skunder A 9,1

Frequensi Hz 50

Phasa/Fector Group Dyn 5

Arus Hubung Singkat kA 1,44

Impedansi % 4,00

Dimensi Panjang mm 1.500

Dimensi Lebar mm 900

Dimensi Tinggi mm 1550

Berat kg 1250

Type Pendingin ONAN

Volume Oil Liter 360

2 Rugi-rugi Transformer Rugi Besi watt 710

Rugi Tembaga watt 3.900

Rugi Total watt 4.610

4 - 64

Pentanahan Transformator Utama

Pentanahantitik netral transformator utama ketanah

secara umum memiliki tujuan antara lain :

Mengurangi stress tegangan yang diakibatkan

oleh surja hubung atau surja petir;

Mengatur arus ganguan untuk kepentingan

proteksi;

Membatasi tegangan pada phase yang terganggu

agar tidak melebihi tegangan pada phase yang

sehat,

Memadamkan busur listrik akibat gangguan.

Sistem pentanahan yang digunakan pada transfomator

utama adalah system pentanahan dengan

menggunakan metoda resistance. Pentanahan pada

transfomator utama ini akan menggunakan NGR

(Neutral Grounding Resistance) dengan spesifikasi:

Tegangan : 20kV/√3

Arus : 138,56 A/10 dtk

Resistance : 144 ohm

(b) Transformator Untuk Pemakaian Sendiri (Trafo PS)

Transformator pemakaian sendiri diperlukan untuk :

Instalasi listrik tegangan rendah untuk kebutuhan

penerangan dan stop kontak di dalam bangunan

4 - 65

power house.

Instalasi tegangan rendah untuk kebutuhan

peralatan kontrol unit turbin-generator.

Instalasi tegangan rendah untuk peralatan

charger baterai yang diperlukan pada saat unit

pembangkit mengalami keadaan darurat

(emergency).

Spesifikasi transformator yang dipilih pada PLTM

Oksibil dapat dilihat pada Tabel 4-4.

TABEL 4-4

DATA TEKNIK TRANSFORMATOR PS

No Uraian Unit Value

1 Daya kVA 1x25

Tegangan Primer kV 20

Tegangan Skunder kV 0,38

Arus Primer A 1,0

Arus Skunder A 38,0

Frequensi Hz 50

Phasa/Fector Group Dyn 5

Arus Hubung Singkat kA 1,44

Impedansi % 4,00

Dimensi Panjang mm 750

Dimensi Lebar mm 520

Dimensi Tinggi mm 1050

Berat kg 320

Type Pendingin ONAN

Volume Oil Liter 78

2 Rugi-rugi Transformer Rugi Besi watt 100

Rugi Tembaga watt 3.900

Rugi Total watt 4.610

4 - 66

4.2.7 Peralatan Hubung Bagi

Sistem sinkronisasi untuk kerja parallel dari masing-masing unit

pembangkit dalam perencanaan PLTM Oksibil ini dilakukan di

sisi tegangan menengah 20 kV, dimana keluaran masing-

masing generator yang mempunyai rating tegangan 380 Volt

dinaikkan terlebih dahulu tegangannyake tegangan menengah

20 kV melalui masing-masing transformator.

a. Lingkup Peralatan Hubung

Pemasangan peralatan hubung yang digunakan di

power house antara lain :

4 unit panel incoming 20 kV

1 unti panel master kontrol

1 unit panel outgoing 20 kV

1 unit panel untuk transformator pemakaian

sendiri

b. Rangkaian dan Peralatanya

Peralatan hubung 20 kV ditempatkan diruang control

didalam powerhouse PLTM Oksibil dilengkapi dengan

peralatan–peralatan yang dipasang pada transformator

utama dan jaringan tegangan menengah 20 kV.

Peralatan hubung 20 kV yang dibutuhkan antara lain :

1 (satu) set bus tiga fase

4 (empat) set pemutus tenaga tiga kutup untuk

4 - 67

panel incoming

1 (satu) set pemutus tenaga tiga kutup untuk

transformator pemakaian sendiri

1 (satu) set pemutus tenaga tiga kutup ke

Jaringan SUTM.

1 (satu) set CT (current

1 (satu) set Lightning Arester (LA)

c. Frekuensi

Seluruh peralatan hubung di PLTM Oksibil didesain

untuk frekwensi 50 Hz.

d. Nilai Arus

Nilai arus menentukan kapasitas peralatan–peralatan

seperti busbar, nilai pemutus menentukan circuit

breaker, untuk menentukan disconnecting switches

ditentukan nilai arus pentanahan dan penentuan pada

nilai arus nominal.

e. Busbar

Busbar dan sambungan–sambungannya terbuat dari

tembaga atau allumunium alloy.

Jarak antar fase busbar dibuat tidak saling berdekatan,

demikian juga antar busbar ketanah.Masing–masing

sambungan di busbar dihubungkan dengan rapat dan

kuat.

4 - 68

Besaran busbar adalah:

Tegangan : 20 kV

Tingkat tegangan isolasi : 125 kV

Arus normal : 630 A

Ketahanan arus sesaat : 25 kA untuk 3 (tiga)

detik

f. Kontak Pemutus Penghubung

Kontak pemutus penghubung terdiri dari tiga kutup,

satu hentakan dapat dioperasikan secara lokal dan jarak

jauh (remote) maupun pengoperasian setempat secara

manual. Besaran kontak pemutus penghubung adalah:

Tegangan : 20 kV

Tingkat tegangan isolasi : 125 kV

Arus normal : 630 A

Arus pemutus hubung singkat : 25 KA

g. Pemutus tenaga (MCCB)

Besaran pemutus tenaga adalah:

Tegangan : 20 kV

Tingkat tegangan isolasi : 125 kV

Arus normal : 630 A

Arus pemutus hubung singkat : 25 kA utk tiga (3)

detik

Tegangan kontrol : 110 VDC

4 - 69

h. Transformator arus (CT)

Transformator arus satu fase, type epoxy resin

Besaran transformator arus adalah :

Rasio arus (arus primer / arus sekunder)

Untuk proteksi : 800 / 5 A

Untuk pengukuran : 40 / 5 A

Daya keluar (burden) tidak kurang dari 30 VA

Klass ketelitian

Untuk pengukuran : 1,0

Untuk Proteksi : 5P.20

i. Transformator tegangan (PT)

Transformator tegangan adalah satu fase, type epoxy

resin

Besaran transformator tegangan adalah :

Tegangan primer : 20 kV

Tegangan Sekunder : 110 V

Daya keluaran (burden)tidak kurang dari 50 VA

j. Lightning Arester (LA)

Besaran Ligtning Arester adalah :

Tegangan : 27 kV atau lebih

Tegangan maksimum tidak kurang dari 20 kV rms

operasional kontinyu

4 - 70

Arus pengisian normal : 5 kA

Tingkat tegangan residu (RVL) tidak lebih dari 2,7

Tingkat tegangan isolasi : 125 kV

4.2.8 Instalasi Listrik di Rumah Pembangkit

Instalasi listrik di rumah pembangkit meliputi :

1. Instalasi daya

2. Instalasi listrik penerangan dan stop kontak untuk

rumah pembangkit dan sekitarnya.

Instalasi daya adalah penghantar yang menyalurkan daya

listrik yang dibangkitkan masing-masing generator.

a. Berdasarkan hasil perhitungan dimana daya terbangkit

masing-masing unit turbin-generator adalah = 253,82

kW, cos φ =0,8 lagging, maka arus keluaran masing-

masing generator (In) :

𝐼𝑛 =𝑃

√3 𝑥 𝑉𝐿−𝐿 𝑥 𝑐𝑜𝑠𝜑

𝐼𝑛 =253,82

√3 𝑥 380 𝑥 103 𝑥 0,8

𝐼𝑛 = 482,1 𝐴

4 - 71

Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :

𝐼𝑛 = 1,25 𝑥 482,1 𝐴 = 602,6 𝐴

b. Sehingga penghantar dari generator ke DFC (Digital

Flow Controller) direkomendasikan menggunakan :

- Kabel XLPE 600 Volt :4 x 1c x 300 mm2

c. Penghantar dari output generator ke sisi primer

Transformator direkomendasikan menggunakan :

- Kabel XLPE 600 Volt : 4 x1c x 300 mm2

d. Arus yang mengalir dari sisi sekunder setiap unit

transformator ke bus setiap panel incoming adalah :

𝐼𝑛 = 315 𝑘𝑉𝐴

√3 𝑥 20 𝑘𝑉= 9,1 𝐴

Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :

𝐼𝑛 = 1,25 𝑥 9,1 𝐴 = 11,4 𝐴

e. Penghantar dari sisi sekunder setiap unit transformator

ke bus setiap panel incoming direkomendasikan

menggunakan kabel :

- N2XSY 20 kV : 3 x 1c x 50 mm2.

4 - 72

f. Kapasitas daya total dari outgoing panel adalah

= 4 x 315 kVA= 1260 kVA

g. Arus nominal dari outgoing panel ke tiang pertama (In)

𝐼𝑛 = 1260 𝑘𝑉𝐴

√3 𝑥 20 𝑘𝑉= 36,4 𝐴

Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :

𝐼𝑛 = 1,25 𝑥 36,4 = 45,5 𝐴

h. Penghantar dari outgoing panel ke tiang pertama SUTM

20 kV direkomendasikan menggunakan kabel :

- N2XSY 20 kV : 3 x 1c x 70 mm2.

i. Arus nominal yang masuk ke sisi primer transformator

pemakaian sendiri (Trafo PS) :

𝐼𝑛 = 25 𝑘𝑉𝐴

√3 𝑥 20 𝑘𝑉= 1 𝐴

Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :

𝐼𝑛 = 1,25 𝑥 1 𝐴 = 1,25 𝐴

4 - 73

j. Penghantar dari bus 20 kV ke sisi primer transformator

pemakaian sendiri direkomendasikan menggunakan

kabel :

- N2XSY 20 kV : 3 x 1c x 25 mm2.

k. Arus nominal yang keluar dari sisi sekunder

transformator pemakaian sendiri (Trafo PS) ke panel

tegangan rendah :

𝐼𝑛 = 25 𝑘𝑉𝐴

√3 𝑥 0,38 𝑘𝑉= 38 𝐴

Untuk faktor keamanan ditambah 25 %, maka :

𝐼𝑛 = 1,25 𝑥 38 𝐴 = 47,5 𝐴

l. Penghantar dari dari sisi sekunder transformator PS ke

sisi primer panel tegangan rendah (LV Cubicle) untuk

pemakaian sendiri direkomendasikan menggunakan

kabel :

- NYY 0,6/1 kV : 4 x 25 mm2.

4 - 74

GAMBAR 4.24; TIPIKAL INSTALASI RUMAH PEMBANGKIT

4 - 75

4.2.9 Fasilitas Bantu

Sejumlah peralatan bantu diperlukan sebagai kelengkapan

rumah pembangkit untuk memudahkan kegiatan instalasi,

pembongkaran, perawatan dan perbaikan. Peralatan bantu

yang diperlukan tersebut adalah katrol dengan kapasitas 5 ton,

alat pemadam kebakaran, dll.

(a) Pemadam Api

Pemadam api yang portable harus disediakan didalam

gedung sentral, yaitu untuk memadamkan api bila terjadi

kebakaran. Pemadam api yang digunakan pada

pembangkit listrik adalah jenis Halon 1211 dan ADB Dry

Chemical Powder.

Jenis halon 1211 digunakan diruang kontrol dan ruang

panel. Sedangkan jenis ADB Dry Chemical Powder

digunakan untuk ruang–ruang lain.

(b) Battery

Supplay daya searah yang berasal dari battery pada

suatu pembangkit listrik diperlukan untuk peralatan

kontrol, komunikasi dan proteksi pada setiap saat.

Diusulkan untuk menggunakan battery nikel cadmium,

karena dimensinya kecil, keandalan baik dan

perawatannya sederhana. Selain digunakan untuk

kontrol, komunikasidan proteksi, supply daya searah

4 - 76

juga digunakan untuk penerangan dalam keadaan

darurat melalui sebuah inventer.

Tegangan Battery :

1. Standar tegangan DC menurut standar PLN adalah :

Tegangan 110 V DC untuk kontrol, indikator

dan proteksi

Tegangan 24 V DC untuk proteksi dan

komunikasi

Peralatan battery di PLTM Oksibil digunakan

battery dengan tegangan 110 V DC dan untuk

memfungsikan peralatan–peralatan tegangan

dibawahnya dangan peralatan tambahan

diturunkan tegangannya, sehingga sesuai dengan

tegangan peralatan tersebut.

2. Kapasitas battery harus dapat melayani beban DC

yang diperkirakan 50 A selama 2 jam. Sehingga

kapasitas battery nikel cadmium 110 V DC dan

100 AH.

4.2.10 Pentanahan/ Grounding Dan Penangkal Petir

(a) Sistem Pentanahan dan Hubungannya

Sistem pentanahan sudah ditentukan dengan adanya

pengukuran di lokasi yang sesuai untuk pemasangan

electrode tanah.

4 - 77

Pengukuran dengan lapisan tanah bagian bawah diukur

dari beberapa lubang yang menghasilkan tahanan tanah

yang memenuhi syarat dan oleh karena itu sistem

pemasangan pentanahan diharapkan sudah mendasar.

Hubungan pentanahan disediakan dengan beberapa

group dari masing-masing peralatan yang sesuai dengan

hubungan titik termal terhadap pusat pentanahan

utama. Sistem sambung menyambung dengan batang

tembaga utama yang dipasang disekeliling gedung

sentral dengan tambahan percabangan untuk masing-

masing peralatan. Metal dari generator, switchgear,

transformer, resistor, dan lain-lain peralatan listrik dan

gedung sentral.

(b) Arus Grid

Untuk pembumian power house PLTM Oksibil yang

digunakan empat persegi panjang dengan ukuran 22 m x

14 m dan arus hubung singkat 5000 A, maka luas

penampang kabel yang digunakan :

= 36 mm2

Lightning ground BC = 120 mm2

a

m

rrc TK

TK

t

TCAP

IAmm

0

0

4

2

ln10

4 - 78

= 21 mm2

Mesh circuit BC = 50 mm2

Sifat material kabel dapat dilihat pada Tabel 4-4 berikut.

TABEL 4-5 MATERIAL CONSTANTSRef. IEEE std 80-2000

Description Material Conduc- tivity (%)

ar factor at 20°C

K0 at (0°C)

Fusing Temperature

Tm (°C)

rr 20°C(mW.

cm)

TCAP Thermal Capacity

[J/(cm³.°C]

Copper annealed soft-drawn 100 0,00393 234 1083 1,72 3,42

Copper, commercial hard - drawn 97 0,00381 242 1084 1,78 3,42

Copper-clad steel wire 40 0,00378 245 1084 4,4 3,85

Copper-clad steel wire 30 0,00378 245 700 5,86 3,85

Copper-clad steel rod 20 0,00378 245 1084 8,62 3,85

Aluminium EC Grade 61 0,00403 228 657 2,86 2,56

Aluminium 6201 alloy 52,5 0,00347 268 654 3,28 2,6

Aluminium 5005 alloy 53,5 0,00353 263 652 3,22 2,6

Aluminium-clad steel wire 20,3 0,0036 258 657 8,48 3,58

Steel, 1020 10,8 0,0016 605 1510 15,9 3,28

Stainless - clad steel rod 9,8 0,0016 605 1400 17,5 4,44

Zinc-coated steel rod 8,6 0,0032 293 419 20,1 3,93

Stanless steel, 304 2,4 0,0013 749 1400 72 4,03

a

m

rrc TK

TK

t

TCAP

IAmm

0

0

4

2

ln10

4 - 79

(c) Tahanan Pentanahan (Ground Resistance)

Untuk L = 652 m dan luas grid A = 308 m2 dan tahanan

jenis tanah 35 Ω, maka tahanan grid dihitung sebagai

berikut.

= 0,83 Ω

TABLE 4-6 UKURAN KOMPONEN GROUNDING (PENTANAHAN)

N0 URAIAN UNIT VALUE

1 GRID

Maximum length of conductor in X-Axis m 27

Maximum length of conductor in Y-Axis m 14

Number of parallel conductors X bh 14

Number of parallel conductors Y bh 10

Depth of grid burial m 0,5

Diameter of the Grid Conductor ,d mm 6,80

Average spacing X m 3

Average spacing Y m 1,0

2 ROD

No. of Ground Rods pcs 6

Diameter of ground Rod mm 25

Leng of ground rods according m 2,5

Total length of Ground Rods m 15

3 GROUND

Average earth resistivity Ω/m 35

Area of the Grid m2 378

Total length of buried conductors & rods

m

533

AhALR

T

g/201

11

20

11

4 - 80

(d) Kenaikan Potensial Tanah (GPR)

Sekarang perlu dibandingkan antara GPR dengan

tegangan sentuh yang diizinkan.

= 1.741,37 A

(e) Kriteria Tegangan Sentuh dan Langkah

Untuk ketebalan permukaan batu koral 0.2 m, dengan

tahanan jenis 2500 Ω-m dan tahanan jenis tanah 35 Ω-m.

1. Tegangan Langkah

= 0,70

Tegangan sentuh untuk berat badan manusia 70 kg

= 1801,17 volt

2. Tegangan Sentuh

= 568,04 volt

09.02

109.0

hs

Cs

s

s

ssstept

CE157.0

)61000(70

gG RIGPR

s

sstoucht

CE157.0

)5.11000(70

4 - 81

(f) Tegangan Mesh

= 11,9

Nc = nd = 1 → → = 11,91

= 142,10 volt

Berdasarkan analisa grounding Mesh – Rod yang

didesain pada Power House PLTM Oksibil perlu

dibandingkan antara tegangan mesh dan tegangan

sentuh. Berdasarkan perhitungan diatas untuk tegangan

mesh = 142,10 volt dan untuk tegangan sentuh = 568,04

volt. Berdasarkan perhitungan memenuhi standar

karena tegangan mesh lebih kecil dari pada tegangan

sentuh.

(g) Tegangan Langkah

Faktor jarak tegangan langkah

= 0.61

= 266,71 volt

R

Lyx

rC

imG

LlL

LL

KKIDesignEmesh

2222.155.1

)(

RC

G

LL

IKiKsDesignEstep

85.075.0)(

P

Ta

L

Ln

2

DhDhKs

n 25.011

2

11

dcba nnnnn

4 - 82

TABEL 4-7

CALCULATION RESULT GROUNDING MESH-ROD

A EARTH GRID CONDUCTOR

Type of Conductor

Copper-clad steel wire

Size of Conductor

7 mm

Length of Conductor

518 mtr

Depth of Conductor

0,5 GL

B GROUND RODS

Total Length of Ground Rods

15 mtr

Length of Individual Ground Rods

2,5 mtr

No. of Ground Rods

6 No.

C CONDUCTOR SIZE CALCULATION

TCAP

3,85 J/(cm³°C)

tc

1 Sec.

αr

0,00378 Ohm - M

ρr

4,4

Ko

245

Tm

1084 °C

Ta

340 °C

D EARTH RESISTANCE CALCULATION

Maximum length of conductor in X-Axis

27 m

Number of parallel conductors X

14 m

Average spacing X

3 m

Average spacing Y

1 m

Depth of grid burial

0,5 m

Diameter of the Grid Conductor ,d

12 mm

Average earth resistivity

35 Ω/m

Number of parallel conductors X

14 no ground grid

Number of parallel conductors Y

10 no ground grid

G STEP AND MESH VOLTAGE

RESULT

Rg

1

0,83 W

Rg <

Ok

E Touch 70 kg

568,04 < Em 267

E Step 70 kg

1801,17 < Es 142

E Touch < Em

Ok

E Step < Es

Ok

4 - 83

4.2.11 Generator Set

Generator set digunakan untuk cadangan tenaga di power

house, menggunakan power minimal 10 kVA, yang digunakan

untuk tenaga listrik cadangan pemakaian sendiri di Power

house dan untuk starting awal saat semua unit turbin belum

beroperasi.

4.2.12 Sistem Komunikasi

Sistem komunikasi diperlukan untuk komunikasi operator di

power house dengan operator di rumah jaga dan di sisi

pemakaian beban. Mengingat jaringan komunikasi baik Telkom

maupun GSM belum menjangkau lokasi ini sehingga disarankan

menggunakan sistem radio komunikasi Radio RIG With 200

alphanumeric memory channels, in a 2m mobile, fully

customizable into 10 banks dan Handy Talky 2 unit.

4.2.13 Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi tegangan menengah 20 KV dimaksudkan

untuk menyalurkan listrik dari rumah pembangkit ke masing-

masing konsumen digunakan overhead line.

Adapun pekerjaan jaringan distribusi untuk jaringan distribusi

untuk PLTM Oksibil meliputi :

Jaringan Primer, Kabel PenghantarAluminium Alloy

Conductor AAAC3 x 150 mm2, panjang = 20.000 meter.

4 - 84

Grounding termasuk : electode GIP 1” panjang 1,5 meter,

conductor BC-50 mm2, PVC cover 1” dan clamping

accessories pada 8 titik.

Low voltage lightning arrester termasuk bracketing,

grounding and clamping accessories type : pole

mounted.

4.2.14 Suku Cadang dan Tool Kits

Untuk menunjang kelancaran baik dalam kegiatan operasional

pembangkit maupun perawatannya harus disediakan tool kits,

suku cadang dan perlengkapan sebagai berikut :

(1) Satu set tool kit mekanik untuk keperluan bongkar

pasang turbin dan peralatan mekanikal lainnya, minimum

terdiri dari :

Satu set kunci Ring – Pas

Satu set kunci L

Satu set kunci bearing, ukuran sesuai dengan jenis

bearing yang digunakan

Satu buah kunci Inggris ukuran 15”

Satu buah kunci Inggris ukuran 8”

Satu set obeng (7 buah dengan variasi ukuran)

Satu buah palu besi ukuran 24 Oz

Satu buah palu karet

Satu buah tang kombinasi 8”, 200 mm

4 - 85

Satu buah tang buaya 6”, 150 mm

Satu set pompa stempet (grease gun) ukuran 100 cc

Satu set penarik coupling

Satu set filler Gauge ukuran 0.05 mm s/d 1.00 mm

Satu buah Oil Can ukuran 450 mm

Satu buah sigmat ukuran 150 mm

GAMBAR 4.25 :TIPIKAL TOOL KITS MICROHYDRO

(2) Satu set tool kit elektrik untuk keperluan pengukuran dan

pelacakan gangguan pada generator maupun sistem

kontrol, minimum terdiri dari :

Satu buah Multimeter Digital

Satu buah Test Pen

Satu set SCR – TRIAC Test Kits

4 - 86

(3) Satu set suku cadang peralatan mekanikal, terdiri dari :

Satu set Karet Flexible Coupling yang digunakan

100% dari setiap jenis seal, packing dan “O” ring

turbin yang digunakan

20% dari tiap jenis baut/mur/ring turbin, transmisi

mekanik dan generator yang digunakan

(4) Satu set tool board untuk menyimpan tool kit maupun

suku cadang.

(5) Satu set buku harian (log book) untuk memonitor

operasional pembangkit.

(6) Satu set buku petunjuk (manual) operasi dan perawatan

pembangkit, meliputi manual turbin, manual

generator,dan manual DFC.

4.2.15 Pola Operasi

Pembangkit Listrik Tenaga hidro mempunyai kelebihan

dibandingkan dengan pembangkit listrik lain karena tidak

memerlukan bahan bakar dalam pengoperasiannya, seperti

pembangkit yang menggunakan minyak. Akan tetapi

pengoperasian dan perawatanya tidak ada perbedaan untuk

jangka panjang. Pembangkit tenaga hidro ini dapat

dioperasikan dalam waktu jangka panjang, selain itu ramah

lingkungan dan berkelanjutan (renewable). Pola operasi

pembangkit harus sesuai dengan SOP (Standard Operating

4 - 87

Procedure) yang ada di PT. PLN (Persero) sebagai pengelola

ketenagalistrikan di Indonesia.

(a) Pengoprasian Pembangkit

Didalam suatu Pembangkit Listrik Tenaga hidro (PLTM)

diperlukan suatu organisasi khusus yang menangani

operasional dan perawatan pembangkit. Organisasi

dalam pembangkit tersebut minimal terdiri dari :

1. Manajer Operasi

2. Operator

3. Administrasi dan Finansial

4. Perawatan dan Perbaikan

5. Keamanan

Pengoprasian pembangkit listrik tenaga hidro ini harus

sesuai dengan Manual Book yang telah dibuat oleh

pabrikan peralatan mekanikal & elektrikal pembangkit

dan prosedur perawatan bangunan sipil sesuai dengan

desain yang telah dibuat.

(b) Komisioning dan Pelatihan Operator

Setelah pembangunan fisik selesai dikerjakan, dilakukan

komisioning pembangkit untuk menilai kelayakan dan

unjuk kerja pembangkit baik dari hasil pekerjaan sipil,

peralatan mekanikal maupun elektrikal.Hasil-hasil

kommissioning dinyatakan dalam berita acara

kommissioning.

4 - 88

Operator harus dilibatkan sejak awal pembangunan,

khususnya untuk memahami teknik pemasangan mesin-

mesin dan prinsip kerja dari pembangkit.

Pelatihan secara khusus akan diberikan setelah

pembangkit dikommissioning, meliputi:

Operasi dan perawatan bangunan sipil.

Operasi dan perawatan peralatan mekanikal.

Operasi dan perawatan peralatan elektrikal.

Teknik mengatasi gangguan dan cara melaporkan

gangguan.

(c) Kondisi Pengoperasian Pembangkit

Ada beberapa macam kondisi operasi yang dapat

dilakukan oleh pembangkit listrik tenaga hidro, kondisi

operasi tersebut adalah sebagai berikut :

1. Kondisi Operasi Isolated (Island Operation)

Kondisi Operasi Isolated (Island Operation)

adalah kondisi operasi dimana Jaringan Utama

PLN mati dan beban akan ditopang oleh PLTM,

agar tidak terjadi Over Load pada PLTM maka

ada beberapa CO (Cut Out) atau LBS (Load Break

Swicth) yang diputus agar tidak terjadi Over

Load pada PLTM.

4 - 89

2. Kondisi Operasi Interconection (Parallel)

Kondisi Operasi ini adalah kondisi operasi normal

dimana jaringan dalam kondisi baik sehingga

daya pembangkit dapat disalurkan secara

menyeluruh.

3. Kondisi Black Out

Kondisi black out adalah kondisi dimana PLTM

mati secara total akibat adanya gangguan teknis

atau kondisi dimana pembangkit dan jaringan

sama-sama mati. Untuk menghadapi kondisi ini

PLTM dilengkapi dengan bateray yang akan

memberikan daya pada DFC pada saat PLTM

akan mulai operasi kembali seteah terjadi black

out.

(d) Buku Catatan Operasi (Log Book)

Buku Catatan Operasi atau Log Book adalah buku

catatan kejadian di pembangkit yang dibuat oleh

operator dan diketahui oleh Manajer Operasi. Buku

Catatan Operasi (Log Book) tersebut berisikan :

1. Daya nyata dan daya reaktif dari pembangkit

yang disalurkan ke jaringan konsumen, keduanya

dicatat dalam jam.

4 - 90

2. Waktu dan tanggal dimana pembangkit

dihubungkan atau diisolasi dari jaringan, atau hal-

hal lain yang menunjukan perubahan status

operasi.

3. Waktu dan tanggal setiap operasi yang tak

terduga dari CB tenaga (Power Circuit Breaker)

dan daftar relay dari peralatan pengaman yang

mungkin telah menyebabkan CB tersebut

beroperasi.

4. Waktu dan tanggal mulai dan akhir untuk setiap

periode waktu dimana pembangkit dioperasikan

di bawah status beban penuh dan alasan dari

pengurangan beban tersebut.

5. Perubahan setting dari peralatan pengaman.

6. Dan lain-lain.

Pembangkit harus dioperasikan secara kontinu dan

digunakan untuk beban dasar dan diharapkan

dioperasikan secara steady (tetap) kecuali selama

dalam keluar yang direncanakan dan keluar untuk

pemeliharaan.

(e) Pola Operasi PLTM Oksibil

PLTM ini didesain dapat bekerja secara isolated

maupun parallel dengan jaringan 20 kV terdekat. PLTM

ini dilengkapi dengan back-up power dari Battery,

4 - 91

sehingga pada saat Black Out, PLTM ini masih dapat

Start-Up dengan menggunakan Back-Up Powernya

tersebut dan beroperasi secara Isolated.