Manual Pembangunan PLTMH - Tri Mumpuni (Ashden Award London)

Manual PEMBANGUNAN PLTMH

JAPAN INTERNATIONAL COOPERATION AGENCY

IBEKA

INSTITUT BISNIS DAN EKONOMI KERAKYATAN PEOPLE CENTERED BUSINESS AND ECONOMIC INSTITUTE

DAFTAR ISI PENGANTAR 1. PENDAHULUAN

1.1 Energi Baru dan Terbarukan 1-1 1.2 Kebutuhan Energi untuk Pengembangan Pedesaan 1-1

1.2.1 Aspek Teknologi 1-2 1.2.2 Aspek Lingkungan 1-2 1.2.3 Aspek Sosial Ekonomi 1-2 1.2.4 Aspek Lembaga Kemasyarakatan 1-2

2. PLTMH : SEBUAH ALTERNATIF ENERGI YANG

TERBARUKAN 2.1 Pengertian PLTMH 2-1 2.2 Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro 2-8 2.3 Tenaga Listrik dari Air 2-3 2.4 Dari Air Datang ? 2-10

3. MENCARI LOKASI POTENSIAL

3.1 Bahan-bahan Referensi Dasar 3-1 3.2 Kisaran Pencarian 3-1 3.3 Perkiraan Debit Air 3-2 3.4 Pemilihan Lokasi-lokasi Potensial 3-3

3.4.1 Pemilihan pada peta 3-3 3.4.2 Pemilihan berdasarkan pada informasi setempat 3-4 3.4.3 Pemilihan lokasi-lokasi pembangunan yang potensial 3-5

Referensi 3-8 4. TAHAP PELAKSANAAN SURVEI UNTUK PLTMH

4.1 Tujuan Pelaksanaan Survei 4-1 4.2 Persiapan untuk Identifikasi Lokasi 4-1

4.2.1 Pengumpulan informasi dan persiapan 4-1 4.2.2 Rencana dan persiapan identifikasi lokasi 4-2 4.2.3 Peralatan yang diperlukan untuk identifikasi lokasi 4-2

4.3 Survei untuk Garis Besar Lokasi Proyek 4-3 4.4 Penjelasan Tentang Kondisi Geologi yang Mempengaruhi Stabilitas dari

Struktur Sipil Utama 4-4 4.5 Survei pada Lokasi untuk Struktur Sipil 4-5 4.6 Pengukuran Debit Air 4-6 4.7 Pengukuran Head 4-6 4.8 Survei Permintaan 4-7 4.9 Penyurveian 4-8 4.10 Survei Sosial Ekonomi 4-8

4.10.1 Keberlanjutan dari sistem PLTMH yang dibangun 4-9

4.10.2 Pengembangan kegiatan yang positif dalam rangka meningkatkan taraf hidup dan kesejahteraan masyarakat setempat 4-9

Referensi 4-11

5. PERENCANAAN 5.1 Sistem Layout 5-1 5.2 Bahan dan Faktor Kunci untuk Perencanaan 5-2

5.2.1 Hidrograph dan Kurva Durasi Aliran 5-2 5.2.2 Plant Factor dan Load Factor 5-4

5.3 Pemilihan Lokasi untuk Struktur Sipil Utama 5-5 5.3.1 Lokasi Intake 5-5 5.3.2 Rute saluran air 5-7 5.3.3 Lokasi dari bak penenang 5-7 5.3.4 Rute Penstock 5-8 5.3.5 Lokasi Rumah Pembangkit 5-10 5.3.6 Lokasi Saluran Pembuang 5-11

5.4 Perencanaan Suplai dan Permintaan 5-12 5.4.1 Seleksi dari fasilitas-fasilitas permintaan daya listrik 5-12 5.4.2 Pengujian dari skala pembangunan dan keseimbangan suplai dan

permintaan 5-13 6. STRUKTUR SIPIL

6.1 Bendungan (Wier) dan Intake 6-1 6.1.1 Tipe-tipe dasar dam intake 6-1 6.1.2 Memutuskan ketinggian dam 6-5

6.2 Intake 6-7 6.2.1 Metode Intake 6-7 6.2.2 Poin-poin penting untuk mendisain intake 6-9

6.3 Bak Pengendap 6-11 6.4 Saluran Pembawa 6-13

6.4.1 Tipe dan struktur dasar saluran 6.4.2 Menentukan potongan melintang dan kemiringan (slope)

Longitudinal 6-17 6.5 Bak Penenang 6-19

6.5.1 Kapasitas bak penenang 6-19 6.5.2 Hal-hal penting untuk disain bak penenang 6-21

6.6 Penstock 6-24 6.6.1 Bahan penstock 6-24 6.6.2 Menentukan diameter penstock 6-24

6.7 Pondasi Rumah Pembangkit 6-28 6.7.1 Pondasi untuk Turbi Impulse 6-28 6.7.2 Pondasi untuk Turbin Reaksi 6-29

Referensi 6-31

7. MEKANIK 7.1 Struktur Fundamental dari Peralatan untuk Pembangkit Listrik 7-1 7.2 Turbin (Turbin Air) 7-6

7.2.1 Tipe dan output turbin air 7-6 7.2.2 Pemilihan jenis turbin 7-7 7.2.3 Kecepatan spesifik dan kecepatan putaran dari turbin 7-9 7.2.4 Disain Turbin Crossflow 7-13

7.2.4.1 Komponen turbin 7-13 7.2.4.1.1 Inlet 7-13 7.2.4.1.2 Guide vane 7-14 7.2.4.1.3 Runner 7-14 7.2.4.1.4 Casing 7-15 7.2.4.1.5 Bantalan (Bearing) 7-15

7.2.4.2 Karakteristik Turbin Crossflow 7-16 7.2.5 Turbin Francis dan Pompa Terbalik (Pump As Turbine) 7-17 7.2.6 Turbin Pelton 7-19

7.3 Transmisi Daya Mekanik 7-19 7.3.1 Sistem transmisi daya langsung 7-20 7.3.2 Sistem transmisi daya dengan sabuk 7-20

7.3.2.1 Flat Belt 7-21 7.3.2.2 V Belt 7-21

7.3.3 Pulley 7-22 7.3.3.1 Pulley untuk Flat Belt 7-23 7.3.3.2 Pulley untuk V Belt 7-24 7.3.3.3 Metode penegangan belt 7-24

7.3.4 Kopling 7-25 7.3.4.1 Kopling rantai (chain coupling) 7-25

7.3.4.1.1 Kopling Rantai Tsubaki 7-26 7.3.4.1.2 Pemilihan dimensi (size) kopling 7-28

7.3.4.2 Kopling karet ban (rubber coupling) 7-29 7.3.4.2.1 Pemilihan dimensi kopling karet 7-30

7.3.4.3 Kopling flens fleksibel 7-31 7.3.5 Bantalan (Bearing) 7-35

7.3.5.1 Instalasi dan perawatan 7-35 7.3.6 Cone Clamp 7-36

Referensi 7-38 8. SISTEM KELISTRIKAN

8.1 Rangkaian Listrik 8-1 8.2 Sistem Kelistrikan Arus Bolak Balik 8-2

8.2.1 Sistem satu fasa dan system tiga fasa 8-2 8.2.2 Daya arus bolak-balik dan Faktor Daya 8-4

8.3 Generator 8-5 8.3.1 Generator Sinkron 8-5

8.3.1.1 Prinsip kerja generator sinkron 8-5 8.3.1.2 Pemilihan generator sinkron 8-7

8.3.2 Generator Asinkron 8-7 8.3.2.1 Prinsip kerja motor Induksi 8-7 8.3.2.2 Motot Induksi sebagai generator 8-8 8.3.2.3 Karakteristik Generator Induksi (IMAG) 8-8 8.3.2.4 Pemilihan generator induksi 8-9

8.4 Pentanahan 8-9 8.4.1 Pentanahan langsung 8-9 8.4.2 Pentanahan lewat hambatan 8-10 8.4.3 Pentanahan lewat reaktan 8-10 8.4.4 Pentanahan dengan Ground-Fault Neutralizer 8-11 8.4.5 Konstruksi system pentanahan 8-11 8.4.6 Bahan-bahan elektroda 8-11 8.4.7 Hantaran Pentanaha 8-12

8.5 Electronic Load Controller 8-12 8.5.1 Komponen panel control dan fungsinya 8-13

8.5.1.1 Modul ELC pengendali frekuensi 8-13 8.5.1.2 Alat ukur listrik 8-14 8.5.1.3 Asesoris panel 8-15 8.5.1.4 Power switch Gear 8-15 8.5.1.5 Pengkabelan 8-16 8.5.1.6 Ballast load 8-16

9. TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

9.1 Ide Tentang Listrik 9-1 9.2 Pemilihan Jalur Distribusi 9-2 9.3 Fasilitas Distribusi 9-3 9.4 Tiang 9-4

9.4.1 Panjang bentangan tiang 9-4 9.4.2 Jarak bebas minimum yang diijinkan untuk konduktor dan Lingkungan 9-5 9.4.3 Ketinggian tiang 9-5 9.4.4 Ukuran tiang 9-6

9.5 Tarik Tegang 9-7 9.6 Konduktor dan Kabel 9-10

9.6.1 Kelebihan konduktor dan kabel 9-10 9.6.2 Ukuran konduktor 9-10 9.6.3 Lendutan konduktor 9-10 9.6.4 Beban setiap fasa 9-10 9.6.5 Dimanakah jaringan 3-fasa diubah ke jaringan satu fasa ? 9-10

9.7 Trafo Distribusi 9-11 9.7.1 Jenis trafo distribusi 9-11 9.7.2 Kebutuhan trafo 9-11 9.7.3 Penerapan trafo 9-12 9.7.4 Pemilihan satuan kapasitas 9-12 9.7.5 Lokasi 9-13

9.8 Sambungan Rumah (SR/HC(=House Connection)) 9-13

9.8.1 Pemakaian sambungan rumah 9-13 9.8.2 Instalasi konsumen 9-13

Referensi 9-15 10. PENGOPERASION DAN PERAWATAN

10.1 Pendahuluan 10-1 10.2 Pengoperasian 10-1

10.2.1 Pengoperasian dasar 10-2 10.2.2 Kasus darurat 10-3 10.2.3 Lainnya 10-5

10.3 Perawatan 10-5 10.3.1 Patroli harian 10-6 10.3.2 Inspeksi periodik 10-7 10.3.3 Inspeksi khusus 10-8

10.4 Perekaman 10-8 10.5 Permasalahan dan Pemecahannya 10-9

PENGANTAR

Salah satu kendala utama dalam pelistrikan pedesaan adalah letaknya yang jauh dari pusat pembangkitan dengan kondisi akses yang buruk, membuat biaya investasi menjadi sangat tinggi. Dilain pihak, kebutuhan aktual daya listrik di wilayah seperti itu umumnya juga rendah dengan daya beli masyarakat yang juga rendah, sehingga investasi menjadi semakin tidak menarik dan prioritas untuk menjangkau wilayah-wilayah seperti itu sering dikebelakangkan.

Rasio elektrifikasi saat ini sekitar 52 persen, yang berarti ada sekitar 48 persen rakyat Indonesia yang belum menikmati pelayanan sambungan listrik, yang umumnya berada di daerah pedesaan dan terpencil. Situasi keterbatasan dana pemerintah membuat kegiatan elektrifikasi berjalan lambat dibanding dengan pertumbuhan permintaannya.

Kegiatan pembangunan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) berusaha memberikan kontribusi dalam usaha pelistrikan pedesaan. Dengan menggunakan sumber energi terbarukan yang tersedia in situ, dengan skala yang sesuai dengan kebutuhan setempat, PLTMH menawarkan pemecahan bagi daerah-daerah pedesaan terpencil yang jauh dari jangkauan PLN untuk mendapatkan sumber energi yang handal dan terjangkau. Dengan tersedianya sumber energi ini, diharapkan dapat meningkatkan kualitas hidup masyarakat dan memacu kegiatan pembangunan setempat.

Total potensi teoritis PLTMH di Indonesia sekitar 493 MW dengan tingkat pemanfaatan saat ini baru mencapai sekitar 21 MW atau hanya sekitar 4% saja dari potensi yang ada. Dengan demikian, masih cukup banyak potensi yang saat ini belum dimanfaatkan, atau bahkan belum tereksplorasi/terdokumentasi dengan baik.

Upaya pemanfaatan potensi mikrohidro ini membutuhkan peran serta dan keterkaitan dari berbagai pihak, mengingat aspek-aspek yang terkandung didalamnya. Pada tingkat kebijakan, pemerintah daerah dalam era otonomi daerah ini, harus dapat melihat kegiatan pembangunan PLTMH sebagai bentuk pembangunan masyarakat dalam bentuk peningkatan SDM lokal, penyedian sarana dan prasrana kehidupan masyarakat dan sekaligus memacu dan meningkatkan kapasitas lokal serta kesempatan dalam menyelenggarakan pembangunan daerahnya. Cara pandang ini menekankan pada proses yang terjadi selama kegiatan pembangunan PLTMH dan integrasi follow up kegiatan setelah PLTMH terbangun dan beroperasi untuk menghasilkan sinergi. Partisipasi sektor swasta maupun dari lembaga-lembaga swadaya masyarakat menjadi semakin penting mengingat keterbatasan sumberdaya yang dimiliki pemerintah. Kesemua hal tersebut mensyaratkan pengetahuan dan penguasaan keterampilan dalam pengimplementasian suatu kegiatan pembangunan PLTMH secara utuh menyeluruh.

Buku panduan ini disusun untuk digunakan dalam kegiatan pelatihan pembangunan PLTMH sebagai bagian dari kegiatan dalam proyek “Poverty Alleviation by Electric Power Utilization and NGOs Capacity Building Through Micro Hydro Development” yang dibiayai oleh JICA (Japan International Cooperation Agency) dibawah program CEP (Community Empowerment Program). Salah satu tujuan proyek ini adalah menyebarkan pengetahuan dan kemampuan untuk menyelenggarakan pembangunan PLTMH ke berbagai wilayah di Indonesia dengan melibatkan komponen pemerintah

daerah, perguruan tinggi dan lembaga swadaya masyarakat. Diharapkan, salah satu dampak dari proyek ini adalah memberikan kontribusi signifikan meningkatkan pembangunan masyarakat pedesaan melalui pembangunan PLTMH di berbagai daerah di Indonesia.

Tim Penyusun

Manual Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

1-1

1. PENDAHULUAN 1.1 Energi Baru dan Terbarukan Masalah yang dihadapi dalam penyediaan energi adalah masih banyaknya penggunaan bahan bakar minyak (BBM), sementara kemampuan produksi dan suplai minyak semakin menurun. Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam penggunaan dan pemilihan sumber energi baru adalah sebagai berikut:

Ketersediaan sumber energi dan usaha pelestarian. Kemampuan manusia untuk menguasai dan mengelola energi. Ketersediaan dana untuk menguasai sumber energi. Masalah lingkungan.

1.2 Kebutuhan Energi Untuk Pengembangan Pedesaan Di sebagian negara berkembang, juga Indonesia, aktivitas pembangunan terkonsentrasi di kota atau wilayah dengan berbagai fasilitas yang mendukungnya. Sementara di daerah pedesaan, pembangunan berjalan lamban karena kurangnya infrastruktur, sarana dan prasarana. Dalam usaha meningkatkan mutu kehidupan dan pertumbuhan ekonomi masyarakat pedesaan, energi memiliki peranan yang besar. Ketersediaan listrik di pedesaan sebagai salah satu bentuk energi yang siap pakai akan mendorong :

Peningkatan produktivitas dan kegiatan ekonomi baru. Peningkatan sarana pendidikan dan kesehatan. Peningkatan lapangan kerja baru.

Desa-desa di Indonesia rata-rata membutuhkan listrik relatif kecil (10 – 150 KW) serta lokasinya tersebar. Untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia, Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) telah dikembangkan mengingat potensi tenaga air di Indonesia yang melimpah dan besar. Pembangunan PLTMH, yang lebih dikenal dengan Mikrohidro, beranjak dari konsep:

Memanfaatkan energi air yang melimpah agar dapat dilakukan penghematan sumber energi lain seperti minyak bumi dan kayu bakar.

Penggunaan listrik yang dihasilkan diarahkan untuk pemakaian yang bersifat produktif agar dapat mendorong aktivitas ekonomi pedesaan.

Penggunaan dan pengelolaan PLTMH oleh masyarakat pedesaan merupakan media bagi usaha pengembangan masyarakat.


1-2

1.2.1 Aspek Teknologi Dari segi teknologi PLTMH memiliki keuntungan dan kemudahan dibandingkan pembangkit listrik lainnya. Hal tersebut karena:

Konstruksinya relatif sederhana. Teknologi mikrohidro telah matang dan terjamin sebagai teknologi yang dapat

dikontrol dan dikelola secara mandiri oleh masyarakat pedesaan. Mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang, karena hampir semua

komponen yang dibutuhkan telah dapat diproduksi di dakam negeri. Dapat dioperasikan dan dirawat oleh masyarakat di desa. Biaya operasi dan perawatan rendah.

1.2.2 Aspek Lingkungan PLTMH ramah terhadap lingkungan, karena tidak menghasilkan gas buang atau limbah lainnya, dan tidak merusak ekosistem sungai. Dengan demikian, kelebihan PLTMH dari segi lingkungan adalah:

Mengurangi pemakaian bahan baker fosil untuk penerangan dan kegiatan rumah tangga seperti memasak, contoh : minyak tanah, solar, kayu bakar.

Terpeliharanya daerah tangkapan air, untuk menjamin suplai air bagi kelangsungan PLTMH.

Ramah terhadap lingkungan. 1.2.3 Aspek Sosial Ekonomi Kehadiran PLTMH di suatu desa akan meningkatkan interaksi sosial dan menumbuhkan aktivitas-aktivitas perekonomian baru. Dari sudut pandang ini kelebihan PLTMH adalah:

Mendorong aktivitas perekonomian di pedesaan dengan cara meningkatkan produktivitas melalui industri rumah tangga yang lebih modern.

Penciptaan lapangan kerja di desa. Pelayanan kepada masyarakat dalam bentuk penerangan. Mendorong lembaga desa (misalnya KUD) untuk berperan dalam pengelolaan dan

pengoperasian PLTMH. Mikrohidro menyediakan peluang untuk investasi dan manufaktur bagi masyarakat

di pedesaan. 1.2.4 Aspek Lembaga Kemasyarakatan Pengoiperasian PLTMH menuntut adanya suatu lembaga yang menjalankan fungsi-fungsi pengelolaan dan perawatan. Lembaga tersebut akan menambah keberadaan lembaga yang sudah ada di desa. Dinamika masyarakat akan berkembang dan keuntungan yang diperoleh adalah:

Partisipasi lokal dalam pembuatan keputusan dan menejemen lokal dari pelistrikan pedesaan adalah dimungkinkan dengan melalui PLTMH.

Peningkatan peran pemerintahan desa dan lembaga lainnya.


2-1

2. PLTMH : SEBUAH ALTERNATIF ENERGI YANG TERBARUKAN

2.1 Pengertian PLTMH Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), biasa disebut mikrohidro, adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai penggeraknya, misalnya saluran irigasi, sungai atau air terjun alam, dengan cara memanfaatkan tinggi terjunnya (head, dalam meter) dan jumlah debit airnya (m3/detik). Gambar 2.1 menunjukkan contoh keseluruhan sistem PLTMH. Umumnya PLTMH yang dibangun jenis run off river dimana head diperoleh tidak dengan membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliaran air sungai ke satu sisi dari sungai dan menjatuhkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana beda tinggi yang diperlukan sudah diperoleh. Dengan menggunakan pipa, air dialirkan ke power house (rumah pembangkit) yang biasanya dibangun di pinggir sungai. Melalui nosel air akan menyemprot keluar memutar roda turbin (runner), kemudian air tersebut dikembalikan ke sungai asalnya. Energi mekanik putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Pembangkit listrik tenaga air dibawah ukuran 200 KW digolongkan sebagai PLTMH (mikrohidro). Dalam perencanaan pembangunan sebuah PLTMH, diperlukan pengetahuan tentang:

Hidrologi Kelistrikan Bangunan sipil Permesinan Ekonomi untuk studi kelayakan.

2.2 Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Komponen-komponen sebuah PLTMH meliputi: - Diversion Weir dan Intake (Dam/Bendungan Pengalih dan Intake)

Bendungan untuk instalasi PLTMH berfungsi untuk menampung aliran air sungai dan/atau hanya sekedar untuk mengalihakn air supaya masuk ke dalam intake. Sebuah bendungan biasanya dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran dan endapan. Perlengkapan lainnya adalah: penjebak/saringan sampah. PLTMH, umumnya adalah pembangkit tipe run of river, sehingga bangunan intake dibangun berdekatan dengan bendungan dengan memilih dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir.


2-2

- Settling Basin (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. Bak pengendap dibuat dengan memperdalam dan memperlebar sebagian saluran pembawa dan menambahnya dengan beberapa komponen, seperti saluran pelimpah, saluran penguras dan sekaligus pintu pengurasnya.

- Head Race (Saluran Pembawa)


2-3

Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan. Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup. Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Pada saluran yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran tersebut.

- Head Tank (Bak Penenang)

Fungsi dari bak penenang adalah untuk menenangkan air yang akan masuk turbin melalui penstock sesuai dengan debit yang diinginkan, dan untuk pemisahan akhir kotoran dalam air seperti pasir dan kayu-kayuan. Untuk kasus-kasus tertentu, adalah memungkinkan untuk menggabungkan bak penenang sekaligus juga untuk bak pengendap. Terkait dengan fungsi-fungsi tersebut maka bak penenang dilengkapi dengan ointu air untuk masuk ke penstock, pintu penguras, saluran pelimpah serta saluran penguras.


2-4

- Penstock (Pipa Pesat/Penstock)

Pipa pesat berfungsi untuk mengubah energi potensial air di bak penenang menjadi energi kinetik air di dalam pipa pesat, dan kemudian mengarahkan energi kinetik tersebut untuk memutar roda gerak turbin air.


2-5

- Pondasi dan Dudukan Pipa Pesat

Dudukan pipa pesat harus mampu menahan beban statis dan dinamis dari pipa pesat dan air yang mengalir di dalamnya. Oleh karena itu harus dihindari belokan-belokan karena akan mengakibatkan gaya yang cukup besar.

- Rumah Pembangkit (Power House)

Di dalam rumah pembangkit, dipasang turbin dan generator yang selalu mendapat beban dinamis dan bergetar. Didalam mendisain rumah pembangkit, pondasi turbin-generator harus dipisahkan dari pondasi bangunan rumah turbin. Selain itu perlu


2-6

diperhitungkan keleluasaan untuk membongkar pasang turbin dan generator, serta masih ditambah perlunya saluran pembuang di dalam rumah turbin.

- Turbine dan Generator (Turbin dan Generator)

Turbin berfungsi untuk mengubah energi air (potensial, tekanan dan kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran gagang dari roda ini dapat digunakan untuk memutar berbagai macam alat mekanik (penggilingan biji, pemeras minyak, mesin bubut, dll), atau untuk mengoperasikan generator listrik. Mesin-mesin atau alat-alat, yang diberi tenaga oleh skema hidro, disebut dengan ‘Beban’ (Load).


2-7

Tentu saja ada banyak variasi pada penyusunan disain ini. Sebagai sebuah contoh, air dimasukkan secara langsung ke turbin dari sebuah saluran tanpa sebuah penstock seperti yang terlihat pada penggergajian kayu di Gambar 1.2.1. Tipe ini adalah metode paling sederhana untuk mendapatkan tenaga air tetapi belakangan ini tidak digunakan untuk pembangkit listrik karena efisiensinya rendah. Kemungkinan lain adalah bahwa saluran dapat dihilangkan dan sebuah penstock dapat langsung ke turbin dari bak pengendap pertama. Variasi seperti ini akan tergantung pada karakteristik khusus dari lokasi dan skema keperluan-keperluan dari pengguna. Terdapat banyak variasi dalam penyusunan sebuah disain PLTMH. Gambar 2.1 menunjukkan bagan sebuah PLTMH.

Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH


2-8

2.3 Tenaga Listrik dari Air Sebuah PLTMH memerlukan dua hal yang pokok, yaitu debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat. Ini adalah sebuah sistem konversi tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggian dan aliran, dan menyalurkan tenaga dalam bentuk blistrik atau tenaga gagang mekanik. Tidak ada sistem konversi tenaga yang dapat mengirim sebanyak yang diserap. Hal ini karena sebagian tenaga hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan, panas, suara dan sebagainya.

Gambar 2.2 Head adalah ketinggian vertikal dimana air jatuh

Persamaan konversinya, Tenaga yang masuk = tenaga yang keluar + tenaga yang hilang (loss), atau Tenaga yang keluar = tenaga yang masuk x efisiensi konversi Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang kecil. Daya yang masuk, atau total daya yang diserap oleh skema hidro, adalah daya kotor, Pgross. Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih, Pnet. Semua efisiensi dari skema (Gambar.2.3) disebut Eo atau η.

Pnet = Pgross ×Eo atau Pnet = Pgross x η Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan sebuah faktor (g = 9.8), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah :


2-9

Pnet = g ×Hgross × Q ×Eo atau Pnet = g x Hgross x Q x η dimana : P = Daya dalam kilowatt (kW) g = gravitasi dengan nilai 9,8 H = head dalam meter Q = debit air dalam meter kubik per detik (m3/s) E0 (η) = Efisiensi keseluruhan yang terbagi sebagai berikut: Eo = Ekonstruksi sipil × Epenstock × Eturbin × Egenerator × Esistem kontrol × Ejaringan × Etrafo

Biasanya Ekonstruksi sipil : 1.0 - (panjang saluran × 0.002 ~ 0.005)/ Hgross Epenstock : 0.90 ~ 0.95 (tergantung pada panjangnya) Eturbin : 0.70 ~ 0.85 (tergantung pada tipe turbin) Egenerator : 0.80 ~ 0.95 (tergantung pada kapasistas generator) Esistem kontrol : 0.97 Ejaringan : 0.90 ~ 0.98 (tergantung pada panjang jaringan) Etrafo : 0.98 Gambar 2.3 Efisiensi sistem untuk sebuah skema yang berjalan pada disain aliran

penuh Ekonstruksi sipil dan Epenstock adalah yang biasa diperhitungkan sebagai ‘Head Loss (Hloss)/kehilangan ketinggian’. Dalam kasus ini, persamaan diatas dirubah ke persamaan berikut. Pnet= g ×(Hgross-Hloss) ×Q ×(Eo – Ekonstruksi sipil - Epenstock ) kW Untuk memudahkan perhitungan dengan menyesuaikan kondisi kemampuan manufaktur di Indonesia maka persamaan di atas dapat disederhanakan dengan mempergunakan nilai E0 atau η (efisiensi) dengan nilai 0,6 ~ 075, sehingga untuk mikrohidro persamaannya menjadi:

Efisiensi turbin

Efisiensi jaringan

Daya terbangkit

Efisiensi trafo step-up dan step-down

Tenaga potensial penuh Tenaga masuk

Efisiensi generator

Efisiensi penstock

Efisiensi saluran


2-10

P (daya) = 9,8 x Q x H x η

Dimana: P = Daya dalam kilowatt (kW) g = gravitasi dengan nilai 9,8 H = head dalam meter Q = debit air dalam meter kubik per detik (m3/s) E0 (η) = Efisiensi keseluruhan (0,6 ~ 0,75 untuk PLTMH) Persamaan sederhana ini harus diingat karena ini adalah inti dari semua disain pekerjaan pembangkit listrik. Ini penting digunakan untuk mendapatkan unit-unit yang benar. 2.4 Darimana air datang ? Volume air sungai tergantung pada daerah tangkapan air (catchment area) dan volume curah hujan. Garis putus-putus pada gambar 2.4 menunjukkan batas air dari titik A dan titik B. Daerah tangkapan air ditegaskan sebagai daerah yang dibatasi oleh garis putus-putus.

Gambar 2.4 Daerah tangkapan air (catchment area) dan batas air


3-1

3. MENCARI LOKASI POTENSIAL

Meskipun lokasi pembangunan telah diidentifikasi, masih perlu untuk melakukan pengujian secara kasar. Hal-hal yang perlu diuji adalah: 1. Apakah benar bahwa memungkinkan untuk membangun pembangkit listrik tenaga air

skala kecil yang dekat dengan daerah yang membutuhkan daya. 2. Berapa kapasitas daya terbangkit yang dapat dijamin dan dimana. 3. Memilih sebuah lokasi potensial diantara calon-calon lokasi lain. Pengujian diatas adalah pekerjaan perencanaan yang mendasar dengan mengunakan bahan-bahan referensi dan informasi yang ada dan dengan melalui segala prosedurnya serta dengan memperhatikan issue-issue yang penting yang akan dijelaskan dibawah. 3.1 Bahan-bahan Referensi Dasar Bahan-bahan referensi dasar yang dibutuhkan adalah sebagai berikut : 1) Peta topografi : skala : 1/25.000 atau 1/50.000

Peta topografi menyediakan informasi penting, seperti tanah pertanian, lokasi desa-desa, kemiringan sungai, daerah tangkapan air dari lokasi yang diusulkan, jalan menuju lokasi dan sebagainya. Di Indonesia, peta topografi, skala 1/25.000 atau 1/50.000 telah disediakan oleh Badan Koordinasi Survei dan Pemetaan Nasional.

2) Data curah hujan : peta isohyetal dan lain-lain

Meskipun tidak dibutuhkan untuk mengumpulkan data curah hujan yang detil pada tahap ini, adalah perlu untuk memiliki pemahaman yang jelas tentang karakteristik curah hujan dari daerah proyek dengan menggunakan peta isohyetal untuk data wilayah dan curah hujan yang ada untuk daerah yang berdekatan. Peta isohyetal menyediakan penambahan dan rata-rata yang akan diberikan untuk memperkirakan indikasi dari curah hujan.

3.2 Kisaran Pencarian Sebagian besar pembangkitan listrik dengan menggunakan tenaga air skala kecil, pada dasarnya dikonsumsi oleh fasilitas permintaan daya yang spesifik, sehingga penting untuk merencanakan lokasi pembangkit yang sedekat mungkin dengan lokasi-lokasi yang membutuhkan daya. Pada kasus dimana lokasi-lokasi permintaan daya terbagi ke dalam beberapa grup yang tersebar pada daerah yang relatif luas, adalah mungkin lebih menguntungkan untuk menyebarkan pembangkit-pembangkit skala kecil daripada menyuplai daya ke seluruh grup oleh sebuah pembangkit tunggal dengan syarat-syarat bahwa biaya transmisi lebih rendah, lebih mudah pengoperasian dan perawatan dan dampak penghentian tak terduga dari pembangkit dapat diperkecil, dan sebagainya.


3-2

Ketika merencanakan pembangkit listrik tipe tersendiri, adalah dipercaya akan menjadi lebih efisien untuk diperluas jangkauan surveinya tahap-demi tahap, dimulai dari wilayah geografi dari setiap grup. Jarak transmisi ke lokasi permintaan harus memperhitungkan sejumlah factor, diantaranya daya terbangkit, tingkat permintaan, topografi, kondisi jalan masuk, tegangan transmisi dan perhitungan ekonomi transmisi. Jarak transmisi ke lokasi permintaan diatur untuk memastikan rata-rata jatuhnya tegangan tidak melebihi 7%. Dalam kasus Skema Mikro Hidro di Indonesia, perkiraan kasar tentang jarak maksimum transmisi adalah 1.5 km dari lokasi permintaan. Jarak ini berdasarkan pada asumsi bahwa tegangan pada akhir jaringan distribusi harus terjaga diatas 205 Volt, 15 V sebagai kerugian tegangan yang diijinkan pada aturan tegangan 220 V, tanpa trafo (transformer). [Referensi 3-1 Hubungan antara kerugian tegangan dan jarak jaringan distribusi di Indonesia.] Jika lokasi potensial yang bagus tidak ditemukan dalam kisaran di atas, kisaran daerah pencarian harus diperluas dengan syarat bahwa trafo harus dipasang. 3.3 Perkiraan Debit Air Diantara sejumlah data debit air yang telah disebutkan sebelumnya, data observasi terakhir untuk daerah yang mengelilingi lokasi proyek harus digunakan untuk memperkirakan debit air, mengambil karakteristik distribusi curah hujan ke dalam pertimbangan.

Qp = Rr × Qo/Ao Dimana, Qp : Debit air per unit daerah tangkapan air di area proyek (m3/s/km2). Rr : Perbandingan curah hujan antara daerah tangkapan air dari lokasi yang diusulkan

untuk proyek mikro-hidro dan dari stasiun-stasiun pengukuran air terpasang. Qo : Pengamatan debit air pada stasiun pengukuran air (m3/s). Ao : Daerah tangkapan air dari stasiun pengukuran air (km2).

[Lihat “Referensi 3-2 : Pertimbangan ketika perkiraan debit air pada lokasi proyek tidak langsung dari data yang ada di sekitar stasiun pengukuran” menjadi poin penting pada catatan untuk memperkirakan debit air berdasarkan pada stasiun pengukuran yang terdekat.]

Ketelitian dalam skema mikro-hidro, adalah penting untuk mempertegas ketersediaan air. Debit air pada musim kering, diperkirakan dengan teliti. Kita memiliki pengalaman bahwa ketersediaan air yang ada di Indonesia diperkirakan 0.020 sampai 0.025 m3/s/km2.


3-3

Jika data debit tidak tersedia, adalah memungkinkan untuk memperkirakan lamanya debit secara kasar dengan mengacu pada [Referensi 3-3 : Metode perhitungan sederhana dari debit air dengan mempergunakan model keseimbangan daerah aliran air]. 3.4 Pemilihan Lokasi-Lokasi Potensial 3.4.1 Pemilihan pada peta Lokasi potensial diambil dari peta topografi yang ada dengan penaksiran kemungkinan ketinggian. Ketinggian, yang dapat ditaksir, pada peta seperti itu adalah 10 m untuk peta dengan skala 1/25.000 dan 25 m untuk peta dengan skala 1/50.000. Informasi-informasi selanjutnya harus dipertimbangkan untuk mengambil lokasi-lokasi potensial. (1) Pemilihan dengan mempertimbangkan kemiringan sungai dan daerah aliran air Lokasi-lokasi yang menawarkan head tinggi serta saluran air yang terpendek dan sebuah tingkat ketersediaan debit air yang tinggi adalah keuntungan alamiah untuk pembangkit listrik tenaga air.

Gambar 3. 1 Contoh Penentuan Lokasi dengan Peta Topografi Jenis-jenis informasi, yang dapat dihasilkan ketika lokasi-lokasi seperti itu diambil dari peta topografi yang ada adalah kemiringan sungai (perbedaan ketinggian dan panjang sungai) dan daerah aliran air. Sementara sejumlah pengalaman dibutuhkan untuk mengambil lokasi-lokasi seperti itu dari peta topografi. Jika diagram yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 disiapkan terlebih dahulu untuk sungai yang menjadi subyek, pengambilan lokasi-lokasi potensial adalah lebih mudah tanpa kekeliruan atau hasil yang berbeda berdasarkan pada tingkat pengalaman individu.


3-4

(2) Pemilihan berdasarkan pada kondisi konstruksi saluran air Sejauh gambaran dasar dari skema mikro-hidro telah didapat, sebagain besar konstruksi sipil direncanakan untuk mendapatkan gambaran konstruksi. Oleh karena itu, topografi pada beberapa lokasi potensial harus dapat mengakomodasi seperti gambaran konstruksi sipil. Gambar 3.2 Profil sungai dan perubahan-perubahan dalam daerah aliran sungai

untuk membantu pemilihan lokasi pembangkit listrik mikro-hidro yang menjanjikan.

3.4.2 Pemilihan berdasarkan pada informasi setempat Pada kasus dimana lokasi-lokasi potensial tidak dapat digambarkan pada peta topografi karena terlalu kecilnya skala yang digunakan atau penggunaan dari roman topografi alamiah seperti terjunan atau kolam, dan sebagainya, sama baiknya seperti konstruksi yang ada seperti fasilitas intake untuk irigasi dan jalan hutan, maka lokasi-lokasi potensial dipilih berdasarkan pada informasi yang disiapkan oleh masyarakat lokal dan/atau organisasi masyarakat setempat. [Referensi 3-5: Contoh dari Penggunaan Topografi Alamiah dan Berbagai Variasi Bangunan Buatan Manusia]

Pertemuan

Bagian yang cocok untuk pembangkit listrik

Ket

ingg

ian

Dae

rah

tang

kapa

n ai

r

Profil sungai

Perubahan daerah tangkapan air untuk sungai

Jarak


3-5

3.4.3 Pemilihan lokasi-lokasi pembangunan yang potensial Evaluasi umum dari lokasi-lokasi potensial tersebut diambil dengan studi penggambaran di atas yang kemudian dilakukan penggambaran dari beberapa sudut pandang di bawah untuk menguji kelayakannya untuk pembangunan pembangkit listrik tenaga air. (1) Besaran debit air yang tetap Walaupun sukar untuk menentukan kelayakan bagi pembangunan berdasarkan pada volume mutlak dari debit air yang tetap, sebuah lokasi potensial dengan sebuah tingkat besaran debit air yang tetap yang relatif tinggi adalah sebuah lokasi yang lebih menguntungkan untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air skala kecil, termasuk mikro-hidro, yang dibutuhkan untuk menyuplai listrik sekonstan mungkin sepanjang tahun karena itu adalah tujuan dari sebagian besar kasus penyediaan listrik untuk fasilitas konsumen tertentu. Ketika perkiraan debit yang spesifik dari debit air yang tetap, sebagai contoh debit air per unit wilayah aliran air, berbeda untuk setiap lokasi potensial, harus diperhatikan bahwa biaya konstruksi relative dari sebuah dam intake atau bendung pengaman, dan lain-lain, meningkat untuk sebuah sungai dengan sebuah debit air yang spesifik lebih kecil karena wilayah aliran air yang lebih luas dan skala yang lebih besar dari kemungkinan penggabungan banjir sungai seperti itu. Gambar 3.3 menunjukkan hubungan antara debit air yang tetap yang spesifik dan perbandingan dari debit air yang tetap dengan debit air maksimum (Qmax/QF: lihat gambar berikutnya) dalam pembangkit-pembangkit listrik tenaga air skala-kecil yang ada. Secara umum, nilai Qmax/QF dari pembangkit listrik tenaga air mikro dan mini-hidro masing-masing menunjukkan sekitar 1.0 dan 0.7 ~ 0.9, dan debit air yang tetap yang spesifik dalam kisaran Qmax/QF ini adalah 1.2 ~ 1.5 m3/s100km2 dalam rata-rata. Ketika membangun pembangkit listrik tenaga air mikro atau mini di sungai dengan debit air tetap yang spesifik adalah lebih rendah dari 1.0 m3/s100km2, metode penurunan biaya seperti menggunakan fasilitas irigasi yang ada seperti telah disebutkan harus dipertimbangkan.

Qmax Kurva Durasi QF

Deb

it ai

r sun

gai (

m3 /s

)

Hari


3-6

Gambar 3.3 Hubungan rasio antara debit air tetap/debit air maksimum dan debit air tetap yang spesifik.

(2) L/H [perbandingan antara panjang saluran air (L) dan total head (H)] Sebuah lokasi dimana sebuah nilai L/H lebih kecil adalah lebih menguntungkan untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil. Gambar 3.4 menunjukkan hubungan perbandingan antara total head (H) dan panjang saluran air (L) (L/H) diantara lokasi-lokasi pembangkit listrik skala kecil yang ada, total head tidak kurang dari 10 m (nilai minimum yang dapat diinterpretasikan pada sebuah peta topografi yang ada). Seperti teridentifikasi dengan jelas pada gambar, L/H dari lokasi yang secara umum tidak lebih tinggi dari 40 atau rata-ratanya 20.

Gambar 3.4 Hubungan antara head dan panjang saluran air

Waterway length (m)

0

20

40

60

80

100

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

L/H = 20

L/H = 40

Hea

d (m

)

Debit tetap / Debit maksimum (%)

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Deb

it te

tap

yang

spes

ifik

(per

100

km2 ) (m3/s) Mikro

Mini KecilBesarL


3-7

Gambar 3.5 menunjukkan hubungan antara debit air yang tetap dengan L/H, kecenderungan yang ada, lokasi dengan debit air tetapnya lebih kecil adalah perbandingan L/Hnya lebih kecil. L/H dari lokasi-lokasi yang ada dimana debit air tetapnya lebih kecil dari 0.2 m3/s diperkirakan dibawah 15.

Gambar 3.5 Hubungan antara debit air tetap dan L/H.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 10 20 30 40 50

Waterway Length / Head (L/H)

Firm

dis

char

ge (m

3 /s)


3-8

Referensi Ref. 3-1 Hubungan antara kerugian tegangan dan jarak jaringan transmisi di

Indonesia

Ker

ugia

n te

gang

an (V

)

Panjang Jaringan Transmisi (4kW)

15.4 (V) = 220(V) x 0.07

15.4 (V) = 220(V) x 0.07

Ker

ugia

n te

gang

an (V

)

Panjang Jaringan Transmisi (7.5kW)


3-9

Ker

ugia

n te

gang

an (V

) K

erug

ian

tega

ngan

(V)



15.4 (V) = 220(V) x 0.07


3-10

Ref. 3-2 Pertimbangan-pertimbangan ketika memperkirakan secara langsung debit air pada lokasi proyek dari data yang ada di stasiun-stasiun pengukuran di sekitarnya

Jika ada beberapa stasiun pengukuran di dekat lokasi proyek, hal-hal berikut harus diambil dalam pertimbangan ketika menyeleksi stasiun pengukuran yang akan digunakan. 1. Perbandingan wilayah aliran air Ketika memperkirakan debit air berdasarkan pada observasi data dari stasiun pengukuran yang ada, harus diambil wilayah aliran airnya untuk pertimbangan. Dari karakteristik debit air yang ditunjukkan oleh gambar berikut, jika perbandingan wilayah aliran air antara stasiun pengukuran yang ada dan lokasi proyek besar, kurva durasi aliran dapat di gabungkan. Ini karena perhitungan dengan menggunakan perbandingan wilayah aliran air saja tidak cukup.

2. Curah Hujan Durasi aliran air dan karakteristik curah hujan di bagian atas sungai memiliki sebuah korelasi yang dekat. Terutama sekali dalam debit air jangka panjang, dibutuhkan untuk mengenal hubungan dekat antara curah hujan dengan debit air. Oleh karena itu, data curah hujan dari dua wilayah aliran air adalah informasi yang berguna untuk mengevaluasi debit air lokasi proyek dari stasiun pengukuran. Metode sederhana untuk memahami curah hujan disekitar lokasi proyek adalah dengan menggunakan peta isohyetal dimana menunjukkan garis kontur dari curah hujan rata-rata, dan dapat membandingkan jumlah curah hujan dari lokasi proyek dan stasiun pengukuran.

Area aliran air besar

Hari

Dae

rah

alira

n ai

r ifi

k

Area aliran air kecil

Jumlah curah hujan besar

Jumlah curah hujan kecil

Hari

Dae

rah

alira

n ai

r spe

sifik


3-11

3. Kondisi Geologi Meskipun pemeriksaan dari debit air di lokasi proyek dan stasiun pengukuran dengan curah hujan di wilayah aliran air ini digunakan untuk mengetahui luasnya hubungan, bukanlah merupakan metode yang pasti efektif untuk menilai hubungan dari kurva durasi aliran. Faktor yang mempengaruhi kesamaan dari kurva durasi aliran tidak hanya wilayah alirannya tetapi juga kondisi geologi, terutama keberadaan dari wilayah geologi batuan vulkanik. Sebuah batuan geologi vulkanik diketahui sebagai lapisan tanah yang berkelembaban tinggi. Kurva durasi aliran air yang melalui lapisan tanah ini adalah relatif rata, dimana debit air semakin kecil di musim basah dan menjadi semakin besar di musim kering, dibanding melalui batuan non geologi vulkanik seperti gambar berikut. Adalah mungkin untuk mengetahui penyebaran dari batuan geologi vulkanik dari peta geologi yang ada, namun sulit untuk menganilisa secara kuantitatif hubungan pembagian dari batuan geologi vulkanik di wilayah aliran air dan karakteristik dari debit air sebagai aturan umum. Dari sudut pandang ini, dalam kenyataannya, ketika batuan geologi vulkanik ada di lokasi proyek, beralasan untuk memilih stasiun pengukuran dimana bagian terbagi sama. Disamping batuan geologi vulkanik, meskipun batuan kapur adalah lapisan geologi yang memberi efek pada debit air sungai, sulit untuk menangkap pengaruh ini secara kualitatif dan kuantitatif. Secara umum sungai dimana batuan kapur tersebar menunjukkan perubahan yang tidak teratur pada debit airnya, seperti debit air dari arus atas dan arus bawah mungkin berbalik secara parsial, atau perubahan debit air yang sangat cepat pada sebuah titik yang pasti. Bagaimanapun, pada kasus banyak batuan kapur di wilayah aliran air, pada prinsipnya perlu mengukur aliran arus pada titik intake dari lokasi proyek. 4. Kondisi Geografi Konsisi geografi disebutkan sebagai bahan untuk membantu pertimbangan dari pra asumsi debit air. Secara umum, sebuah kecenderungan, dimana jumlah curah hujan adalah lebih besar pada titik yang lebih tinggi dan gunung yang lebih curam, adalah diakui. Dari sudut ini, seleksi dari stasiun pengukuran ke kondisi dimana, seperti ketinggian, roman geografi, dan arah dari sebuah wilayah aliran air yang mirip ditentukan untuk sebuah metode dimana ketepatan asumsi meningkat.

Terdapat lapisan batu geologi vulkanik di dalam wilayah aliran air

Hari

Wila

yah

alira

n ai

r spe

sifik

Tidak terdapat lapisan batu geologi vulkanik


3-12

Ref. 3-3 Metode perhitungan sederhana dari debit air dengan mempergunakan model keseimbangan daerah aliran air.

Jika tidak ada data pengamatan debit air tetapi hanya mendapatkan data curah hujan, adalah mungkin untuk memperkirakan debit air sungai dari data keseimbangan air dari wilayah aliran air. 1. Metode Perhitungan (1) Keseimbangan air dari wilayah aliran air Hubungan dari curah hujan, aliran air (aliran air langsung, aliran air dasar), dan evaporasi diindikasikan oleh sudut pandang dari keseimbangan air tahunan sebagai berikut. Pada kasus ini, tidak ada perhatian tentang pengelompokkan dari wilayah aliran air, dan aliran air masuk dan aliran air dari/ke wilayah aliran air lain.

P = R + Et

= Rd + Rb + Et

dimana, P : Curah hujan tahunan (mm) R : Aliran air tahunan (mm) Rd : Aliran air langsung tahunan (mm) Rb : Aliran air dasar tahunan (mm) Et : Evaporasi tahunan (mm)

Aliran (R) diperoleh dari perhitungan evaporasi (Et) dengan rumus pra-asumsi dan pengamatan curah hujan (P). Sebuah gambar dari pola hubungan dari curah hujan (R), evaporasi yang memungkinkan (Etp), dan evaporasi nyata (Et) ditunjukkan dalam Gambar 3-3.1. Diindikasikan sebagai garis diagonal adalah evaporasi nyata, dan wilayah dibawah garis b-c adalah aliran air sungai termasuk air dibawah permukaan. Evaporasi yang memungkinkan (a-b-c-d) diperoleh dengan rumus pra-asumsi.

(2) Aliran air langsung dan aliran air dasar Sebuah gambar pola dari aliran tahunan ditunjukkan oleh Gambar 3-3.2. Aliran disiapkan dari air bawah permukaan, dan mengandung aliran dasar dimana fluktuasi musiman lebih kecil dan aliran langsung dimana curah hujan menjadi aliran mendadak. Perbandingan dari air bawah permukaan ke aliran tahunan (R) ditunjukkan Tabel 1-1. Dimana, Rg = Rb, Rb/R = 0.25 konstan, dan aliran dasar tahunan adalah konstan.


3-13

Gambar 3-3.1. Gambar pola dari jumlah curah hujan dan evaporasi

Gambar 3-3.2 Gambar pola aliran air

Jumlah curah hujan (P)

Jumlah evaporasi nyata (Et)

Kemungkinan evaporasi (Etp)

Aliran air (R)

Jum

lah

cura

h hu

jan,

eva

pora

si (m

m)

Bulan

Jum

lah

alira

n ai

r (m

3 /s)

Bulan

Jumlah aliran air langsung

Jumlah aliran dasar


3-14

Tabel 3-3.1 Model keseimbangan air dunia

Wilayah Asia Afrika Amerika

Utara Amerika Selatan

Eropa Australia Jepang

Curah Hujan P) 726 686 670 1648 734 736 1788

Aliran (R) 293 139 287 583 319 226 1197

Aliran Langsung (Rd) 217 91 203 373 210 172 -

Air bawah tanah 76 48 84 210 109 54 -

Evaporasi (Et) 433 547 383 1065 415 510 597

Rg/R 26 35 32 36 34 24 -

(Catatan) Sumber: Lvovich 1973

(3) Perhitungan tentang kemungkinan evaporasi Rumus perhitungan adalah rumus Blaney-Criddle, rumus Penman, dan rumus Thornthwaite etc. Disini, digunakan rumus Blaney-Criddle dimana menggunakan metode sederhana garis longitudinal dan temperatur dari lokasi proyek. Juga dapat digunakan nilai pengamatan dari evaporasi dari permukaan air bebas.

(a) Metode perhitungan 1. Rumus Blaney-Criddle

dimana,

u : Evaporasi bulanan (mm) K : Koefisien dari tanaman bulanan P : Angka bulanan dari penyinaran matahari tahunan (%) t : Temperatur rata-rata bulanan (0C)

2. Temperatur rata-rata bulanan dan angka bulanan dari penyinaran matahari tahunan Temperatur rata-rata bulanan ; Menggunakan temperatur pada wilayah aliran air

dari lokasi dam Angka bulanan dari penyinaran matahari tahunan ; Diperoleh dengan garis

lintang pada wilayah aliran air dari lokasi dam Di belahan bumi utara, gunakan Tabel 3-3.2, dan di belahan bumi selatan, gunakan Tabel 3-3.3.

3. Nilai K Tergantung pada kondisi vegetasi. Disini sebagai titik konstan adalah 0.6.

u = K.P. 100

( 45.7t + 813 )


3-15

(b) Contoh Perhitungan 1. Kondisi: Posisi dari wilayah aliran air garis lintang 160 N 2. Perhitungan dari kemungkinan evaporasi: Tabel 3-3.4 (4) Perhitungan evaporasi Ditunjukkan dalam Tabel 3-3.4, evaporasi bulanan diperoleh dengan nilai lebih rendah dari curah hujan atau kemungkinan evaporasi.

(5) Membuat data aliran bulanan Membuat data aliran bulanan dengan prosedur ditunjukkan Tabel 3-3.5. Membuat bulanan berarti data debit air pada lokasi dan dengan rumus berikut. Aliran bulanan ((4) dari Tabel 1-5) 1 Q(i) = X CA X 106 X 1000 86,400 X n dimana, Q(i) : Rata-rata debit air bulanan pada lokasi dam dalam ‘i (bulan)’ (m3/s) CA : Wilayah aliran air (km2) n : Jumlah hari dalam bulan Debit air pada kasus dari wilayah aliran air adalah 300 km2 yang ditunjukkan Tabel 1-5. Sebagai tambahan, perbandingan aliran air dasar ke total aliran air (25%) dan distribusi bulanan dari aliran air dasar (konstan) dapat dianalisa dalam respon terhadap karakteristik dari aliran air pada wilayah aliran air.


3-16

Tabel 3-3.2 Angka Bulanan dari Penyinaran Matahari Tahunan (Belahan Bumi

Utara) (%)

North Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.Latitude

65 3.52 5.13 7.96 9.97 12.72 14.15 13.59 11.18 8.55 6.53 4.08 2.6264 3.81 5.27 8.00 9.92 12.50 13.63 13.26 11.08 8.56 6.63 4.32 3.0263 4.07 5.39 8.04 9.86 12.29 13.24 12.97 10.97 8.56 6.73 4.52 3.3662 4.31 5.49 8.07 9.80 12.11 12.92 12.73 10.87 8.55 6.80 4.70 3.6561 4.51 5.58 8.09 9.74 11.94 12.66 12.51 10.77 8.55 6.88 4.86 3.91

60 4.70 5.67 8.11 9.69 11.78 12.41 12.31 10.68 8.54 6.95 5.02 4.1459 4.86 5.76 8.13 9.64 11.64 12.19 12.13 10.60 8.53 7.00 5.17 4.3558 5.02 5.84 8.14 9.59 11.50 12.00 11.96 10.52 8.53 7.06 5.30 4.5457 5.17 5.91 8.15 9.53 11.38 11.83 11.81 10.44 8.52 7.13 5.42 4.7156 5.31 5.98 8.17 9.48 11.26 11.68 11.67 10.36 8.52 7.18 5.52 4.87

55 5.44 6.04 8.18 9.44 11.15 11.53 11.54 10.29 8.51 7.23 5.63 5.0254 5.56 6.10 8.19 9.40 11.04 11.39 11.42 10.22 8.50 7.28 5.74 5.1653 5.68 6.16 8.20 9.36 10.94 11.26 11.30 10.16 8.49 7.32 5.83 5.3052 5.79 6.22 8.21 9.32 10.85 11.14 11.19 10.10 8.48 7.36 5.92 5.4251 5.89 6.27 8.23 9.28 10.76 11.02 11.09 10.05 8.47 7.40 6.00 5.54

50 5.99 6.32 8.24 9.24 10.68 10.92 10.99 9.99 8.46 7.44 6.08 5.6548 6.17 6.41 8.26 9.17 10.52 10.72 10.81 9.89 8.45 7.51 6.24 5.8546 6.33 6.50 8.28 9.11 10.38 10.53 10.65 9.79 8.43 7.58 6.37 6.0544 6.48 6.57 8.29 9.05 10.25 10.39 10.49 9.71 8.41 7.64 6.50 6.2242 6.61 6.65 8.30 8.99 10.13 10.24 10.35 9.62 8.40 7.70 6.62 6.39

40 6.75 6.72 8.32 8.93 10.01 10.09 10.22 9.55 8.39 7.75 6.73 6.5438 6.87 6.79 8.33 8.89 9.90 9.96 10.11 9.47 8.37 7.80 6.83 6.6836 6.98 6.85 8.35 8.85 9.80 9.82 9.99 9.41 8.36 7.85 6.93 6.8134 7.10 6.91 8.35 8.80 9.71 9.71 9.88 9.34 8.35 7.90 7.02 6.9332 7.20 6.97 8.36 8.75 9.62 9.60 9.77 9.28 8.34 7.95 7.11 7.05

30 7.31 7.02 8.37 8.71 9.54 9.49 9.67 9.21 8.33 7.99 7.20 7.1628 7.40 7.07 8.37 8.67 9.46 9.39 9.58 9.17 8.32 8.02 7.28 7.2726 7.49 7.12 8.38 8.64 9.37 9.29 9.49 9.11 8.32 8.06 7.36 7.3724 7.58 7.16 8.39 8.60 9.30 9.19 9.40 9.06 8.31 8.10 7.44 7.4722 7.67 7.21 8.40 8.56 9.22 9.11 9.32 9.01 8.30 8.13 7.51 7.56

20 7.75 7.26 8.41 8.53 9.15 9.02 9.24 8.95 8.29 8.17 7.58 7.6518 7.83 7.31 8.41 8.50 9.08 8.93 9.16 8.90 8.29 8.20 7.65 7.7416 7.91 7.35 8.42 8.47 9.01 8.85 9.08 8.85 8.28 8.23 7.72 7.8314 7.98 7.39 8.43 8.43 8.94 8.77 9.00 8.80 8.27 8.27 7.79 7.9312 8.06 7.43 8.44 8.40 8.87 8.69 8.92 8.76 8.26 8.31 7.85 8.01

10 8.14 7.47 8.45 8.37 8.81 8.61 8.85 8.71 8.25 8.34 7.91 8.098 8.21 7.51 8.45 8.34 8.74 8.53 8.78 8.66 8.25 8.37 7.98 8.186 8.28 7.55 8.46 8.31 8.68 8.45 8.71 8.62 8.24 8.40 8.04 8.264 8.36 7.59 8.47 8.28 8.62 8.37 8.64 8.58 8.23 8.43 8.10 8.342 8.43 7.63 8.49 8.25 8.55 8.29 8.57 8.53 8.22 8.46 8.16 8.42

0 8.50 7.67 8.49 8.22 8.49 8.22 8.50 8.49 8.21 8.49 8.22 8.50


3-17

Tabel 3-3.3 Angka Bulanan dari Penyinaran Matahari Tahunan (Belahan Bumi

Selatan) (%)

(Catatan) Bagian Selatan lebih daripada garis lintang 50°S akan dihitung menggunakan contoh dari Tabel 3-3.2. Secara nyata, angka bulanan dari garis lintang selatan adalah berhubungan dengan bulan yang ditunjukkan di bawah garis lintang utara.

Lintang Sel. - Lintang Ut. Januari - Juli Februari - Agustus Maret - September April - Oktober Mei - November

Juni - Desember

Lintang Sel. - Lintang Ut. Juli - Januari Agustus - Februari September - Maret Oktober - April November - Mei Desember - Juni

South Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.Latitude

0 8.50 7.67 8.49 8.22 8.49 8.22 8.50 8.49 8.21 8.49 8.22 8.502 8.55 7.71 8.49 8.19 8.44 8.17 8.43 8.44 8.20 8.52 8.27 8.554 8.64 7.76 8.50 8.17 8.39 8.08 8.20 8.41 8.19 8.56 8.33 8.656 8.71 7.81 8.50 8.12 8.30 8.00 8.19 8.37 8.18 8.59 8.38 8.748 8.79 7.84 8.51 8.11 8.24 7.91 8.13 8.12 8.18 8.62 8.47 8.84

10 8.85 7.86 8.52 8.09 8.18 7.84 8.11 8.28 8.18 8.65 8.52 8.9012 8.91 7.91 8.53 8.06 8.15 7.79 8.08 8.23 8.17 8.67 8.58 8.9514 8.97 7.97 8.54 8.03 8.07 7.70 7.08 8.19 8.16 8.69 8.65 9.0116 9.09 8.02 8.56 7.98 7.96 7.57 7.94 8.14 8.14 8.78 8.72 9.1718 9.18 8.06 8.57 7.93 7.89 7.50 7.88 8.10 8.14 8.80 8.80 9.24

20 9.25 8.09 8.58 7.92 7.83 7.41 7.73 8.05 8.13 8.83 8.85 9.3222 9.36 8.12 8.58 7.89 7.74 7.30 7.76 8.00 8.13 8.86 8.90 9.3824 9.44 8.17 8.59 7.87 7.65 7.24 7.68 7.95 8.12 8.89 8.96 9.4726 9.52 8.28 8.60 7.81 7.56 7.07 7.49 7.90 8.11 8.94 9.10 9.6128 9.61 8.31 8.61 7.79 7.49 6.99 7.40 7.85 8.10 8.97 9.19 9.74

30 9.69 8.33 8.63 7.75 7.43 6.94 7.30 7.80 8.09 9.00 9.24 9.8032 9.76 8.36 8.64 7.70 7.34 6.85 7.20 7.73 8.08 9.04 9.31 9.8734 9.88 8.41 8.65 7.68 7.25 6.73 7.10 7.69 8.06 9.07 9.38 9.9936 10.06 8.53 8.67 7.61 7.16 6.59 6.99 7.59 8.06 9.15 9.51 10.2138 10.14 8.61 8.68 7.59 7.07 6.46 6.87 7.51 8.05 9.19 9.60 10.34

40 10.24 8.65 8.70 7.54 6.96 6.33 6.73 7.46 8.04 9.23 9.69 10.4242 10.39 8.72 8.71 7.49 6.85 6.20 6.60 7.39 8.01 9.27 9.79 10.5744 10.52 8.81 8.72 7.44 6.73 6.04 6.45 7.30 8.00 9.34 9.91 10.7246 10.68 8.88 8.73 7.39 6.61 5.87 6.30 7.21 7.98 9.41 10.03 10.9048 10.85 8.98 8.76 7.32 6.45 5.69 6.13 7.12 7.96 9.47 10.17 11.09

50 11.03 9.06 8.77 7.25 6.31 5.48 5.98 7.03 7.95 9.53 10.32 11.30


3-18

Tabel 3-3.4 Contoh Perhitungan dari Kemungkinan Evaporasi dan Evaporasi Nyata

(Catatan) (1): data diperoleh (2): dari Tabel 3-3.2 (3): jumlah yang disisipkan diperoleh

nilai evaporasi dari permukaan air.

Tabel 3-3.5 Contoh Perhitungan dari Aliran Sungai (Catatan) (3)Aliran dasar: keseragaman distribusi 434.3×0.25 = 108.6 mm ke setiap bulan

‡ @Temperature ‡ AMonthly rate ofannual sunshine

‡ CRainfall‡ DRealevaporation

Month t psmaller valueof ‡ B and ‡ C

(Ž) (%) (mm) (mm)

Jan. 22.1 7.91 86.4 ( 91.0 ) 8.5 8.5Feb. 24.7 7.35 85.6 ( 106.4 ) 16.8 16.8Mar. 27.2 8.42 103.8 ( 129.7 ) 38.3 38.3Apr. 28.9 8.47 108.4 ( 138.2 ) 62.3 62.3May 28.4 9.01 114.2 ( 116.3 ) 170.0 114.2Jun. 27.7 8.85 110.4 ( 91.1 ) 180.3 110.4Jul. 27.1 9.08 111.8 ( 81.2 ) 202.9 111.8Aug. 27.0 8.85 108.7 ( 72.7 ) 197.7 108.7Sep. 27.1 8.28 101.9 ( 74.6 ) 207.7 101.9Oct. 26.5 8.23 100.0 ( 79.7 ) 123.0 100.0Nov. 24.1 7.72 88.6 ( 73.4 ) 30.2 30.2Dec. 22.0 7.83 85.4 ( 80.2 ) 17.9 17.9

Total 1,205.2 (1,134.5 ) 1,255.6 821.0

‡ BPossible evaporation

from Blaney-Criddleformula

(mm)

‡ @Runoff ‡ ADirect runoff ‡ BBase runoff‡ CMonthly runoff

Month‡ C-‡ Dof Chart 1-4 ‡ @~0.75 (Note) ‡ A+‡ B

(mm) (mm) (mm) (mm) (m3/s)

Jan. 0 0 9.2 9.2 1.03Feb. 0 0 8.3 8.3 1.03Mar. 0 0 9.2 9.2 1.03Apr. 0 0 8.9 8.9 1.03May 55.8 41.9 9.2 51.1 5.72Jun. 69.6 52.2 8.9 61.1 7.07Jul. 91.1 68.3 9.2 77.5 8.69Aug. 89.0 66.8 9.2 76.0 8.51Sep. 105.8 79.4 8.9 88.3 10.22Oct. 23.0 17.3 9.2 26.5 2.96Nov. 0 0 8.9 8.9 1.03Dec. 0 0 9.2 9.2 1.03

Total 434.3 325.7 108.6 434.3

‡ DMonthlymeandischarge


3-19

Ref. 3-4 Contoh dari Penggunaan Topografi Alamiah dan Berbagai Variasi

Bangunan Buatan Manusia 1. Penggunaan saluran irigasi yang ada dan kolam yang dibentuk secara alamiah

oleh arus bawah dari jatuhan.

Sungai

Headrace

Sungai

Power house

Penstock Spillway

Saluran irigasi Headtank Saringan

Intake weir

Air terjun


3-20

2. Air intake berasal dari dua sungai

Headrace

Intake weir

Sungai

Intake weir

HeadtankScreen

Penstock

Power house

Tailrace

Sungai


3-21

3. Menggunakan sebuah bangunan jatuhan ketinggian dari saluran irigasi yang ada

Intake

Headtank

Saluran irigasi

Head drop structure

Penstock

Power house


3-22

4. Menggunakan sebuah bangunan jatuhan ketinggian dari saluran irigasi yang ada

Sungai

Intake

Headrace

Jalan Saluran irigasi

Headtank

Penstock

Power house

Tailrace

Spillway


4-1

4. TAHAP PELAKSANAAN SURVEI UNTUK PLTMH

4.1. Tujuan Pelaksanaan Survei Tujuan dari melakukan survei lokasi untuk mikrohidro adalah untuk mengeathui dan menyelidiki lokasi-lokasi pembangkit dan wilayah suplai dalam rangka untuk mengevaluasi kelayakan dari pelaksanaan proyek dan mendapatkan informasi untuk rencana pelistrikan. Salah satu kegiatan penting dari pelaksanaan survei lokasi adalah untuk mengukur debit air dan head yang dapat digunakan untuk pembangkit listrik mikrohidro. Penyelidikan tentang lokasi intake, rute saluran air, lokasi rumah pembangkit, jalur transmisi dll, juga dilakukan untuk menilai kelayakan dari lokasi-lokasi proyek. Survei kebutuhan daya merupakan hal yang penting dalam perencanaan dari sistem kelistrikan. Data sosial ekonomi seperti jumlah rumah tangga dan fasilitas umum pada lokasi yang akan disuplai, potensi ekonomi dan industri-industri lokal yang tersedia yang akan menggunakan listrik, kesanggupan masyarakat lokal untuk membayar listrik dan kemampuan masyarakat lokal untuk menerima skema kelistrikan dicari selama survei identifikasi. 4.2 Persiapan untuk Identifikasi Lokasi Untuk mencapai efektifitas dan keberhasilan identifikasi lokasi, adalah penting untuk melakukan persiapan seperti mengumpulkan informasi yang tersedia, merencanakan kecukupan alat-alat dan jadwal dari aktivitas-aktivitas survei terlebih dahulu. 4.2.1 Pengumpulan informasi dan persiapan Sebagai informasi awal, peta topografi skala 1/50,000 dipersiapkan untuk mengecek topografi dari lokasi dan desa-desa target, daerah tangkapan air, penyebaran desa-desa dan akses jalan. Informasi lebih akurat untuk akses lokasi dapat dikumpulkan dengan menghubungi orang lokal yang berkepentingan. Disiapkan perbanyakan peta topografi skala 1/50,000 dan peta rute dengan perbesaran 200% sampai dengan 400% untuk pekerjaan lapangan. Periksa lembaran daftar dan wawancara yang juga disiapkan untuk setiap identifikasi lokasi.


4-2

4.2.2 Rencana persiapan identifikasi lokasi Meskipun mungkin dibutuhkan jika terjadi penyimpangan dari rencana dan jadwal awal berkenaan dengan kondisi lokasi, adalah penting untuk membuat rencana dan jadwal yang cukup untuk kegiatan identifikasi lokasi lebih dahulu. Adalah juga perlu untuk berkoordinasi dengan instansi lokal yang berkompeten untuk memastikan keamanan dan keberhasilan dari aktifitas-aktifitas identifikasi yang dilakukan. Karena sebagian besar lokasi-lokasi mikrohidro terletak di daerah pegunungan dan wilayah terisolasi, sehingga memerlukan waktu lebih lama untuk melakukan kegiatan identifikasi lokasi. Oleh karena itu, jadwal yang cukup harus dipertimbangkan untuk memiliki waktu yang cukup untuk pekerjaan lapangan. Juga, pengukuran dan kegiatan-kegiatan lain untuk identifikasi lokasi harus diperhitungkan. Pengecekan lembar daftar dan wawancara harus disiapkan sebelumnya untuk efisiensi kegiatan-kegiatan yang dibutuhkan dari identifikasi lokasi. 4.2.3 Peralatan yang diperlukan untuk identifikasi lokasi Peralatan yang dibutuhkan untuk persiapan identifikasi lokasi tergantung pada tujuan dan ketepatan dan kondisi lokasi. Peralatan pokok adalah sebagai berikut : Tabel 4.1 Sebuah contoh lembaran periksa dari peralatan pokok untuk identifikasi

lokasi Peralatan Peralatan

Peta rute Altimeter Peta Topografi GPS (tipe portable) Jadwal identifikasi Camera, Film Daftar pemeriksaan Current meter Lembaran wawancara Pengukur jarak, meteran Peta geologiap Hand level Foto aerial Skala konvek (2-3m) Laporan yang terkait Palu

Peta

, Lem

bara

n

Clinometer Catatan lapangan Pisau Skala Sekop Pensil Obor, Lampu senter Penghapus Tempat barang-barang contoh seleksi Pensil warna Label Penyekat kertas Kompas Stop watch

Ala

t tu

lis

Pera

lata

n

Baterai Catatan: : peralatan yang diperlukan pada saat identifikasi awal


4-3

4.3 Survei untuk Garis Besar Lokasi Proyek Pertama kali identifikasi lokasi, sebuah survei dilakukan pada hal-hal berikut di lokasi dari fasilitas pembangkit dan sekitar wilayah yang akan disuplai daya listrik. (1) Kondisi jalan ke lokasi Peralatan dan mesin yang digunakan dalam konstruksi dan operasi pembangkit mikrohidro lebih kecil dan lebih ringan daripada yang digunakan pembangkit biasa. Peralatan dan mesin ini dalam beberapa kasus dapat dibawa dengan menggunakan kendaraan biasa atau secara manual. Membangun pembangkit listrik skala kecil mikro-hidro dibutuhkan sebuah pertimbangan tertentu yang hati–hati untuk menggunakan sebuah metode transportasi selain daripada penggunaan jalan atau kendaraan yang ada. Konstruksi dari sebuah akses jalan baru dapat menjadi sebuah faktor yang dapat dipertimbangkan secara ekonomi mengurangi nilai dari sebuah proyek. Lebih lanjut, dalam kasus di daerah pegunungan, mungkin ada hambatan jalan (sebelumnya digunakan untuk tempat pemotongan pohon, dll) dimana sulit untuk menemukan karena telah tertutup oleh vegetasi, adalah penting untuk mewancarai masyarakat lokal mengenai sebuah jalan seperti yang ada tersebut. (2) Situasi sistem yang ada dan rencana ke depan Walaupun untuk sebuah lokasi proyek dimana pembangunan dari sebuah sistem yang diasumsikan mandiri, sebuah survei harus dilakukan pada bagian akhir lokasi, rute dan tegangan, dll. dari sistem yang ada (terdekat) dan juga pada keberadaan dari rencana rehabilitasi dan perluasan untuk sistem tersebut. (3) Situasi penggunaan air sungai Keberadaan dari fasilitas-fasilitas yang menggunakan air sungai, volume air dan rencana kedepan lain yang relevan mengenai sebuah sungai dimana sebuah pembangkit listrik tenaga air direncanakan akan dibangun dengan menggunakan air tersebut harus disurvei. Bagian sungai yang airnya akan digunakan untuk pembangkit listrik harus ditentukan -dengan tidak hanya mengambil asumsi bagian resesi tetapi juga kemungkinan dari sebuah pergantian dari posisi intake air dan jalur air pada tahap formulasi proyek- ke dalam pertimbangan. Ketika sebuah terjunan atau lembah curam digunakan untuk pembangkit listrik, maka informasi lokal tentang terjunan atau lembah yang bersangkutan harus diperoleh bersama dengan sebuah survei pada aturan legal yang relevan.


4-4

(4) Keberadaan dari rencana-rencana pembangunan/proyek lain Suatu survei harus dilakukan pada keberadaan dari rencana/proyek pembangunan yang lain dalam hal jalan, tanah pertanian, perumahan dan pariwisata yang kemungkinan berpengaruh pada rencana lokasi proyek dan/atau daerah sekitarnya. (5) Bangunan sipil dalam area yang berdekatan dan material yang digunakan Banyak bangunan sipil untuk pembangkit tenaga air skala kecil yang mirip dengan fasilitas-fasilitas irigasi dan fasilitas jalan aliran air, dimana bahan-bahan untuk proyek sering diperoleh dekat dengan lokasi proyek yang direncanakan. Penggunaan kontraktor, sumberdaya manusia dan bahan-bahan lokal dilibatkan dalam konstruksi sipil adalah penting dari sudut pandang mengurangi biaya konstruksi, kontribusi ekonomi lokal dan kepastian kemudahan perawatan dan perbaikan. Sebuah survei harus dilakukan pada bangunan sipil yang mirip dalam wilayah yang berdekatan dari sebuah lokasi proyek untuk memperoleh referensi bahan material yang berguna untuk perencanaan dan disain proyek (6) Permukaan topografi alamiah saat ini dan bangunan yang ada yang digunakan untuk

pembangkit listrik Ketika saluran irigasi yang ada dan saluran air yang mirip digunakan (termasuk pelebaran dan/atau penguatan) sebagai sebuah jalan air untuk stasiun pembangkit, adalah perlu untuk mengecek bagian melintang, kemiringan dan volume air langsung yang lewat, dll dari sebuah saluran. (7) Keberadaan dari permukaan tanah yang penting dan tumbuhan yang ada Meskipun skala kecil sebuah pembangkit listrik tenaga air memerlukan beberapa perubahan pada topografi lokal. Ketika permukaan tanah dan tumbuhan penting berada di sepanjang rute yang direncanakan dari jalur air, maka harus hati-hati dalam persetujuan dengan pemiliknya. Untuk tujuan ini, lokasi dan kondisi mereka, dll, didiskusikan terlebih dahulu dengan orang yang bersangkutan seperti pemilik tanah dan wakil dari pemerintahan setempat. 4.4 Penjelasan tentang kondisi geologi yang mempengaruhi stabilitas dari struktur

sipil utama Survei pada stabilitas tanah, terutama permukaan tanah, diperlukan untuk pembangunan dari sebuah pembangkit tenaga air skala kecil karena (i) bangunan yang ditunjukkan sebagian besar adalah bangunan sipil utama (ii) rute dari saluran air pada sebuah kemiringan sisi bukit. Penelitian harus dihasilkan dalam bentuk sketsa gambar (berdasarkan gambar 4.1) untuk tujuan referensi untuk menentukan bangunan dasar dari setiap bangunan sipil.


4-5

Gambar 4.1 Sebuah sketsa geologi yang didasarkan pada pengamatan lokasi 4.5 Survei pada Lokasi untuk Struktur Sipil Sebagaimana ketidakcukupan untuk membangun sebuah rute jalur air berdasarkan pada peta topografi dan informasi relevan lain yang ada untuk perencanaan sebuah pembangkit listrik tenaga mikrohidro, identifikasi lapangan dengan seorang perencana adalah penting. Penemuan dari identifikasi lapangan akan mempunyai peran yang besar dalam menentukan keberhasilan atau kegagalan dari sebuah proyek. Hal-hal yang harus diperiksa selama survei ini secara kasar di daftar di atas. Adalah perlu untuk mengulang identifikasi lapangan dalam jalur dengan hasil kemajuan dari perencanaan dan disain. Ketika ketidakpastian terjadi, terutama sekali pada tahap disain, verifikasi lapangan adalah penting. Lebih daripada itu, dalam survei ini, dalam pikiran seorang perencana harus menjaga permintaan yang diharapkan. Bagaimanapun survei ini harus dilakukan bersamaan dengan survei permintaan. Adalah penting tidak hanya memilih lokasi yang memungkinkan untuk fasilitas-fasilitas individu seperti dam intake dan jalur air, dll. tetapi juga hati-hati menguji ikatan mereka dengan situasi dan lokasi setempat. Untuk pembangunan mikro-hidro, penggunaan maksimal dari permukaan topografi adalah penting dari sudut pandang pengurangan biaya. Ini, bagaimanapun, perlu untuk melakukan survei berdasar pada pemahaman penuh dari hal-hal yang didiskusikan di “Bab 5, 5.3. Seleksi Lokasi untuk Struktur Sipil Utama”.


4-6

4.6 Pengukuran Debit Air Pada kasus dimana perkiraan debit air sungai pada lokasi proyek adalah memungkinkan karena berdasarkan pada data yang disediakan oleh stasiun pengukuran terdekat, tidak ada kebutuhan khusus untuk mengukur debit air. Ketika data-data seperti itu sulit diperoleh, sejumlah pembangkit yang berhenti karena kekurangan debit air, dampak yang signifikan yang digunakan pada kasus sebuah mikro hidro, membuatnya sangat penting untuk mengecek volume air pada saat debit air sedang kecil. Ini, bagaimanapun, lebih baik untuk mengukur debit air sungai di musim kemarau dengan metode sederhana untuk memastikan ketepatan dari estimasi durasi debit air. Pengukuran dari debit air yang harus ditemukan menjadi penting, periode pengamatan harus hati-hati ditentukan berdasarkan pada data-data curah hujan yang lalu dan informasi lain yang relevan.

Adalah juga perlu untuk mengecek dan mengevaluasi hasil pengamatan dalam hubungannya dengan karakter (sebagai contoh, tahun kekeringan atau tahun basah) dari tahun pengamatan berdasarkan pada data-data curah hujan yang lalu, dll. Metode pengukuran debit air, frekuensi dan unit observasi tingkat air dapat disederhanakan dalam perlakuan berikut untuk mengurangi biaya survei. (1) Metode pengukuran aliran air Sebuah metode pengukuran debit air dimana merupakan metode yang sesuai untuk kondisi sungai dapat diadopsi. [Referensi 4-1: Metode sederhana dari pengukuran aliran air] (2) Frekuensi dari pengukuran aliran air Pada prinsipnya, pengukuran debit air harus dilakukan minimal 3 kali dalam setahun untuk menganalisa hubungan antara level air dengan debit air dalam kisaran diatas asumsi maksimum debit air. (3) Unit observasi level air Peralatan pengukuran harus diset pada titik dekat dengan titik observasi aliran dimana secara visual pengamatan level air dapat lebih mudah dilakukan. 4.7 Pengukuran Head Ketinggian antara titik intake dan bak penenang dan ketinggian antara bak penenang dan titik keluar air harus diukur. Pada awal tahap perencanaan, bagaimanapun, adalah mungkin cukup untuk mengukur ketinggian antara lokasi bak penenang yang direncanakan dan level keluaran/buangan air.


4-7

Sementara sebuah survei ketinggian dapat digunakan untuk tujuan pengukuran, sebuah metode pengukuran ketinggian lebih sederhana mungkin cukup. [Referensi 4-2: Metode sederhana dari pengukuran ketinggian]. 4.8 Survei Permintaan 4.8.1 Metode survei permintaan Terdapat berbagai tipe permintaan fasilitas daya untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil sebagai respon kepada karakteristik dari wilayah sasaran untuk pembangunan. Untuk pengembangan rencara persiapan, pemahaman yang akurat dari fasilitas daya yang diminta di wilayah sasaran untuk pembangunan adalah penting. Apa yang penting untuk memastikan efisiensi dan kegunaan dari sebuah survei permintaan adalah untuk memperkirakan tingkat permintaan yang sedikit lebih tinggi daripada skala yang diasumsikan dari pembangkit listrik dalam pandangan tentang kecukupan merespon kepada skala dari pembangunan dan fluktuasi musiman dari permintaan daya. 4.8.2 Beberapa hal dalam survei permintaan Beberapa hal mengenai survei permintaan dijelaskan dibawah ini. Jika ada lebih dari satu permintaan fasilitas, maka untuk setiap fasilitas sebaiknya disurvei. (1) Lokasi Rute dan jarak yang sesuai, dll. untuk setiap permintaan fasilitas daya harus diperiksa terlebih dahulu untuk menguji jaringan transmisi dan distribusi yang optimal. (2) Pemilik Pendapat dan keinginan dari pemilik permintaan fasilitas yang tergantung pada pengenalan dari sebuah sumber pembangkit listrik baru, harus dijelaskan. (3) Jenis dan kualitas peralatan yang dibutuhkan Situasi dari penggunaan daya oleh alat-alat (untuk tenaga penggerak, pemanas, pencahayaan, kontrol listrik, dll) dan tingkat keakuratan yang diinginkan (dalam hal fluktuasi tegangan dan fluktuasi frekuensi yang diperbolehkan) harus disurvei. (4) Kapasitas peralatan, dll Kapasitas peralatan, tingkat konsumsi daya dan tarif listrik (atau perkiraan tarif listrik dalam kasus perencanaan) harus disurvei.


4-8

(5) Jangka waktu penggunaan Ada fluktuasi musiman atau harian dari penggunaan daya dan kisaran dari fluktuasi harus disurvei. (6) Tahun pemasangan dan jangka waktu pelayanan Tahun (tanggal) instalasi dari setiap peralatan pembangkit dan umur pelayanannya atau periode yang direncanakan dari penggunaan harus disurvei. (7) Masalah-masalah yang berhubungan dengan pemadaman listrik Masalah-masalah dan kerugian keuangan yang dihubungkan dengan sebuah pemadaman ke fasilitas permintaan daya harus disurvei. 4.9 Penyurveian Penyurveian untuk disain-disain berikut harus dilakukan setelah identifikasi dari rute jalur air. Sebuah pemahaman yang memadai tentang topografi lokal adalah penting dalam perencanaan pembangkit listrik tenaga air skala kecil terutama pada struktur sipil utama yang memiliki struktur terbuka. Penyurveian topografi terutama sekali dibutuhkan untuk struktur seperti fasilitas intake, bak penenang dan stasiun pembangkit, dll. yang masing-masing meliputi sebuah area yang luas, untuk memperbaiki ketepatan disain mereka. Pada umumnya, ketepatan dari penyurveian topografi sekitar struktur sipil cenderung pada interval 1/100 – 1/200 untuk pembangkit tenaga air skala kecil ke menengah. Bagaimanapun, ketepatan survei topografi sebaiknya dalam wilayah 1/500, secara prinsip, sudah cukup untuk suatu skema mikrohidro independen karena sebuah kesalahan pada survei topografi hampir tidak berpengaruh pada volume kerja untuk banguan kecil. Pada kasus jalur air dan akses jalan, dll. rute penyurveian (garis pusat dan bagian melintang penyurveian) mungkin cukup untuk tujuan perencanaan dan disain dan sebaiknya efektif dari sudut pandang pengurangan biaya, terutama sekali ketika rentang survei yang dibutuhkan panjang. Jalur-jalur ini bagaimanapun, harus ditentukan hati-hati berdasarkan pada hasil dari identifikasi lapangan yang dilakukan oleh perencana. 4.10 Survei Sosial Ekonomi Dewasa ini, kebutuhan energi listrik yang memadai bagi masyarakat pedesaan tidak hanya untuk sekedar penerangan di malam hari, tetapi juga untuk kegiatan-kegiatan lain yang sifatnya lebih luas. Misalnya untuk menunjang sarana informasi dan komunikasi, hiburan dan juga kegiatan-kegiatan yang diarahkan untuk meningkatkan produktifitas. Bahkan di beberapa tempat, PLTMH yang dimiliki atau dikelola oleh kelembagaan lokal, telah dapat bermitra dengan pihak-pihak dari luar, baik itu pemerintah maupun swasta,


4-9

seperti misalnya menjual daya ke sistem jaringan besar. Namun walaupun begitu, dengan melihat banyaknya tujuan serta dampak dari masuknya listrik ke desa, harus tetap dipahami, bahwa tujuan utama dibangunnya PLTMH di daerah pedesaan adalah untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat setempat. Melihat bahwa pengelolaan dan operasional dari PLTMH yang dibangun ada di tangan masyarakat setempat yang kondisinya saat ini masih banyak dibatasi oleh berbagai hambatan, baik itu dari sisi pribadi manusianya maupun dari sisi luar, maka perlu dilakukan pula identifikasi terhadap kondisi sosial ekonomi dari masyarakat calon penerima fasilitas PLTMH. Dan dengan dipahaminya kondisi ini maka dua tujuan utama dari program pelistrikan dapat dicapai, yaitu: 4.10.1 Keberlanjutan dari sistem PLTMH yang dibangun Keberhasilan sebuah program pembanguan, tidak hanya dilihat atau diukur dari selesainya program pembangunan sarana fisik tersebut, tetapi lebih dari itu adalah keberlanjutan dan manfaat dari sarana yang ada. Oleh karena itu persiapan sejak awal dalam pelibatan masyarkat setempat harus benar-benar diperhitungkan. Hal ini karena, setelah program pembangunan sarana fisik selesai, dalam pengoperasiannya, PLTMH akan diserahkan kepada masayarakat setempat. Tanggungjawab dalam memengatur, mengoperasikan dan merawat ada di tangan masyarakat setempat. Apabila dari awal, faktor-faktor yang kurang menguntungkan tidak terdeteksi maka keberlanjutan dari fasilitas yang ada akan sulit tercapai. 4.10.2 Pengembangan kegiatan yang positif dalam rangka meningkatkan taraf

hidup dan kesejahteraan masyarakat setempat. Pengertian dari pengembangan kegiatan positif di sini adalah bahwa dengan adanya listrik di desa, masyarakat dapat memanfaatkan waktu serta sarana yang ada untuk melakukan kegiatan-kegiatan positif, yang dampaknya langsung atau tidak langsung, cepat atau lambat, menuju pada arah perbaikan kesejahteraan masyarakat, seperti misalnya; tumbuhnya usaha-usaha baru dengan memanfaatkan listrik (pertanian, peternakan, industri kecil), proses pendidikan yang semakin baik serta kegiatan positif yang lainnya. Melihat dua hal mendasar di atas maka, sejak melakukan survei awal, sangat penting untuk dapat memperoleh data yang yang terkait dengan tujuan dari program pembangunan sarana PLTMH itu sendiri. Data-data ini dapat kita peroleh dengan berbagai cara, baik itu secara langsung maupun tidak langsung. Data-data yang dibutuhkan diantaranya, jumlah penduduk, tingkat pendidikan, tingkat pendapatan, mata pencaharian, tingkat konsumsi, mobilitas, sarana dan prasarana, budaya serta potensi-potensi yang ada di desa untuk pengembangan ke depan. Dengan data-data yang terkumpul ini maka akan dapat dirancang sebuah program pengembangan ke depan. Data-data ini juga akan turut menentukan apakah sebuah PLTMH layak dibangun atau tidak dikaitkan dengan tujuan dari pembangunan PLTMH


4-10

itu sendiri, proses-proses atau tahap-tahap tindakan yang harus diambil supaya tujuan dari adanya PLTMH itu tercapai. Perlu disadari bahwa sejak saat survei awal, maksud dan tujuan dari survei harus dijelaskan kepada masyarakat, paling tidak kepada pimpinan formal dan/atau informal setempat supaya mereka paham dan dapat memberikan informasi dan masukan yang dibutuhkan.


4-11

Referensi Ref 4-1 Metode sederhana untuk pengukuran aliran air 1. Penggunaan current meter elektromagnetik Secara umum, current meter yang digunakan untuk mengukur aliran sungai adalah tipe sekrup. Tetapi sekarang, sebuah current meter elektromagnetik yang tidak memiliki bagian putaran ada di pasar. Ini sesuai untuk mengu kur aliran sungai pada sebuah lokasi hidro skala kecil. Ukurannya ringan, dan dapat mengukur bahkan pada sungai dangkal sekalipun. Pada kasus survei untuk pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala kecil, sebuah metode sederhana berikut cukup untuk mengukur dengan menggunakan current meter elektromagnetik. (1) Metode pengukuran tiga titik .......... Vm = 0.25×( V0.2 + 2V0.6 + V0.8 ) (2) Metode pengukuran dua titik .......... Vm = 0.50×( V0.2 + V0.8 ) (3) Metode pengukuran satu titik .......... Vm = V0.6 (4) Metode pengukuran permukaan ....... Vm = 0.8×Vs dimana, Vm: Kecepatan air utama Vs: Kecepatan air permukaan V0.2: Kecepatan air pada kedalaman 20% dibawah permukaan air V0.6: Kecepatan air pada kedalaman 60% dibawah permukaan air V0.8: Kecepatan air pada kedalaman 80% dibawah permukaan air Tindakan pencegahan berikut harus diambil ketika menyeleksi titik dari pengukuran aliran arus air. (1) Tidak ada ombak yang tidak teratur dan kolam arus pada permukaan (2) Tidak ada aliran dibawah permukaan, aliran balik, dan stagnasi (3) Tidak ada perubahan dari level air yang tidak teratur (4) Tidak ada garis arus yang melintasi Selama pengukuran, harus membersihkan dasar sungai jika diperlukan.


4-12

2. Metode pengukuran pelampung Pada dasarnya, metode pengukuran pelampung digunakan selama banjir ketika pengukuran dengan current meter tidak mungkin. Tetapi, dapat dilakukan ketika tahap dimana sebuah lokasi pembangunan tidak ditetapkan, atau tidak ada current meter. (1) Metode pengukuran 1) Pengukuran harus dibuat pada tempat dimana poros dari aliran adalah lurus dan

bagian melintang dari sungai hampir seragam. 2) Jarak pengaliran pelampung harus lebih dari lebar sungai. 3) Penempatan garis melintang pada bagian atas dan bagian bawah tegak lurus ke

poros dari aliran. Jarak aliran (garis aliran atas dan garis aliran bawah) = L

4) Pengukuran bagian area melintang pada garis melintang atas dan bawah untuk membuat nilai rata-rata dari bagian area melintang dari aliran (Amean). Pengukuran tambahan harus dibuat pada bagian tengah dari dua garis jika bagian melintang dari sungai tidak seragam.

5) Pelampung dilepaskan pada bagian atas dari garis melintang atas, waktu yang dibutuhkan untuk mengalir ke bawah dari garis melintang atas ke garis melintang bawah diukur.

6) Pengukuran harus dibuat beberapa kali pada pada blok yang berbeda, dibagi pada sungai di arah garis melintang. (lebih dari tiga blok)

(2) Rumus perhitungan aliran arus Vm = C×Vmean C: (1) Saluran beton dimana bagian melintangnya seragam = 0.85

(2) Arus kecil dimana dasar sungainya rata = 0.65 (3) Aliran dangkal (sekitar 0.5m) = 0.45 (4) Dangkal dan dasar sungai tidak rata = 0.25


4-13

(1) (2) Vm = 0.85×Vmean Vm = 0.65×Vmean (3) (4)

0.5 m

VmeanVmean

Vmean

Vm = 0.45×Vmean Vm = 0.25×Vmean

Vmean


4-14

3. Metode pengukuran dam Debit air kecil dan penggunaan current meter atau metode pengukuran pelampung tidak mungkin dilakukan, dam seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah dibuat dan debit air diukur dengan mengukur kedalaman limpahan air pada sungai.

Drop line of floats

Upstream line

Downstream line

Flow

ing

dist

ance

of f

loat

s (L)

A – A’ Cross section

B – B’ Cross section

C – C’ Cross section

A –A’ C – C’ Mean cross section


4-15

Pada metode ini, debit air dapat diperoleh dengan rumus berikut. Q = C . L . h1.5

Q : Debit air (m3/s) CKoefisien debit air LLebar bukaan dari dam (m) h : Kedalaman limpahan air (m)

4. Lain Dapat digunakan metode berikut untuk mengukur debit air lebih kecil.

C = 1.838 ( 1 + ) ( 1 - ) h 10

0.0012 ( h . L )1/2


4-16

Ref. 4-2 Metode pengukuran sederhana untuk mengukur head 1. Metode penggunaan selang transparan Gambar dibawah menunjukkan metode ini. Metode ini digunakan untuk lokasi head rendah, selama itu murah dan ketepatannya dapat diterima secara rasional. Untuk mendapatkan ketinggian dari dua titik, mengukur perbedaan level air dari air yang diisikan ke dalam selang transparan pada dua titik. Meskipun tidak memiliki keterampilan untuk pekerjaan survei, orang dapat menggunakan metode ini.

Head = H1 + H2 + H3 + H4 + H5


4-17

2. Metode waterpas dan papan plank Gambar dibawah menunjukkan prinsip-prinsip dari metode ini. Sebuah pandangan yang horisontal dibuat dengan sebuah waterpas tukang kayu diletakkan pada sebuah kayu plank yang lurus dan tidak lentur. Sebuah metode yang lebih sederhana dari pada ini disebut survei tiang. Metode survei tiang adalah menggunakan sebuah meteran sebagai pengganti sebuah papan kayu dan sebuah waterpas, sebuah tongkat ukuran diletakkan kuat tegak lurus, kemudian sebuah meteran bergerak naik dan turun sepanjang tongkat level. Pembacaan nilai dari sebuah tongkat level dari posisi dimana nilai pembacaan dari sebuah meteran berkurang paling banyak adalah sebuah perbedaan tinggi antar titik.

3. Metode penggunaan altimeter Prinsip dari altimeter adalah mengukur tekanan atmosfir. Metode ini digunakan dalam kasus jarak survei jauh atau kelayakannya jelek. Bagaimanapun, beberapa pengukuran dibutuhkan sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut, semenjak dalam satu pengukuran, ketepatan tidak bisa diharapkan oleh perubahan-perubahan temperatur selama sehari, tekanan atmosfir dan kelembaban.


4-18

4. Menggunakan meteran pandang, dll Clinometer mengukur sudut dari kemiringan sebuah lereng (mereka juga sering disebut clinometer atau Abney levels). Sebuah ketinggian dihitung dengan menggunakan rumus berikut menggunakan sebuah sudut vertikal yang diukur dengan clinometer, dan sebuah jarak hipotenus diukur dengan sebuah meteran. H = L × sinθ H: Head L: Jarak hipotenuse θ: Sudut vertikal


4-19

Catatan Lapangan dari Survei Topografi

Tempat : .................................... Tanggal : ................................... Titik Pengamatan Titik Survei Jarak (m) Azimuth (°) Vertical interval Keterangan Sketsa


3-19

Catatan Lapangan dari Survei Topografi Tempat Tanggal

Titik Pengamatan Titik Survei Jarak (m) Azimuth (°) Vertical interval Keterangan

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sketsa


3-20

Lembar survey debit air

Tempat survei: tanggal: waktu : level air

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ket

Jarak dari tepi kiri

Kedalaman sungai

Daerah dari bagian aliran

Kedalaman air Debit

Kedalaman air Debit Kedalaman air Debit

Kedalaman air Debit Kedalaman air Debit

Titik kedalaman dan kecepatan air (cm, cm/s)

Rata-rata kecepatan air

debit air (l/s)

Bagian melintang sungai

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0


4-21

Ref 4-3 Contoh lembar isian survei PLTMH Nama Propinsi Tanggal Lokasi

MICRO-HYDRO POWER PROJECT Survei Lokasi Potensi PLTMH Surveyor

1. Data Umum Kewilayahan

1.1 Propinsi 1.2 Kabupaten 1.3 Kecamatan 1.4 Desa 1.5 Dusun/Kampung 2. Aksesibilitas 2.1 Ibukota Kabupaten ke Kecamatan 2.1.1 Jarak km (informasi peta, informal, data)

tanah: km 2.1.2 Kondisi Jalan ٱ batu: km ٱ beraspal: km ٱ lain-lain: km ٱ 2.1.3 Waktu Tempuh

motor/ojek 2.1.4 Moda Transportasi ٱ kendaraan umum/bus ٱ ........................:lain-lainٱ kapal/ferry ٱ Catatan : (Terangkan rute perjalanan, kondisi jalan (baik-buruk-berbahaya,dll), moda transportasi, dimana harus berganti kendaraan (jurusan), dan informasi lain yang diperlukan untuk mendapatkangambaran lebih jelas bagaimana mencapai lokasi) 2.2 Ibukota Kecamatan ke Desa 2.2.1 Jarak km (informasi peta, informal, data)


motor/ojek 2.2.4 Moda Transportasi ٱ kendaraan umum/bus ٱ ........................:lain-lainٱ kapal/ferry ٱ Catatan : (Terangkan rute perjalanan, kondisi jalan (baik-buruk-berbahaya,dll), moda transportasi, dimana harus berganti kendaraan (jurusan), dan informasi lain yang diperlukan untuk mendapatkangambaran lebih jelas bagaimana mencapai lokasi) 2.3 Ibukota Desa ke Lokasi PLTMH 2.3.1 Jarak km (informasi peta, informal, data)


motor/ojek 2.3.4 Moda Transportasi ٱ kendaraan umum/bus ٱ ........................:lain-lainٱ kapal/ferry ٱ Catatan : (Terangkan rute perjalanan, kondisi jalan (baik-buruk-berbahaya,dll), moda transportasi, dimana harus berganti kendaraan (jurusan), dan informasi lain yang diperlukan untuk mendapatkangambaran lebih jelas bagaimana mencapai lokasi)


4-22

3. Demografi Lokasi Potensi MHP (sumber data kependudukan di desa, dusun, RW) 3.1 Jumlah Penduduk org 3.2 Jumlah Kepala Keluarga kk 3.3 Jumlah Rumah rumah 3.4 Mata Pencaharian Penduduk 3.5 Distribusi Penduduk* ٱ menyebar ٱ terpusat ٱ berkelompok ٱ .......... 3.6 Pendapatan per Bulan (rata-rata)

pengajian 3.7 Organisasi Kemasyarakatan ٱ kelompok Tani ٱ BPD ٱ ٱ ٱ ٱ

3.8 Koperasi ٱ ٱ *distribusi penduduk digambarkan pada peta desa (sketsa) 4. Infrastruktur Desa (buat peta situasi desa: informasi di kantor desa, pemetaan dgn GPS &alat bantu) 4.1 Jarak ke jaringan PLN terdekat km (ukur dgn GPS & alat ukur yg tersedia) 4.2 Fasilitas Umum 4.2.1 Sekolah ٱ SD ٱ SLTP ٱ SMU ٱ lain: ........... 4.2.2 Tempat Ibadah ٱ masjid ٱ gereja ٱ lain: ......... 4.2.3 Layanan Kesehatan ٱ puskesmas ٱ lain: ......... 4.2.4 Kantor Pemerintahan ٱ desa ٱ kecamatan ٱ lain: ......... Lain-lain ............... .............................. 4.3 Batas Desa 4.3.1 Utara 4.3.2 Selatan 4.3.3 Barat 4.3.4 Timur 4.4 Usaha Produktif 4.4.1 Pasar ٱ tidak ada ٱ ada ٱ setiap hari ٱ mingguan 4.4.2 Industri Kecil (jenis dan jumlah) 4.4.3 Lain-lain 4.5 Potensi Ekonomi (pertanian, perkebunan, perikanan, dll)

Catatan: (berikan gambaran bentuk pemanfaatan PLTMH untuk usaha produktif/ekonomi sesuai dengan potensi setempat) 5. Lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Air 5.1 Nama Lokasi 5.2 Nama Sungai 5.3 Status Kepemilikan Tanah ٱ pribadi ٱ desa ٱ wakaf ٱ lain: .........

mudah dicapai 5.4 Kondisi Lokasi ٱ dekat ٱ di hutan ٱ medan berat ٱnilai: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. buruk sekali, jauh, medan berat, akses utk pembangunan sulit shg memerlukan alat bantu utk barang 2. jauh > 2 km, medan cukup berat, memerlukan alat bantu utk pengadaan barang ke lokasi 3. jauh > 2 km, jalan setapak naik turun, berbelok, medan cukup berat, tidak memerlukan alat bantu utk barang 4. sedang 1-2 km, medan cukup berat, akses barang memerlukan alat bantu 5. sedang 1-2 km, akses utk pembangunan cukup berat tetapi masih dapat dicapai tanpa alat bantu khusus utk barang 6. jarak jauh >2 km, akses barang dan orang mudah 7. jarak sedang 1-2 km, akses barang dan orang cukup mudah, kendaraan hanya setengah jarak 8. dekat < 1 km, dapat dicapai dengan mudah walaupun tanpa kendaraan 9. dekat < 1 km, jalan ke lokasi mudah, akses barang mudah, kendaraan dapat mencapai setengah jarak 10. dekat < 1 km, jalan ke lokasi mudah (kendaraan dapat mencapai dekat lokasi)


4-23

6. Hidrologi 6.1 DAS, sungai induk 6.2 Nama sungai/saluran irigasi 6.3 Debit rata-rata terukur m3/s (gunakan current meter, dam atau pelampung) 6.4 Debit yang dapat diperoleh m3/s (diasumsikan debit minimum sepanjang tahun) 6.5 Geodetic head m (pengukuran menggunakan pressure gauge, clinometer) 6.6 Potensi daya air kW (berdasarkan debit pada point 6.4) 6.7 Potensi daya listrik terbangkit kW (potensi daya listrik yg dihasilkan sistem PLTMH) 6.8 Lebar sungai m (pakai GPS, meteran, alat bantu lain) 6.9 Informasi penting Banjir periodik, sampah, batu Ketersediaan air sepanjang tahun Penggunaan untuk pertanian/irigasi

(jelaskan)

7. Lay-out Sistem MHP (buat lay-out sistem MHP, jaringan transmisi-distribusi dan peta masing-masing dlmA3) 7.1 Komponen bangunan sipil 7.1.1 Dam/bendungan ٱ ada ٱ tidak ada

Panjang m (bila ada) Tipe ٱ bronjong ٱ permanen (facultatif, bila ada) Dasar sungai ٱ cadas ٱ tanah keras ٱ lain: ...........

7.1.2 Intake ٱ ada ٱ tidak ada Intake sisi (facultatif) Intake langsung (facultatif) Tipe lain: .................... (facultatif)

7.1.3 Saluran Pembawa ٱ ada ٱ tidak ada Saluran terbuka m kondisi/jenis tanah: Jembatan air m Saluran tertutup m kondisi/jenis tanah: Tanah/endapan/batuan ٱ banyak ٱ sedikit ٱ lain: .............

7.1.4 Bak pengendap & penenang Kondisi tanah sekitar ٱ gembur ٱ cadas ٱ lunak ٱ lain: ............

7.1.5 Penstok Panjang penstok m Kemiringan penstok 0 (derajat) (gunakan clinometer, buat sketsa)

7.2 Jalur transmisi dan distribusi (gambarkan peta jaringan dan peta desa dlm A3) Panjang m (gunakan GPS, clino, kompas, meteran dan alat bantu)

Catatan: (kondisi jalur mulai intake sampai rumah pembangkit, seperti kecuraman tebing, kerapatan pohon, batuan besar penghalang, dll) 8. Kondisi Umum Geologi pada Jalur Konstruksi 8.1 Kondisi tanah ٱ pasir ٱ gembur ٱ lunak ٱ lain: ............ 8.2 Kondisi batuan ٱ kapur ٱ cadas ٱ lain: ............. 8.3 Catatan bencana alam

(longsong, banjir, pergerakan tanah, angin ribut, runtuhan batu, dll)


4-24

9. Sumberdaya 9.1 Ketersediaan bahan bangunan 9.1.1 Batu ٱ lokal ٱ toko material ٱ lainnya: .... 9.1.2 Pasir ٱ lokal ٱ toko material ٱ lainnya: ..........

Di tempat, kecamatan, kabupaten, dll: 9.1.3 Lainnya: ............ (semen, material bangunan) Jarak: km transportasi : ............. 9.2 Tenaga kerja 9.2.1 Ketersediaan ٱ tukang kayu ٱ tukang batu ٱ lain: ............. 9.2.2 Upah ٱ harian, Rp ٱ mingguan, Rp ٱ bulanan, Rp Catatan: 9.3 Sumber energi dan penggunaan (informasi dari penduduklebih dari 5 org, uraikan) 9.3.1 Pembangkit yang ada

Tenaga air/kincir/turbin ٱ jumlah ٱ status ٱ kapasitas: kW Diesel ٱ jumlah ٱ status ٱ kapasitas: kW Tenaga surya ٱ jumlah ٱ status ٱ kapasitas: kW

9.3.2 Penerangan per-rumah/KK Petromak ٱ jumlah ٱ penggunaan minyak: liter/ hari Lampu tempel ٱ jumlah ٱ penggunaan minyak: liter/ hari

9.3.3 Minyak tanah ٱ Rp. /ltr ٱ penggunaan minyak: liter/ hari 9.3.4 Kayu bakar ٱ ٱ penggunaan: Rp /minggu(bln) 9.3.5 Biaya rata-rata per KK per bulan untuk penerangan Rp. .......(informasi masyarakat dan

perhitungan) 10. Kebutuhan Energi Listrik 10.1 Penggunaan energi listrik 10.1.1 Rumah tangga (per KK)

Penerangan Watt (jumlah lampu x watt) Peralatan rumah tangga Watt (radio + TV B&W= 50 W, TV berwarna: 100W)

total: kW ٱ jml ٱ :jenis ٱ total: kW ٱ jml ٱ :jenis ٱ

10.1.2 Usaha produktif

total: kW ٱ jml ٱ :jenis ٱ total: kW ٱ jml ٱ :jenis ٱ total: kW ٱ jml ٱ :jenis ٱ

10.1.3 Fasilitas umum (puskesmas, kantor, penerangan jalan,

tempat ibadah, sekolah) ٱ jenis: ٱ jml ٱ total: kW 10.2 Kebutuhan per KK Watt 10.3 Jumlah konsumen potensial KK/sambungan Catatan (informasi tambahan yang penting):


4-25

Ref 4-4 Kuesioner untuk Rumah Tangga di Desa yang Belum Terlistriki Nomor Rumah Tangga Nama Responden Alamat Desa

Lingkari hasil akhir dari kunjungan ke rumah tangga ini 1. Lengkap 2. Tidak ada anggota rumah tangga di rumah / tidak ada responden yang layak di

rumah pada waktu kunjungan 3. Ditunda 4. Ditolak 5. Lainnya (sebutkan)

Nomor Rumah Tangga Nama Responden Alamat Desa

Lingkari hasil akhir dari kunjungan ke rumah tangga ini 6. Lengkap 7. Tidak ada anggota rumah tangga di rumah / tidak ada responden yang layak di

rumah pada waktu kunjungan 8. Ditunda 9. Ditolak 10. Lainnya (sebutkan)

Nama pewawancara Tanggal Waktu wawancara dimulai Waktu wawancara selesai

Input data oleh Pemeriksaan akhir oleh

1. PROFIL KELUARGA 1. Jumlah anggota keluarga (hanya yang tinggal serumah) Laki-laki dewasa 20 tahun keatas orang Perempuan dewasa 20 tahun keatas orang Anak-anak dibawah 20 tahun orang Total orang

Nama pewawancara Tanggal Waktu wawancara dimulai Waktu wawancara selesai


4-26

2. Jumlah anak usia sekolah Mahasiswa (setingkat universitas) orang SLTU orang SLTP orang Sekolah Dasar orang Total orang 3. Berapa orang keluarga anda yang bekerja di dalam desa? orang 4. Berapa orang keluarga anda yang hidup di luar desa untuk bekerja? orang 5. Apakah keluarga anda dikepalai oleh laki-laki atau perempuan?

Tanda (√)

Laki-laki

Perempuan

6. Dengan organisasi apakah keluiarga anda bergabung KUD orang LKMD/LPMD orang Lainnya (sebutkan) orang 7. Berapa anggota keluarga anda yang lulus dari (diatas) SLTU? orang 2. RUMAH 8. Berapa kamar yang rumah anda miliki? kamar (termasuk dapur) 9. Berapa luas rumah anda? m2

10. Jenis atap apa yang digunakan?

Jenis atap Tanda (√) Atap genting Atap seng Atap daun (jerami, daun palm)

3. ASPEK EKONOMI 3-1. Pendapatan rumah tangga 11. Berapakah pendapatan anda dari pertanian?

Jenis tanaman

Jumlah rata-rata prouksi per tanaman

(kg)

Panen per tahun

Harga rata-rata produksi

(Rp)

Perkiraan pendapatan

tahunan (Rp)

Biaya rata-rata tahunan

(Rp)

Subsinten/ tanaman

perdagangan (Rp)

Padi


4-27

12. Pendapatan dari perikanan Jenis ikan Pendapatan tahunan

rata-rata (Rp) Biaya tahunan rata-rata (Rp)

Subsisten/ dijual

13. Jenis pendapatan apakah yang keluarga anda miliki? Masukkan jumlah pendapatan anda

bulan terakhir dalam setiap kategori dengan setiap penerima pendapatan. Penerima pendapatan Sumber pendapatan

Penerima pendapatan pertama

Penerima pendapatan kedua

Penerima pendapatan ketiga

Penerima pendapatan keempat

Penerima pendapatan kelima

Gaji/upah Pensiun Kerajinan tangan Industri RT lain Toko/warung makan Jasa (salon, bengkel) Kiriman uang Lainnya (sebutkan) Total Tempat tinggal 3-2. Pengeluaran Rumah Tangga 14. Berapakah yang anda habiskan untuk setiap jenis pengeluaran untuk bulan yang terakhir?

Rp./bulan No Jenis pengeluaran Jumlah Keterangan 1 Makanan Termasuk minum.

2 Pakaian Termasuk barang pribadi seperti sandal/kosmetik.

3 Rumah Kredit rumah/sewa, dll.

4 Input untuk bisnis Peralatan dan bahan baku, jika ada.

5 Langganan/iuran Air, gas, listrik, bahan bakar & sanitasi.

6 Pajak Jika bayar pajak penghasilan atau pajak kepemilikan

7 Pendidikan Termasuk biaya pendaftaran, buku, seragam, dll.

8 Transportasi Termasuk oli untuk mobil sendiri/sepeda motor.

9 Kesehatan Pengobatan, obat-obatan.

10 Lainnya Biaya lain yang belum disebutkan di atas.

Total 15. Berapakah biaya yang anda keluarkan untuk pengeluaran langganan/iuran kecuali energi di

bulan lalu? Rp./bulan

No Jenis pengeluaran Jumlah Keterangan 1 Air bersih Untuk masak, minum dan mencuci.

2 Air irigasi Untuk pertanian.

3 Sanitasi Air limbah dan sampah, toilet, dll.

4 Lainnya Biaya lain yang belum tersebut di atas.

Total


4-28

16. Berapakah biaya yang anda keluarkan untuk hal-hal yang berhubungan dengan energi pada bulan lalu?

Rp./bulan No Jenis pengeluaran Jumlah Keterangan 1 Listrik Distribusi listrik dengan jaringan

2 Gas Biaya pengadaan

3 Tanaga surya Biaya operasional dan perawatan fasilitas

4 Minyak tanah Biaya pengadaan

5 Minyak diesel Biaya pengadaan generator diesel

6 Batu bara Biaya pengadaan

7 Arang Biaya pengadaan

8 Kayu bakar Biaya pengadaan

9 Baterai Biaya pengadaan

10 Lilin Biaya pengadaan

11 Korek api Biaya pengadaan

12 Setrum aki Biaya setiap nyetrum

13 Lainnya Biaya lain yang belum disebutkan di atas

Total

17. Jika desa anda dilistriki dan rumah anda disambungkan dengan jaringan sistem distribusi,

semua biaya anda yang ada untuk penerangan dan pembakaran seperti yang disebutkan di atas mungkin dapat di tabung. Pada kasus ini, berapa biaya bulanan yang anda sanggup untuk membayar untuk jasa listrik baru?

Kisaran (Rp./bulan)

1,000 -2,000

2,000 -3,000

3,000-4,000

4,000 -5,000

5,000-10,000

10,000-

20,000

20,000-

30,000

30,000-

40,000

40,000 -

50,000

Lebih dari 50,000

(sebutkan) Tanda (√) 4. KEPEMILIKAN YANG BERHUBUNGAN DENGAN ENERGI 18. Apakah anda memiliki peralatan berikut untuk penerangan dan/atau pemanasan?

Jenis peralatan

a) generator b) Lampu minyak

c) Alat masak dengan gas

d) Aki e) Lainnya (sebutkan)

Jumlah 19. Peralatan elektronik apakah yang saat ini anda gunakan? [ ] Lampu bohlam/neon unit [ ] TV unit [ ] Radio & cassette recorder unit [ ] Kulkas unit [ ] AC unit [ ] Lainnya, sebutkan unit 20. Peralatan elektronik jenis apa yang saat ini anda gunakan untuk aktivitas produktif? [ ] Mesin gergaji kayu [ ] Mesin penggilingan beras [ ] Pengering beras [ ] Pompa irigasi [ ] Lainnya, sebutkan


4-29

5. KEBUTUHAN LISTRIK 5-1. Kebutuhan prioritas 21. Dapatkah anda memberikan prioritas permintaan anda pada kebutuhan berikut?

Prioritas Contoh Suplai air 1 Pendidikan 2 Pelayanan kesehatan 3 Sanitasi (toilet, sampah, drainase, dll) 7 Listrik 4 Irigasi 6 Perbaikan jalan 5 Lainnya (sebutkan)

5-2. Usaha untuk mendapatkan jalan untuk listrik 22. Pernahkah keluarga anda berusaha untuk mendapatkan listrik? [ ] Ya langsung ke pertanyaan 23 [ ] Tidak langsung ke pertanyaan 30 23. Jenis pembangkit listrik apa yang keluarga anda rencanakan untuk mendapatkan? [ ] Generator diesel [ ] Sistem panel surya [ ] Tenaga angin [ ] Mikro hidro [ ] Biomas [ ] Lainnya, sebutkan 24. Jelaskan secara rinci alasan untuk memilih jenis pembangkit tenaga listrik. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 25. Berhasilkah keluarga anda mendapatkan listrik? [ ] Ya langsung kepertanyaan 26 [ ] Tidak langsung ke pertanyaan 27 26. Apakah sistem pembangkit berfungsi seperti yang anda harapkan? [ ] Ya langsung ke pertanyaan 28 [ ] Tidak langsung ke pertanyaan 29 27. Jika keluarga anda tidak berhasil mendapatkan listrik, jelaskan alasan kegagalannya. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 28. Apa dampak positif yang dapat keluarga anda terima dari listrik? Jelaskan. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


4-30

29. Masalah apa yang keluarga anda hadapi terkait dengan fasilitas pembangkit? Masalah Tanda (√)

Mahalnya biaya untuk bahan bakar Tidak dapat memperbaiki kerusakan Daya tidak mencukupi untuk permintaan Lainnya (sebutkan)

5-3. Tujuan penggunaan listrik 30. Jika anda dapat memiliki akses ke listrik, peralatan elektronik jenis apa dan berapa jumlahnya yang anda ingin gunakan? [ ] Lampu bohlam/neon unit [ ] TV unit [ ] Radio & cassette recorder unit [ ] Kulkas unit [ ] AC unit [ ] Lainnya, sebutkan unit

31. Fasilitas/peralatan apa yang anda ingin gunakan untuk aktivitas produktif? [ ] Mesin gergaji kayu [ ] Mesin penggilingan beras [ ] Pengering beras [ ] Pompa irigasi [ ] Lainnya, sebutkan

32. Fasilitas umum apa yang anda pikir seharusnya menggunakan listrik? [ ] Sekolah [ ] Mesjid/gereja [ ] Klinik/pusat kesehatan [ ] pompa air untuk air bersih [ ] Lainnya, sebutkan 5-4. Listrik oleh organisasi selain PLN 33. Siapa atau organisasi apa yang anda pikir paling cocok untuk pemasangan sistem suplai

listrik? [ ] Pemerintah pusat/kementrian [ ] Pemerintah propinsi [ ] Pemerintah kabupaten [ ] KUD [ ] LKMD [ ] LSM [ ] Kontraktor swasta [ ] Masyarakat desa (termasuk kepala desa) [ ] Lainnya, sebutkan [ ] Tidak tahu 34. Apakah anda atau anggota keluarga anda bersedia membantu pembangunan tanpa mendapat

upah jika fasilitas pembangkit listrik dipasang di desa? [ ] Ya [ ] Tidak


4-31

35. Siapa atau organisasi apa yang seharusnya bertanggungjawab untuk operasional dan perawatan sistem?

[ ] Pemerintah pusat/kementrian [ ] Pemerintah propinsi [ ] Pemerintah kabupaten [ ] KUD [ ] LKMD [ ] LSM [ ] Kontraktor swasta [ ] Masyarakat desa (termasuk kepala desa) [ ] Lainnya, sebutkan [ ] Tidak tahu 36. Apakah anda atau keluarga nada ingin berpartisipasi dalam pekerjaan untuk operasional dan

perawatan? [ ] Ya [ ] Tidak 37. Siapa atau organisasi apa yang seharusnya bertanggungjawab untuk pembayaran dan

pengumpulan tarif listrik? [ ] Pemerintah pusat/kementrian [ ] Pemerintah propinsi [ ] Pemerintah kabupaten [ ] KUD [ ] LKMD [ ] LSM [ ] Kontraktor swasta [ ] Masyarakat desa (termasuk kepala desa) [ ] Lainnya, sebutkan [ ] Tidak tahu 38. Bagaimana seharusnya tarif listrik diputuskan? [ ] Sama seperti tarif PLN [ ] Berdasarkan konsultasi dan konsensus dari masyarakat desa [ ] Bebas biaya [ ] Lainnya, sebutkan

Manual Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

5-1

5. PERENCANAAN 5.1 Sistem Layout Terdapat tiga kemungkinan rute saluran air yang ditunjukkan pada Gambar 5.1. Pilihan “penstock pendek” dalam banyak kasus akan menjadi pilihan utama untuk skema yang paling ekonomis, tetapi ini bukan kasus yang dibutuhkan. Perhatikan bahwa saluran dapat menjadi pendek untuk menghindari resiko dan biaya konstruksi melintasi lereng yang curam.

Gambar 5.1 Beberapa Pilihan Saluran Air dan Penstock

Pertimbangan setiap pilihan adalah sebagai berikut: (1) Penstock Pendek Disini penstock pendek tetapi saluran airnya panjang. Saluran air yang panjang akan membuka peluang halangan yang beresiko tinggi, atau akan menyebabkan mudahnya terjadi keruntuhan atau kerusakan sebagai akibat kurangnya pemeliharaan yang baik. Pemasangan saluran air yang melewati lereng yang curam mungkin sulit dan mahal, atau bahkan tidak mungkin.

Pipa pesat panjang

Saluran air

Pipa pesat menengah

Pipa pesat pendek


5-2

Resiko dari lereng curam yang longsor membuat penggunaan penstock yang pendek merupakan pilihan yang tidak dapat diterima, karena pengoperasian proyek dan biaya pemeliharaan dari skema ini menjadi sangat besar, bahkan lebih besar dari manfaat yang diharapkan pada saat perencanaan awal. (2) Penstock panjang Dalam kasus ini penstock mengikuti arus aliran sungai. Tatanan seperti ini diperlukan, karena tidak ada tanah datar untuk membangun saluran air, tentu saja tindakan pencegahan harus diambil. Satu hal yang paling penting adalah memastikan waktu banjir musiman dari sungai yang dipakai, tidak akan merusak penstock. Merupakan suatu hal yang selalu penting untuk diperhitungkan adalah mengkalkulasi diameter yang paling ekonomis dari penstock, pada kasus dari sebuah penstock panjang, mengkalkulasikan diameter penstock menjadi hal penting yang sangat utama, karena biaya yang dikeluarkan akan menjadi tinggi. (3) Penstock menengah Penstock menengah akan memerlukan biaya yang lebih besar daripada penstock pendek, tetapi dapat menghemat biaya yang dikeluarkan untuk membangun saluran air yang melewati lereng yang curam dengan aman. Walaupun biaya pembelian awal dan biaya pembangunan lebih besar, tetapi penstock ini merupakan pilihan yang dianjurkan bila ada tanda-tanda ketidakstabilan di lereng yang curam.

5.2 Bahan dan Faktor Kunci untuk Perencanaan 5.2.1 Hidrograph dan Kurva Durasi Aliran Hidrograph menunjukkan bagaimana aliran air bervariasi dalam satu tahun, dan juga dari hidrograph kita bisa melihat berapa banyak bulan dalam setahun suatu aliran mengalami kenaikan.


5-3

Gambar 5.2 Contoh dari Hidrograph

Informasi yang sama dapat diperoleh di “ Kurva Durasi Aliran” untuk arus. Cara mudah mengkonversikan hidrograph menjadi “Kurva Durasi Aliran” adalah dengan mengambil semua data aliran dalam beberapa tahun, kemudian meletakkan grafik yang paling tinggi di sebelah paling kiri kemudian diikuti dengan grafik yang lebih rendah secara terus menerus ke sebelah kanan.

Gambar 5.3 Sebuah contoh Kurva Durasi Aliran Kurva durasi aliran sangat berguna karena aliran tenaga pembangkit dapat digambarkan oleh kurva itu, sehingga dapat dibaca dengan mudah jumlah waktu dalam tahun, bahwa jumlah daya tertentu dapat diperoleh. Alat ini merupakan alat yang sangat berguna, yang memberikan beberapa pilihan ukuran turbin yang akan dibuat dan indikasi variable aliran yang akan digunakan untuk turbin dan indikasi faktor batasan yang akan menghasilkan pilihan ukuran turbin

0 100 200 300 365

Alir

an S

unga

i (m

3 /s)

Hari

0 100 200 300 365 0 100 200 300 365

Alir

an S

unga

i (m

3 /s)

0 100 200 300 365


5-4

5.2.2 Plant Factor dan Load Factor (1) Plant Factor Plant Factor merupakan bagian yang sangat penting dalam perencanaan tenaga hidro. Plant Factor didefinisikan sebagai persamaan dibawah ini:

Plant Factor : %24365××mak

pertahun

PGe

dan

Plant Factor dari aliran : mak

ratarata

QQ − atau

% 5.2.3gambar pada D-C-B-ADaerah

5.2.3gambar pada D-C-c-b-A dariDaerah

Dengan: Gepertahun : Kemungkinan pembangkitan listrik pertahun (kWh) Pmak : Maksimum output (kW) Qrata-rata : Rata-rata debit air yang kurang dari Qmak (m3/s perhari) Qmaks : Maksimum debit air

Gambar 5.4 Qrata-rata dan Qmak untuk Plant Factor pada Aliran

Dalam kasus debit air sungai pada perencanaan tenaga air, plant factor optimal dapat diketahui melalui interval. Untuk mikrohidro : 80 ~ 100 % Untuk skala kecil : 45 ~ 65 %

Alir

an S

unga

i (m

3 /s)

Hari

A B

C

b

c

Qmax

D 0 100 200 300 365


5-5

(2) Load Factor Definisi “Load Factor” kadang-kadang diartikan secara salah sebagai plant factor seperti definisi di sini. Produksi listrik tahunan yang diserap fasilitas konsumen Load Factor = (%) Kemungkinan produksi listrik tahunan Suatu aturan kunci dalam perencanaan untuk perencanaan skema mikrohidro adalah “Ambil kemungkinan terbesar pada Load Factor” 5.3 Pemilihan Lokasi untuk Struktur Sipil Utama 5.3.1 Lokasi Intake Pemilihan lokasi dari intake ditentukan dengan pertimbangan dari kondisi yang digambarkan dibawah ini. Perhatian yang sangat besar harus diambil pada seleksi ini untuk pembangunan pembangkit tenaga air skala kecil seperti biaya dari fasilitas intake yang secara signifikan menentukan keekonomisan proyek pembangunan. (1) Jalur saluran air sungai Tidak hanya untuk pembangkitan tenaga air skala kecil, tetapi juga untuk semua tipe aliran sungai, seleksi ini dilakukan pada saluran sungai yang akan dibangun suatu perlindungan yang sebaik mungkin untuk memastikan agar air yang diambil dalam kondisi yang stabil dan terjamin dan juga untuk menjaga dari pengikisan air sungai. (2) Stabilitas pada lereng bukit yang curam Keadaan tanah atau lereng yang tidak stabil dekat dengan daerah tempat dam intake berpengaruh pada fungsi air karena berhubungan dengan sediment yang kurang baik. Pertimbangan yang cukup, bagaimanapun, harus diambil untuk mempertimbangkan kestabilan dari sisi bukit sebagai bagian dari proses pemilihan lokasi intake. (3) Penggunaan konstruksi sipil yang ada seperti jalan di pedesaan dan fasilitas

intake yang dipakai untuk pertanian, dll. Dalam kasus pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala kecil, penggunaan konstruksi sipil yang telah tersedia seperti jalan di pedesaan, fasilitas intake yang dipakai untuk pertanian dan saluran irigasi, dll. dapat dipertimbangkan untuk memberikan kontribusi dalam mengurangi biaya pembangunan. Pemikiran yang hati-hati harus dilakukan dalam pemilihan lokasi agar dapat memanfaatkan fasilitas konstruksi sipil yang sudah tersedia.


5-6

(4) Penggunaan topografi alami seperti kolam dll. Penggunaan kealamian kolam untuk intake air adalah memberikan kefektifan yang cukup tinggi, tidak hanya dalam mengurangi biaya, tetapi juga membantu menjaga kelestarian alam disekitarnya, termasuk tata ruang sisi sungai dan ekosistem sungai. Ketika merencanakan menggunakan topografi yang alami, bagaimanapun, analisis kelayakan dari isue-isue berikut adalah penting:

Keberlanjutan dari kolam, dll. Metode pergerakan sedimentasi.

(5) Level volume yang diambil dan level banjir Pada umumnya dam intake dibangun pada bagian sempit yang dekat dengan sungai untuk mengurangi biaya dari bagian utama dam intake yang digunakan untuk mengambil air. Akan tetapi, perlu menjadi catatan bahwa pemilihan lokasi pada suatu bagian yang sempit tidak terlalu diperlukan untuk pembangkit tenaga air skala kecil, karena beberapa alasan dibawah ini:

Dalam kasus metode intake tipe tyrolean, panjang dari arah bagian melintang harus sesuai dengan volume yang akan diambil (0.1 m3/s air mengalir per 1 m panjang)

Ketika dam dibangun pada bagian yang sempit, level banjir pada bagian itu menjadi lebih tinggi tak terelakkan, sehingga diperlukan daerah bagian melintang dari dam diperbesar sesuai dengan perbesaran dari ketinggian dan panjang dari dinding perlindungan untuk memastikan kestabilan dari dam itu sendiri.

(6) Kondisi tempat untuk penempatan bak pengendap dan saluran air, dll. Lokasi intake yang diambil harus sesuai dengan kondisi tempat yang diinginkan untuk intake, bak pengendap, dan lainnya sebagai pertimbangan tambahan untuk kondisi yang diinginkan untuk dam. Banyak struktur saluran air yang dibangun sebagai tipe ground dalam kasus pembangkit tenaga air skala kecil. Merupakan hal yang penting untuk mempertimbangkan dengan hati-hati keadaan topografi dan geologi dari daerah yang dilalui rute saluran air. (7) Keberadaan penggunaan air sungai dalam mengurangi debit air Jika air intake untuk pertanian atau tujuan lain mengambil tempat yang potensial dalam mengurangi debit air, penggunaan air sungai untuk pembangkit listrik akan berpengaruh pada pemakaian yang telah ada dari air sungai. Penggunaan air sungai yang ada, walau bagaimanapun, seharusnya diteliti lebih jauh. (8) Keberadaan penampakkan bagian belakang air Jika terdapat beberapa penampakkan, seperti jalan dan tanah pertanian, dll pada dataran rendah sepanjang hulu ke daerah dam, maka jalan, daerah pertanian, dll akan dipengaruhi


5-7

oleh kenaikan permukaan air. Oleh karena itu, diperlukan sekali untuk memilih lokasi dari dam intake sehingga menghindari penampakkan ini. Jika lokasi untuk dam intake berada dalam lokasi yang dipengaruhi oleh penampakkan yang ada, maka daerah geografisnya dapat dipengaruhi oleh genangan air tergantung pada konstruksi dari dam intake, sehingga harus diklarifikasi dengan perhitungan yang sesuai. Adalah juga akan diperlukan untuk membangun dinding pelindung untuk melindungi penampakkan yang ada dan fasilitas-fasilitas untuk menyalurkan aliran dalam yang dihasilkan oleh dinding pelindung. 5.3.2 Rute Saluran Air (1) Topografi dari rute Sebagai saluran air untuk sebuah pembangkit skala kecil, cenderung untuk memiliki bangunan yang terbuka, seperti sebuah saluran air terbuka atau tertutup, sebuah survei yang hati-hati dari topografi dari area yang dilalui adalah lebih perlu daripada kasus sebuah saluran air tipe terowongan. Ketika sebuah saluaran terbuka dibangun pada sebuah lereng bukit yang curam, maka hal yang perlu menjadi perhatian adalah gradient kemiringan dari daerah yang dilewati. Jika lembah atau punggung bukit berada di daerah yang dilewati, maka rute di lapangan harus diseleksi setelah meneliti jalan yang sesuai untuk melewatinya (pipa untuk daerah lembah, penggalian terbuka atau gorong-gorong untuk bagian punggung bukit). (2) Kestabilan tanah pada daerah yang dilewati Terdapat banyak kejadian penimbunan saluran karena longsornya lereng bukit pada kasus saluran tipe ground, kestabilan tanah pada area yang dilewati harus diperiksa dengan hati-hati. (3) Penggunaan struktur yang telah tersedia, termasuk jalan dan saluran irigasi. Pemilihan dari rute saluran air sepanjang jalan yang telah tersedia dan saluran irigasi yang telah tersedia mempunyai banyak keuntungan untuk mengurangi biaya, memperbaiki kemampuan kerja dan membuat relatif lebih mudah untuk mengevaluasi kestabilan lereng. Bagaimanapun, hal-hal berikut ini harus diambil dalam pertimbangan untuk penggunaan dari bangunan yang telah ada:

Perawatan fungsi jalan Pengamanan kuantitas air untuk irigasi dan metode pengalihan air

5.3.3 Lokasi dari bak penenang (1) Keadaan topografi dan geologi Bak penenang sering diletakkan pada bagian punggung yang secara umum terlihat tinggi seperti muncul menonjol dari bagian tanah stabil yang terdiri dari batuan keras, dll. dan


5-8

kemungkinan mengurangi jumlah dari kerja penggalian, termasuk untuk penstock, adalah tawaran kondisi menguntungkan untuk pemilihan. Lokasi bak penenang pada pembangkit tenaga air skala kecil pada dasarnya cenderung dipertimbangkan pada kondisi ini, tetapi perlu menjadi catatan bahwa penempatan bak penenang pada punggung bukit tidak cukup sesuai pada beberapa kasus dibawah ini:

Pada kasus dimana tingkat konsolidasi secara umum rendah dan kestabilan tanah di bagian punggung bukit terlihat relatif rendah karena pemotongan/penggalian yang terlalu dalam pada bagian bukit.

Kurang sensitifnya alat yang digunakan, volume air yang besar, dan tempat air yang kecil pada bak penenang menyebabkan level air pada bak berfluktuasi semakin besar menjadi fluktuasi beban, sehingga mengakibatkan gangguan pada operasi yang sudah berjalan lancar. Pada beberapa kasus, akan menjadi lebih mudah untuk memberikan tempat yang cukup air untuk bak penenang jika bak ditempatkan pada bagian yang relatif datar daripada ditempatkan pada bagian punggung bukit.

(2) Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yang lebih tinggi Sebuah saluaran pelimpah untuk sebuah pembangkit listrik skala kecil mungkin dapat dihilangkan. Bagaimanapun, jika sebuah saluran pelimpah untuk bak penenang digunakan, maka metode untuk berhubungan dengan muka air tanah yang lebih tinggi posisinya harus secara hati-hati diperiksa. (Ada beberapa laporan dari tanah yang terkikis karena ketidakberadaan saluran pelimpah pada bak penenang). Pemasangan sebuah saluran pelimpah yang dipararel dengan penstock diharapkan tidak menimbulkan masalah yang besar tetapi keluaran air secara langsung dengan kelebihan air dan sedimen didalam bak penenang dengan air terjun atau kemiringan lereng bukit memerlukan pemeriksaan secara hati-hati pada titik keluaran airnya, profil seperti bagian potongan melintang dan peralatan yang spesifik diperlukan untuk menjaga dari pengikisan tanah karena kelebihan keluaran air atau kesalahan manusia yang disebabkan perubahan level air yang sangat cepat dalam mengurangi bagian keluaran. Pada kasus pembangkit listrik tenaga air skala kecil, fungsi kombinasi dari penempatan bak pengendap dan bak penenang dapat memperbaiki keekonomisan secara keseluruhan dari pembangkit listrik dan, oleh karena itu, penggunaan bak penenang yang diinginkan harus diperiksa secara hati-hati pada tahap perencanaan. 5.3.4. Rute penstock Rute penstock dapat diseleksi berdasarkan hal-hal dibawah ini: (1) Kemiringan hydraulic (2) Topografi daerah yang dilewati (3) Stabilitas tanah dari daerah yang dilewati (4) Penggunaan jalan yang telah tersedia dan lainnya


5-9

Sebagai catatan untuk pemilihan rute penstock pada dasarnya sama dengan pemilihan untuk rute pada saluran air tetapi hubungan dengan kemiringan hydraulic harus secara hati-hati diperiksa. Rute penstock harus didisain untuk memastikan keamanan internal yang berlawanan secara spesifik seperti tekanan external dan ini merupakan kondisi mutlak bahwa profil dari rute penstock harus berada dibawah minimum garis kemiringan hydraulic, seperti garis tekanan minimum. Garis tekanan minimum ini ditentukan dengan mengambil pertimbangan fluktuasi tekanan internal dari penstock pada waktu pemadaman beban dengan cepat. Interval fluktuasi tekanan lebih besar di hilir karena dipengaruhi oleh perubahan keluaran pada turbin yang cukup lama, oleh karena itu diperlukan perhatian yang lebih pada bagian dimana rute penstock panjang bila dibandingkan dengan ketinggiannya seperti pada Gambar 5.5. Pemeriksaan yang teliti juga diperlukan untuk penempatan turbin Francis dengan kecepatan yang spesifik lebih rendah seperti kisaran fluktuasi tekanan yang dapat diperlebar berdasarkan keberadaan fenomena yang sama dengan yang disebabkan operasi kontrol baling-baling karena peningkatan kecepatan putaran walaupun waktu penutupan dari kontrol baling-baling ditentukan dalam jangka waktu yang cukup panjang. Pada jenis-jenis turbin yang lain, kecepatan penutupan kontrol baling-balingnya mempunyai proporsi yang berhubungan dengan pengurangan kecepatan keluran air. Tidak ada masalah khusus yang berhubungan dengan penentuan waktu penutupan.

Gambar 5.5 Contoh dari Bagian Dimana Rute Panjang Penstock Lebih Panjang

dari Head-nya

Rumah pembangkit

Pipa pesat

Garis tekanan minimum

Tekanan negatif akan terjadi di area ini

Bak penenang Garis tekanan maksimum


5-10

Gambar 5.6 Perubahan Debit dengan Penghentian Beban yang Cepat pada

Turbin Francis dengan Kecepatan yang Lebih Rendah 5.3.5 Lokasi Rumah Pembangkit Perhatian yang khusus harus diberikan pada beberapa hal dibawah ini untuk pemilihan lokasi rumah turbin. (1) Kondisi jalan mudah Dianjurkan rumah turbin dilokasikan pada daerah yang mudah dicapai agar mendapatkan perawatan setelah dibangun dan berbagai alasan lain. (2) Keadaan pondasi Pondasi dari rumah turbin harus cukup kuat utnuk menahan pemasangan beberapa benda yang berat seperti generator dan turbin. Dalam kasus pembangkit tenaga air, suatu lapisan kerikil yang padat cukup memadai, karena kerelatifan keringanannya (mendekati 2-3 ton/m2) dari peralatan. (3) Level banjir Lokasi dari rumah turbin harus menghindari lokasi yang dapat dihancurkan oleh air sehingga perusakan karena banjir tidak akan terjadi. Pertimbangan lain untuk diperhatikan adalah rumah turbin harus dihindarkan dari lokasi yang akan tergenang bila terjadi banjir. Pada umumnya, pusat tenaga air skala kecil direncanakan untuk sungai yang kecil di daerah pegunungan dan berada pada bagian dimana banjir tidak sering terjadi pada sungai yang bersangkutan. Pada kasus ini, diasumsikan bahwa level banjir didasarkan pada

Perubahan aliran dengan dioperasikan oleh baling-baling control (Waktu penutupan lebih lama)

Waktu 0

Qmax Perubahan aliran akibat perubahan putaran

(waktu penutupan lebih pendek) K

elua

ran

air


5-11

informasi dibawah ini dan untuk menentukan ketinggian permukaan tanah dari rumah turbin yang berhubungan dengan daerah yang sesuai.

Informasi yang diperoleh dari daerah lokal Ketinggian permukaan tanah yang berada disekitar bangunan terdekat (jalan,tanggul

dan jembatan,dll.) Teras-teras dari banjir dan batasan tumbuhan.

(4) Kondisi instalasi untuk fasilitas pembantu Ruang untuk instalasi dari sub-stasiun luar ruangan dan lainnya diperlukan didekat rumah turbin dan daerah itu harus diseleksi dengan baik, sedangkan arah dari garis transmisi dan bagian yang lain menjadi pertimbangan juga. Bagaimanapun, tegangan transmisi mempunyai persaman dengan tegangan pembangkit, ukuran dari ruang disekitar rumah turbin yang dibutuhkan kecil. Oleh karena itu, ruang yang dibuat dan pondasi dari rumah turbin cukup mengakomodasi fasilitas pembantu untuk rumah turbin. 5.3.6 Lokasi saluran pembuang Pada kasus pembangkit listrik tenaga air skala kecil, proses penentuan lokasi saluran pembuang sama dengan proses penentuan lokasi rumah turbin, karena secara umum lokasi saluran pembuang dekat dengan rumah turbin. Dalam kasus yang lain lokasi saluran pembuang ditentukan dengan pertimbangan beberapa hal berikut. (1) Level banjir Lokasi dari saluran pembuangan ditentukan berdasarkan level banjir yang akan terjadi. Ketika ketinggian dari saluran pembuang direncanakan lebih rendah dari tingkat banjir pada daerah yang bersangkutan, maka lokasi dan dasar ketinggian harus ditentukan dalam pertimbangan yang sesuai dari (i) ukuran yang sesuai untuk mengantisipasi genangan air pada rumah turbin ketika banjir terjadi (ii) metode untuk memindahkan sedimen yang telah mengalir ke dalam saluran pembuang. (2) Keberadaan fluktuasi dasar sungai pada daerah saluran pembuang Ketika fluktuasi dasar sungai diperkirakan mengambil tempat pada masa depan, maka lokasi dari saluran pembuang harus diseleksi dengan baik untuk menghindari beberapa masalah sedimentasi yang mungkin timbul didepan saluran pembuangan. (3) Kemungkinan penggenangan pada bantaran sungai dan permukaan tanah

terdekat berdasarkan keluaran air Seperti aliran air yang tinggi pada saluran pembuang, perhatian yang hati-hati harus diberikan juga untuk menghindari penggenangan pada bantaran sungai dan permukaan tanah terdekat. Karena daerah dari saluran pembuang terdiri dari sedimen dan lapisan


5-12

batu lunak, maka harus dilindungi dengan batu bronjong atau balok beton, dll. Pemilihan lokasi dimana ukuran yang sesuai dapat diterapkan dengan baik adalah penting. (4) Arah aliran sungai Saluran pembuang harus diarahkan (pada prinsipnya, untuk mengantisipasi aliran bawah) sehingga tidak akan mengganggu aliran air sungai yang berjalan lancar dan oleh karena itu, arah dari aliran saluran pembuang harus diseleksi. 5.4 Perencanaan Suplai dan Permintaan 5.4.1 Seleksi dari fasilitas-fasilitas permintaan daya listrik Untuk seleksi permintaan fasilitas–fasilitas daya listrik, beberapa hal berikut ini harus dipertimbangkan sebagai tambahan dari kapasitas terpasang. (1) Ciri–ciri bentuk penggunaan daya listrik dan fluktuasi beban Penggunaan daya listrik pada setiap permintaan fasilitas listrik menunjukkan ciri–ciri beban yang spesifik dalam bentuk penggunaannya, seleksi dari fasilitas permintaan daya listrik yang harus dipenuhi harus mendapatkan spesifikasi dari unit pembangkit dan ciri-ciri beban dari masing–masing fasilitas harus dipertimbangkan. Ciri–ciri beban berhubungan dengan bentuk penggunaan daya listrik seperti yang digambarkan sebagai berikut: 1) Penggunaan untuk penerangan Beban penerangan adalah sesuatu yang konstan sementara sedang dalam penggunaan dan menunjukkan fluktuasi yang lebih sedikit dibandingkan bentuk penggunaan daya yang lain. Pada umumnya, penggunaan daya listrik untuk penerangan lebih terkonsentrasi pada malam hari dan fluktuasi waktu penggunaan daya listrik tergantung pada cuaca dan lamanya waktu matahari bersinar. 2) Penggunaan untuk pemanasan listrik Bentuk utama dari penggunaan pemanas adalah, menjaga kehangatan dan pengeringan dengan menggunakan pemanas listrik dan keberlanjutan penggunaan tenaga untuk pemanasan adalah jarang. Pada banyak kasus, penggunaan daya listrik ini digunakan hanya dalam beberapa waktu saja untuk menentukan suhu. Dalam suatu daerah dengan musim hujan dan kemarau yang berbeda dimana produksi pertaniannya cenderung dikeringkan dengan pengering solar, pengering listrik dll, dapat menyebabkan konsumsi daya listrik pada garis yang berfluktuasi musiman dari output pembangkit, yang memberikan masukan yang berarti efektif untuk menyempurnakan penggunaan daya listrik.


5-13

3) Penggunaan untuk tenaga penggerak Penggunaan daya untuk mengoperasikan suatu motor menunjukkan karakteristik beban sebagai berikut.

Pada saat start-up pertama kali kadangkala lebih tinggi daripada aliran rata–ratanya (pada umumnya durasinya tidak lebih dari 10 detik)

Fluktuasi beban dalam hubungan untuk daya penggerak dibutuhkan oleh sebuah mesin. Beban pada dasarnya konstan pada kasus dari sebuah kipas angin (fan) atau pompa, dll. Tetapi fluktuasi dapat dipertimbangkan pada kasus dari pengoperasian mesin gergaji, dll.

Motor pengontrol otomatis untuk AC (Air Conditioning) sebaik mesin pemanas, mulai bekerja dan berhenti secara otomatis.

Pada kasus dari sebuah pembangkit listrik dengan asumsi beroperasi independen, kesibukan langsung dari mulai start motor secara sementara dapat menyebabkan sebuah beban berlebih yang tetap, mengakibatkan penghentian operasi generator untuk melindungi generator. (2) Biaya transmisi dan distribusi Konstruksi dari pembangkit listrik tenaga air skala kecil dekat dengan fasilitas-fasilitas permintaan adalah yang diinginkan supaya dapat meningkatkan dampak pembangunan. Pada kasus dimana lebih dari satu fasilitas permintaan yang menyebar, bagaimanapun, biaya transmisi dan distribusi dapat secara substansial bervariasi tergantung pada pilihan dari fasilitas permintaan yang akan dilayani. Oleh karena itu, diperlukan seleksi permintaan fasilitas daya listrik ketika merencanakan permintaan yang akan dilayani, mengambil manfaat keduanya dari suplai daya dan biaya transmisi dan distribusi dari suplai daya untuk pertimbangan. (3) Kontribusi pembangunan lokal Tujuan utama pembangunan pembangkit tenaga air skala kecil didiskusikan disini adalah menguatkan kondisi ekonomi masyarakat lokal, dan diinginkan untuk memberikan pilihan kepada tipe-tipe dari permintaan fasilitas daya tertulis dibawah karena mereka memberikan kontribusi yang kuat untuk pembangunan lokal. 1) Mereka mempunyai kemampuan untuk menggunakan sumberdaya lokal. 2) Mampu memunculkan karakter lokal ke luar daerahnya 3) Mampu membantu membuka kesempatan kerja 4) Mampu menyumbang kepada kegiatan promosi pertukaran antar masyarakat lokal. 5.4.2 Pengujian dari skala pembangunan dan keseimbangan suplai dan permintaan Adalah perlu untuk output dari pembangkit listrik skala kecil dimana tidak memiliki cadangan sumber pembangkit lainnya untuk selalu kelebihan permintaan. Pada kasus pembangkit tipe run-of-river, maka skala optimalnya adalah yang berhubungan dengan


5-14

permintaan kapasitas maksimum yang mempunyai kisaran pada “maksimum output yang dapat dibangun”1 yang pada dasarnya ditentukan berdasarkan “keluaran minimum yang dapat digunakan untuk pembangkitan”2. Prosedur untuk pemeriksaan ini dijelaskan sebagai berikut: (1) Keputusan pada debit minimum yang dapat digunakan untuk pembangkit

(Qumin) Penggunaan debit minimum untuk pembangkitan (Qumin) diputuskan dengan pertimbangan dari hal-hal berikut. 1) Pembangunan dari debit sungai yang dapat digunakan untuk pembangkitan

(Qu) Qumin ditentukan berdasarkan debit yang dihitung dengan mengurangi debit pemeliharaan pada bagian debit dikurangi dari debit sungai pada saat titik intake (penggunaan debit untuk pembangkitan : Qu)

2) Frekuensi dari penghentian pembangkit listrik yang dapat ditolerir Qumin juga ditentukan berdasarkan frekuensi penghentian pembangkit listrik yang dapat ditolerir (lihat gambar 5.7 dan gambar 5.8)

Frekuensi dari penghentian pembangkit listrik yang dapat ditolerir ditentukan berdasarkan tipe dan tingkat penting tidaknya permintaan / peralatan yang digunakan, tujuan penggunaan, dan alasan lainnya. Pada umumnya debit air di musim kering didasarkan pada durasi aliran Qu yang dihitung berdasarkan metode yang dijelaskan diatas atau sekitar 90 - 95 % rata – rata3 keluaran air dari dasar. Akan tetapi durasi aliran berubah setiap tahunnya, oleh karena itu durasi standar aliran harus diseleksi melalui diskusi yang memadai oleh pengguna. (2) Keputusan pada ouput maksimum dari pembangunan yang mungkin dilakukan

(Pumin) Output maksimum dari pembangunan yang mungkin dilakukan (Pumin) diputuskan berdasarkan syarat–syarat dibawah ini yang bergantung pada cuaca atau bukan berdasarkan keberadaan fluktuasi permintaan musiman. 1) Kasus dari permintaan konstan selama setahun

Ketika pembangkit diasumsikan merupakan tipe run-of-river, Pumak adalah potensial pembangkit listrik dibawah Qumin seperti yang dijelaskan diawal.

1

Output maksimum yang dapat dibangun 2

Debit di musim kering diantara variasi debit sungai yang dapat digunakan untuk pembangkit listrik 3

Nilai debit (%) jika 365 hari adalah 100% pada diagram durasi aliran


5-15

mak

uumak

QQ

QQmin

min≤

Q pada rata- rata Efisiensi

Q pada potensial PembangkitP

mak

min min

uminumak

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

=

ηη

Gambar 5.7 Skala Maksimum dari Pembangunan yang Mungkin Dilakukan Dalam Kasus yang Diasumsikan Permintaannya yang Konstan.

2) Kasus dari fluktuasi permintaan musiman

Ketika permintaan pada musim penghujan diharapkan untuk lebih daripada saat pengoperasian dilakukan pada musim kemarau, operasi pembangkitan pada prinsipnya didasarkan pada beban maksimum pada musim penghujan atau beban yang ringan pada saat musim kemarau. Ketika debit pada musim kemarau berada dibawah “debit minimum untuk pembangkitan (Qmin)4 maka pengoperasian pembangkit tidak bisa dilakukan lagi. Oleh karena itu Qumin harus diposisikan diatas Qmin. Dalam kasus ini, Pumak dapat dihitung sebagai berikut :

Gambar 5.8 Skala Maksimum dari Pembangunan yang Mungkin Dilakukan dalam Kasus Fluktuasi Permintaan Musiman

4

Qmin berarti tidak mungkin Qmin ditentikan dengan karakteristik efisiensi dari turbin dan pembangkit listrik di bawah ini.

Permissible break power generation

Qumin

m3/s kW

Power generation potential

Max output of possible development

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Permissible break powergeneration

Pumax

Qumin Qmin

m3/s kW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Qmax

Power generation potential

Max output of possible development

Permissible break power generation

Pumax


5-16

Tabel 5. 1 Debit Minimum untuk Pembangkitan (Qmin) untuk Berbagai Jenis

Turbin

Jenis Turbin

Aliran / Maksimum

Aliran

(Qmin / Qmax)

Eficiensi Turbin /

Maksimum Eficiensi

Turbin

(ηmin / ηmax)

Kondisi

Horizontal Shaft Francis 30% 0.70 Runner berbeban ringan

Horizontal Shaft Pelton 15% 0.75 2 nozzle

Horizontal Shaft Pelton 30% 0.90 1 nozzle

Cross-Flow 15% 0.75 Kontrol vane kembar

Cross-Flow 40% 0.75 Kontrol vane tunggal

Turgo Impulse 10% 0.75 2 nozzle

Turgo Impulse 20% 0.75 1 nozzle

Reverse Pumps Operasi pembangkit sulit selain daripada pada nilai debit air (3) Pengambilan keputusan pada skala pembangunan dan permintaan

1) Kasus dimana terjadi kesulitan pada perubahan rencana permintaan

Ketika terjadi kesulitan untuk mengubah permintaan dan kapasitasnya pada rencana permintaan, maka kapasitas permintaan maksimum diasumsikan berada pada interval Pmak dan menjadi skala optimal pada pembangunan

Gambar 5.9 Skala Optimal dari Pembangunan untuk Kasus Permintaan Konstan

Selama Setahun

Qumin

m3/skW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Optimum development

scale

Power generation potential Max. output of possible development

Max. demand capacity


5-17

Gambar 5.10 Skala Optimal pada Pembangunan untuk Fluktuasi Permintaan Musiman

2) Kasus dimana perubahan rencana permintaan mungkin terjadi

Ketika perubahan rencana permintaan mungkin terjadi, maka kapasitas permintaan berubah pada interval Pumak untuk menyeleksi kasus yang paling efektif.

Kriteria – kriteria berikut ini dapat digunakan untuk menentukan kasus terbaik permintaan. Prioritas umumnya dapat menjadi sulit, akan tetapi hal ini tergantung pada masing – masing pembangunannya.

Ekonomi Keuntungan sosial (membuka lapangan kerja baru, promosi untuk kepariwisataan

/ industri dan lainnya) Tujuan dari pelaku usaha (developer) Lainnya

Ketika ekonomi menjadi prioritas, maka rencana permintaan harus diformulasikan untuk memaksimalkan rata – rata pemanfaatan yang efektif untuk pembangkit potensial dalam hal membangkitkan energi listrik diatas permintaan yang ada dengan sistem yang independen seperti pembangkit tenaga air skala kecil, yang tidak didasarkan untuk mengambil banyak keuntungan.

Produksi listrik tahunan yang diserap fasilitas konsumen Load Factor = Kemungkinan produksi listrik tahunan

Proses kongkret untuk menentukan skala optimal pembangunan dijelaskan di bawah ini:

Qumin ≥Qmin

m3/s kW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

Qmax

: Power generation potential : Max. output of possible development

:Estimated power demand

Optimum development

scale


5-18

a. Penempatan dari permintaan Beberapa kasus dari rencana permintaan diformulasikan berdasarkan prediksi permintaan dari hasil survei yang dilakukan pada waktu distribusi. Pada saat ini prioritas dari masing–masing permintaan harus diperiksa secara teliti, dengan menggunakan beberapa hal berikut sebagai pertimbangan:

Tingkat pentingnya fasilitas (peralatan) Keuntungan dari setiap permintaan

Gambar 4.4.5 Contoh dari rencana permintaan

Gambar 5.11 Contoh dari Rencana Permintaan

b. Perhitungan penggunaan efektif energi listrik5 Penggunaan energi listrik pertahun yang dihitung dengan membandingkan pembangkit potensial yang btidak lebih dari Pumax dengan penempata permintaan di “a” diatas untuk setiap musim.

Gambar 5.12 Contoh dari Keseimbangan Supply dan Permintaan Pertahun

5Energi listrik yang dapat digunakan oleh fasilitas permintaan listrik tertentu diluar pembangkit energi listrik

kW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

: Demand ‘Case 1’ : Demand ‘Case 2’

: Demand ‘Case 3’

kW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Efficient use of energy

In case of demand ‘Case 1’

: Demand ‘Case 1’

: Power Generation Potential

: Max. Scale of Possible Development


5-19

c. Pengambilan keputusan pada skala optimal dari pembangunan

Dengan menggunakan perbandingan satuan biaya konstruksi atau perbandingan keuntungan–biaya per kWh untuk penggunaan energi listrik yang efektif, maka skala optimal dari pembangunan diputuskan untuk meminimalkan perbandingan unit biaya atau perbandingan biaya–keuntungannya.

Formula 3 – 1a : Kasus dari unit biaya konstruksi

Unit biaya konstruksi per kWh = pertahun efektif listrik Energi

konstruksi Biaya

Formula 3 – 1b : Kasus dari perbandingan Biaya – Keuntungan

Biaya pertahun (C) = Biaya pertahun dari pembangkit = Perbandingan biaya konstruksi × pengeluaran

pertahun (penggunaan metode kalkulasi standar untuk kasus umum/biasa)

Keuntungan = ∑ (Charge listrik untuk setiap permintaan)

∑ (permintaan (kW) × charge dasar × bulan + energi listrik efektif (kWh) × charge per meter )

C/V = Biaya pertahun (C) / keuntungan (V)


6-1

6. STRUKTUR SIPIL Perlu dipahami bahwa hambatan utama dalam pembangunan pembangkit listrik skala kecil adalah biaya pembangunan yang relative tinggi. Bab ibi akan menjelaskan tentang elemen teknologi yang dibutuhkan, dengan asumsi dapat mengurangi biaya konstruksi sipil. 6.1 Bendungan (Weir) dan Intake Bendungan untuk instalasi PLTMH terdiri dari berbagai variasi tipe yang dapat dipilih dan digunakan sesuai dengan kebutuhan dan tentunya atas pertimbangan dana yang tersedia. Bendungan tersebut berfungsi untuk menampung aliran air sungai. Sebuah bendungan dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah: penjebak/saringan sampah. PLTMH, umumnya merupakan pembangkit tipe run off river sehingga bangunan intake dibangun berdekatan dengan bendungan dengan memilih dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir.

6.1.1 Tipe-tipe dasar dam intake Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake seperti yang disebutkan dibawah ini. (1) Dam beton graviti (2) Dam beton mengapung (3) Dam tanah (4) Dam urugan batu (5) Dam pasangan batu basah


6-2

(6) Dam batu bronjong (7) Dam batu bronjong diperkuat beton (8) Dam ranting kayu (9) Dam kayu (10) Dam bingkai kayu dengan kerikil Dari jenis-jenis diatas, dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong, secara umum terkenal digunakan di negara-negara Asia Tenggara karena beberapa keuntungan seperti (i) tidak terlalu dipengaruhi oleh kondisi dari tanah dasarnya dan (ii) relatif mudah diperbaiki jika mengalami kerusakan. Bagaimanapun, mereka dapat ditembus oleh banjir karena itu struktur dan penggunaannya harus didahului dengan pengujian yang hati-hati dari konstruksi yang penting seperti struktur sipil dan kondisi dari arus bawah. Table 6.1 Tipe Dasar Dam Intake untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala

Kecil dan Kondisi Aplikasinya

Tipe Garis Besar Gambar Kondisi aplikasinya Dam Beton graviti

Beton digunakan untuk mengkonstruksi bangunan secara keseluruhan.

Fondasi : lapisan batu Kondisi sungai : tidak dipengaruhi

oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien

Dam beton mengapung

Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari fondasinya dengan diputus, dll. Untuk menyempurnakan penampilannya.

Fondasinya : kerikil Kondisi sungai : tidak dipengaruhi

oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien


6-3

Dam tanah Tanah (earth) digunakan untuk bahan utama dan penggunaan dari batu gosong dan dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Fondasi : bervariasi dari tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai : aliran yang tidak deras dan mudah diatasi bila terjadi banjir

Kondisi intake : efisiensi intake yang baik dikarenakan penampilan yang baik jika dikerjakan dengan hati –hati

Dam urugan batu

Kerikil digunakan sebagai bahan utama dari bangunannya. Penggunaan dari dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai : sungai dimana dam tanah dapat hanyut jika menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah

Dam pasangan batu basah

Pengisian ruang dengan kerikil dan semen,dll.


Kondisi sungai : tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik dan intake yang efisien

Dam batu bronjong

Batu belah dibungkus dengan jarring logam untuk menyempurnakan kesatuannya.


Kondisi tanah : sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah


6-4

Dam batu bronjong diperkuat beton

Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton.

Fondasi : berbagai jenis tanah sampai lapisan batu

Kondisi sungai : sungai dimana jaring logam dapat mengalami kerusakan jika aliran sungai terlalu deras

Kondisi intake : dapat diterapkan jika efisiensi intake yang tinggi diperlukan

Dam ranting kayu

Dam sederhana dengan menggunakan ranting pohon lokal.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan kerikil.

Kondisi sungai : pengikisan terjadi jika terdapat banjir.

Kondisi intake : pada bagian dengan volume intake yang rendah atau intake dari aliran (stream) sampai suplemen untuk sungai di musim kemarau

Dam kayu Dam dengan menggunakan kayu.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.

Kondisi sungai : aliran yang tidak deras dengan pergerakan sedimen yang rendah.

Kondisi intake : suatu tingkat dari efisiensi intake dalam keadaan yang aman jika permukaannya dilapisi, dll.

Dam bingkai kayu dengan kerikil

Didalam frame kayu diisi dengan kerikil untuk meningkatkan stabilitasnya.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.

Kondisi sungai : dam urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan bagian air sungai karena efisiensi intake yang rendah


6-5

6.1.2 Memutuskan ketinggian dam Seperti volume dam adalah proposional ke persegi dari tingginya, adalah penting untuk memutuskan ketinggian dam dalam hal meminimalkan kondisi-kondisi berikut kedalam pertimbangan. (1) Kondisi yang membatasi ketinggian saluran Untuk menentukan ketinggian dam, adalah perlu untuk mempertimbangkan kondisi topografi dan geologi dari rute saluran yang akan digunakan sebagai tambahan bahan pertimbangan pada lokasi konstruksi dam. Pemeriksaan yang teliti terutama dibutuhkan pada sebuah lokasi dimana perhitungan biaya konstruksi saluran air memiliki proporsi yang besar dari total biaya konstruksi. Ketinggian dam pada lokasi dimana saluran air dikonstruksi di bawah jalan yang sudah ada, seringkali ditentukan dengan referensi pada ketinggian jalan yang bersangkutan. (2) Kemungkinan kenaikan dasar sungai dibagian hilir Ketinggian dam untuk pembangkit listrik skala kecil pada umumnya rendah, ada perhatian bahwa fungsi normalnya dapat terganggu oleh naiknya dasar sungai di bagian hilir. Oleh karena itu, kenaikan dasar sungai di masa depan harus diperkirakan untuk memutuskan ketinggian dari dam jika lokasi yang direncanakan terdapat pada kasus kasus berikut ini.

1) Kemiringan sungai yang tidak terlalu curam dengan tingkat perubahan / pergerakan sedimen yang cukup tinggi

2) Keberadaan check dam yang tidak terisi penuh, dll. di bagian hilir dari dam intake yang direncanakan.

3) Keberadaan dari lokasi yang rusak di bagian hilir yang cenderung akan berlanjut mengalami kerusakan di kemudian hari.

4) Keberadaan bagian sempit di daerah hilir yang akan menghalangi jalannya aliran sedimen dan/atau sampah kayu.

(3) Kondisi untuk memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap dengan

metode intake (intake tyrolean dan intake sisi) Dibawah keadaan normal, ketinggian dari dam harus direncanakan untuk melebihkan nilai perhitungan dengan metode berikut untuk memastikan kemudahan dalam memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap.


6-6

1) Intake sisi Pada kasus intake sisi, kasus berikut (a) atau (b), yang mana saja lebih tinggi, diadopsi.

a. Tinggi dam (D1) ditentukan dalam hubungan dengan elevasi dasar dari pintu

pemeriksaan dari dam intake

D1 = d1 + h

b. Tinggi dam (D2) ditentukan dengan kemiringan dasar dari bak pengendap

D2 = d2 + h + L (ic – ir)

Dimana, d1 : Tinggi dari dasar pintu pemeriksaan ke dasar dari pintu pemasukan air

(biasanya 0.5 – 1.0 m) d2 : Perbedaan antara dasar dari pintu pemeriksaan dari bak pengendap dasar

sungai pada lokasi yang sama (biasanya sekitar 0.5 m) hi : Kedalam air dari pintu pemasukan air (biasanya ditentukan untuk membuat

kecepatan aliran masuk mendekati 0.5 – 1.0 m/det) L : Panjang bak pengendap (Lihat Sub Bab 6.3 dan Gambar 6.4) ic : Kemiringan dari dasar bak pengendap (biasanya sekitar 1/20 – 1/30) ir : Kemiringan sungai sekarang.

Gambar 6.1 Potongan dari Intake Sisi dan Dam

2) Intake tyrolean

Intake tyrolean dimana air diambil dari asumsi dasar bahwa didepan dam diisi

dengan sedimen dan oleh karena itu, ketinggian dam ditentukan dengan kasus D2 untuk intake sisi.

D2 = d2 + hi + L (ic – ir)

Inlet L

ic

ir d2

d1

hi


6-7

Gambar.6.2 Potongan dari Intake Tyrolean dan Dam (4) Pengaruh pada pembangkitan daya listrik Pada sebuah lokasi dimana penggunaan ketinggian kecil atau dimana dirancang untuk mengamankan ketinggian dengan sebuah dam, ketinggian dam secara signifikan mempengaruhi tingkat pembangkitan energi listrik. Berdasarkan hal tersebut, adalah perlu untuk menentukan ketinggian dam pada lokasi seperti itu dengan membandingkan perubahan yang diharapkan dari kedua biaya konstruksi dan pembangkitan energi listrik karena perbedaan dari ketinggian dam. (5) Pengaruh dari air di bagian belakang Ketika jalan, tanah pemukiman, pertanian dan jembatan, dll. ada di area yang elevasinya lebih rendah di bagian hulu dari sebuah lokasi dam intake yang direncanakan, adalah perlu untuk menentukan ketinggian dam untuk mencegah banjir karena air di bagian belakang. Terutama sekali pada sebuah lokasi dengan ketinggian dam tinggi, tingkat pengaruh pada penampakan diatas harus diperiksa dengan menghitung air di bagian belakang atau metode lainnya. 6.2 Intake 6.2.1 Metode Intake Terlepas dari metode intake sisi yang biasa, ada beberapa jenis metode intake sederhana dimana bertujuan pada pengurangan ketinggian dan menghilangkan pintu intake (dalam hal ini mengacu pada seperti metode intake tyrolean) untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air. Dua jenis contoh ditulis dibawah. • Tipe Saringan • Tipe Tanpa Saringan Detail dari dua tipe ini ada pada Tabel 6.2.

Inlet L

ic

ir d2

D2 hi


6-8

Tabel 6.2 Contoh Tipe dari Metode Intake Tyrolean Metode Intake Garis Besar Gambar Karakteristik Keuntungan dan Masalah yang ditemui

berdasarkan survey di lapangan Tipe Saringan

• Jika sebuah saringan dipasang untuk menutup sebagian besar saluran sungai, adalah memiliki daya tahan yang tinggi terhadap fluktuasi dasar sungai. Sebuah intake yang cukup lebar dapat mengambil 100 % intake dari air sungai. Kelebihan aliran dapat terjadi karena daun-daun yang jatuh, dll. mengumpul pada permukaan saringan, lebar saringan harus memiliki lebar yang cukup. Kapasitas pengendapan dari dam berhubungan dengan arus pengendapan juga harus dianalisa.

• Tipe ini umum dipakai dan nilai intake secara umum 0.1 – 0.3 m3/det per unit lebar di dasarkan pada sebuah sudut batang yang dipasang hingga 30°, sebuah jarak antar bidang batang 20 – 30 mm dan sebuah panjang batang yang kira-kira 1 m.

< Keuntungan > • Sebuah pintu pengecekan dari dam intake dapat

dihilangkan. • Sebuah fasilitas intake yang lengkap cocok untuk

sebuah sungai yang sempit dan deras. • Intake yang stabil memungkinkan untuk mengatasi

perubahan dasar sungai bagian hilir. < Permasalahan > • Pada saat banjir atau air mengalir, endapan dan

sampah mengalir di saluran. • Sebuah saringan yang tersumbat oleh kerikil, dll,

dibutuhkan banyak tenaga untuk membersihkannya.

Tipe Tanpa Saringan

• Aliran air biasanya mengalir melalui bagian atas dam dan kemudian menuju bak pengendap melalui saluran intake yang diletakkan memotong saluran sungai dan berada di sepanjang ambang akhir (pembelokan). Dengan kenaikan debit sungai, maka aliran air akan mengalir ke ambang akhir dan menjadi suatu aliran yang cepat menuju ke ambang akhir, hal ini menyebabkan tidak mungkin terjadi banjir pada intake. Akan tetapi, jika sedimen yang tersimpan di saluran intake dapat hanyut melalui air terjun di ambang akhir, maka perawatan dari saluran intake menjadi lebih mudah. Karena bagan dari tipe ini mempunyai kesamaan dengan bagian pada tipe tipe saringan, ketiadaan dari saringan berarti pengurangan biaya perawatan dan tenaga kerja untuk merawat saringan.

< Keuntungan) • Sebuah fasilitas intake yang lengkap sesuai untuk

sungai yang sempit atau deras. • Intake yang stabil memungkinkan untuk mengatasi

perubahan dasar sungai bagian hilir. • Sedimen dan sampah dikeluarkan secara alami pada

saat banjir. < Permasalahan > • Banyak sekali sedimen dan sampah yang mengalir

melalui saluran. • Penggosokan secara rutin pada bak pengendap

sangat diperlukan.


6-9

6.2.2 Poin-poin penting untuk mendisain intake Untuk desain intake pada pembangkit tenaga air skala kecil, diperlukan pemeriksaan teliti untuk melihat kemungkinan penghilangan pintu intake dan lainnya agar diperoleh pengurangan biaya. Dalam kasus pembangkit listrik tenaga air skala kecil, saluran air cenderung merupakan sebuah saluran terbuka, saluran tertutup atau pipa yang tertutup. Jika jenis saluran ini digunakan, adalah penting untuk menghindari volume aliran air yang cenderung melebihi desain volume intake agar tidak terjadi kerusakan pada salurannya. Sementara itu, kontrol pintu otomatis untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil dapat menyebabkan biaya meningkat, sehingga dipilih kontrol manual, pada kasus fasilitas intake untuk pembangkit tenaga air skala kecil yang dibangun di daerah pegunungan terisolir, sehingga banjir sulit untuk mencapainya. Beberapa metode ini dianjurkan untuk mengontrol aliran pada saat banjir tanpa menggunakan pintu, dll. (1) Prinsip Metode ini cenderung merupakan bagian dari desain intake yang menjadi lubang bila terjadi kenaikan air sungai yang disebabkan oleh banjir. Metode ini pada umumnya digunakan untuk intake tyrolean atau untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil di Indonesia. Volume aliran masuk dihitung dengan menggunakan formula berikut ini. H

Qf = Ai x Cv x Ca x (2g x H ) 0.5 Dimana,

Qf : Volume aliran masuk pada lubang dibawah permukaan air (m3/s) Ai : Daerah intake (m2) Ai=bi × (dh + hi) dh=0.100.15m Cv : Koefisien velositas : Cv = 1/(1 + f) f : Koefisien dari aliran yang berkurang (lihat gambar berikutnya)

Bsp, sp: Mengacu pada Bab 5-5.3 Bak pengendap

Level air banjir

→

Level air spillway

Level air normal

sp

p

Ai

hi

dh

dh

hi

bi


6-10

Gambar.6.3 Koefisien dari aliran yang berkurang pada berbagai bentuk pemasukan.

Ca : Koefisien kontraksi (mendekati 0.6; lihat formula berikut)

dimana, D, d: perbandingan antara aliran atas dan aliran bawah dari aliran kontraksi

ketika, d << D, Ca = 0.582 H: tingkat perbedaan aliran atas dan aliran bawah pada lubang (m)

(2) Garis besar dari peralatan Hal–hal penting untuk disain adalah sebagai berikut.

1) Adalah perlu bagi intake mempunyai keran penutup dari pada sebuah keran terbuka sehingga akan menjadi sebuah tekanan intake ketika terjadi kenaikan level air sungai.

2) Intake harus diletakkan pada sudut yang tepat ke arah aliran sungai yang

memungkinkan sehingga ketinggian dari pendekatan kecepatan aliran air pada saat banjir diminimalkan.

3) Pada saat banjir dimana debit air melebihi desain volume intake, maka kapasitas

saluran pelimpah pada bak pengendap atau titik permulaan dari saluran air haruslah cukup besar.

Ca = 0.582 + (formula Merriman’s) 0.0418 1.1 + d/D

Angularity Haunch Rounded

Bellmouth Protruding

f = 0.1 (round) - 0.2 (orthogon)

f = 0.5 f = 0.25

f = 0.05 – 0.01 f = 0.1f = 0.5 + 0.3 cosθ + 0.2 cos2θ

θ


6-11

6.3 Bak pengendap Bak pengendap tidak hanya mempunyai struktur yang hanya mampu untuk menempatkan dan memindahkan sedimen yang ukurannya lebih besar dari ukuran minimum yang dapat merusak turbin, dll. tetapi juga suatu saluran pelimpah untuk menjaga agar debit air yang berlebih tidak mengalir ke saluran air. Konfigurasi dasar dari bak pengendap diilustrasikan di bawah ini.

Gambar 6.4 Konfigurasi dasar dari bak pengendap

[Referensi] Pada bagian membujur, kedalaman aliran sama: ho1=H*×0.1/(SLs)0.5 H* : lihat ke Ref.5-1 SLs : kemiringan pada ujung akhir head race ho2=(α×Qd2)/(g×B2)1/3 α=1.1 Qd= Disain debit air (m3/s) g=9.8 B:Lebar Headrace (m) jika ho1<ho2, ho=ho1 jika ho1ho2, ho=ho2

Conduit sectionWidening section

Settling section

Bb

1.02.0

Dam

SpillwayStoplog Flushing gate

Intake

Headrace

Bsp

hs

hsp+

15cm

h0

10

15‚ƒ‚

hi

ic=1/201/30

IntakeStoplog

bi‚k‚ƒ ‚k‚— ‚k‚“

‚k

Sediment Pit Flushing gate


6-12

Setiap bagian dari bak pengendap mempunyai fungsi sebagai berikut. (1) Bagian penyalur Bagian penyalur menghubungkan intake dengan bak pengendap. Ini diperlukan bahwa bagian penyalur harus membatasi panjangnya. (2) Bagian melebar: Ini mengatur aliran air dari saluran penyalur ke pencegah terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen dan mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap untuk menentukan kecepatan sebelumnya. (3) Bagian pengendap: Fungsi dari bagian ini adalah untuk menempatkan sedimen diatas ukuran dan panjang tertentu (1) yang kemudian dihitung dengan menggunakan formula yang didasarkan pada hubungan antara kecepatan pengendapan, kecepatan aliran dalam bak pengendap dan kedalaman air. Panjang dari bak pengendap (Ls) biasanya ditentukan berdasarkan sebuah margin untuk menghitung dua kali panjang dengan menggunakan formulanya. dimana,

l : Panjang minimum bak pengendap (m) hs : Kedalam air bak pengendap (m) ( -lihat Gambar 5.3.1) U : kecepatan marginal pengendapan untuk endapan yang akan diendapkan

(m/s) Umumnya sekitar 0.1 m/s untuk target ukuran butiran sekitar 0.5 – 1 mm.

V : Rata – rata kecepatan aliran di bak pengendap (m/s) Pada umumnya sekitar 0.3 m/s tetapi ditoleransi sampai 0.6 m/s pada kasus dimana lebar bak pengendap dibatasi. V = Qd/(B×hs)

Qd : desain debit (m3/s) B : lebar bak pengendap (m)

(4) Tempat endapan: Area ini merupakan tempat penimbunan sedimen (5) Spillway

Spillway mengalirkan aliran masuk bagian bawah dimana mengalir dari intake. Ukuran dari spillway akan diputuskan dengan persamaan berikut.

l ≥ ×hs Ls = 2×l V U


6-13

Q1 = C×Bsp×hsp1.5 → hsp=Qf /(C×Bcp)1/1.5

Dimana, Qf : volume aliran masuk dari lubang di bagian bawah (m3/s)

C : Koefisien =1.80 hsp: kedalaman air pada spillway (m, lihat Gambar 6.3.1) Bsp: lebar spillway (m, lihat Gambar 6.3.1)

6.4 Saluran Pembawa 6.4.1 Tipe dan Struktur Dasar Saluran Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka, seperti sebuah saluran terbuka atau sebuah saluran tertutup, dll. Sejumlah contoh dan struktur dasar mereka diberikan masing-masing dalam Tabel 5.4.1 dan Tabel 5.4.2.


6-14

Tabel 6.3 Tipe-tipe Saluran Pembawa untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil

Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan strukturnya

Saluran terbuka

< Keuntungan > • Relatif murah • Mudah mengkonstruksinya < Permasalahan > • Kemungkinan aliran sedimen dari

lereng diatasnya • Tingginya tingkat jatuh daun –

daunan, dll.

• Saluran tanah sederhana • Jalur saluran (jalur

pasangan batu basah atau kering, jalur beton)

• Pagar Saluran ( terbuat dari kayu, beton atau tembaga)

• Jalur saluran berbentuk lembaran

• Saluran berbentuk setengah tabung (seperti pipa –pipa yang berbelok -belok, dll)

Pipa tertutup / saluran tertutup

< Keuntungan > • Pada umumnya volume pekerjaan

tanahnya besar. • Rendahnya rata - rata sedimen dan

daun – daunan yang jatuh di saluran.

< Permasalahan > • Sulitnya merawat dan meninjau

saluran, termasuk pembersihan dan perbaikkannya.

• Tabung yang dipendam (Hume, PVC or FRPM)

• Box culvert • Pagar saluran dengan

tutupnya.


6-15

Tabel 6.4 Struktur Dasar Saluran untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil

Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan Saluran tanah sederhanan

< Keuntungan > • Mudah dikonstruksi • Murah • Mudah diperbaiki < Permasalahan > • Mudah mengalami kerusakan pada

dindingnya • Tidak dapat diterapkan pada tanah

yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

• Sulit untuk membersihkan timbunan sedimennya.

Saluran lajur (batu dan batu keras)

< Keuntungan > • Konstruksinya relatif mudah • Dapat dibangun dengan

menggunakan bahan - bahan lokal • Ketahanan tinggi terhadap gerusan • Relatif mudah diperbaiki < Permasalahan > Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

Saluran pasangan batu basah

< Keuntungan > • Dapat dibangun dengan

menggunakan bahan - bahan lokal • Ketahanan yang tinggi terhadap

gerusan • Dapat diterapkan pada tanah yang

tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

< Permasalahan > • Lebih mahal daripada saluran tanah

sederhana atau saluran pasangan batu kering (saluran lajur batu/batu keras).

• Relatif banyak memerlukan tenaga kerja

Saluran beton

< Keuntungan > • Tingkat kebebasan yang cukup tinggi

untuk desain potongan melintang. < Permasalahan > • Konstruksi sulit jika diameter

dalamnya kecil • Masa konstruksinya relatif lama

n=0.030

n=0.025

Plastered : n=0.015 Non Plastered : n=0.020

n=0.015


6-16

Saluran berpagar kayu

< Keuntungan> • Lebih murah bila dibandingkan

dengan saluran dari beton. • Susunannya fleksible jika terjadi

deformasi tanah kecil. < Permasalahan> • Penggunaan yang terbatas jika

menggunakan fondasi tanah (earth) • Kurang cocok untuk cross - section

yang cukup besar. • Sulit untuk memastikan kerapatan air

(water-tightness)yang sempurna. • Mudah rusak

Saluran Box Culvert

< Keuntungan > • Konstruksi yang mudah bila

dibandingkan dengan pipa hume pada lereng curam dengan kemiringan potongan melintang

• Periode konstruksi yang relatif singkat dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil, jika produk siap pakainya digunakan

• Kaya dengan berbagai jenis variasi produk siap pakai..

< Permasalahan> • Beban yang berat • Biaya transportasi yang cukup tinggi,

jika menggunakan produk siap pakai. • Periode konstruksi yang cukup lama,

jika dibuat langsung di daerah yang bersangkutan.

Saluran pipa hume

< Keuntungan > • Mudah dikonstruksi di daerah tidak

terlalu curam • Periode konstruksinya relatif singkat • Ketahanan yang tinggi • Dapat diterapkan pada potongan

melintang yang kecil • Memungkinkan untuk konstruksi

yang tinggi dengan bentangan yang pendek

< Permasalahan > • Biaya transportasi yang cukup tinggi

dan beban yang berat.

n=0.015

n=0.015

n=0.015


6-17

6.4.2 Menentukan Potongan Melintang dan Kemiringan (slope) Longitudinal Ukuran potongan melintang dan kemiringan harus ditentukan supaya debit yang dibutuhkan turbin dapat diarahkan secara ekonomis ke bak penenang. Pada umumnya ukuran potongan melintang berhubungan erat dengan kemiringan. Kemiringan saluran pembawa harus dibuat sehalus mungkin untuk mengurangi kehilangan ketinggian (perbedaan antara level air pada intake dan bak penenang) tetapi hal ini akan menyebabkan kecepatan yang lebih rendah dan potongan melintang yang lebih besar. Selain itu kemiringan yang curam, akan menyebabkan kecepatan aliran yang tinggi dan bagian yang lebih kecil tetapi juga kehilangan ketinggian yang besar. Pada umumnya, pada kasus perencanaan pembangkit listrik tenaga air skala kecil, kemiringan salurannya ditentukan 1/500 – 1/1,500. Bagaimanapun pada kasus perencanaan mikro-hidro, kemiringannya menjadi 1/50 – 1/500, karena kemampuan yang rendah pada saat survei saluran dan pembangunan oleh kontraktor lokal. Bagian penampang melintang dari saluran pembawa ditentukan berdasarkan metode dibawah ini. (1) Metode perhitungan

Qd= A × R 2/3 × SL 1/2 /n Qd : disain debit untuk saluran pembawa (m3/s) A : luas dari potongan melintang (m2) R : R=A/P (m) P : panjang sisi-sisi basah (m) mengacu pada gambar berikut. SL : Slope mendatar saluran pembawa (contoh SL= 1/100=0.01) n : koefisien kekasaran (lihat Tabel 6.4.2) Secara singkat, pada kasus potongan melintang empat persegipanjang, dengan lebar (B)=0.6m, kedalaman air (h)=0.5m, kemiringan longitudinal (SL)=1/200=0.005, koefisien kekasaran (n)=0.015. A= B×h = 0.6 × 0.5 = 0.30 m2 P= B + 2 × h = 0.6 + 2 × 0.5 =1.60 m R= A/P = 0.30/1.60 = 0.188 m

Qd= A ×R 2/3×SL1/2 / n = 0.30 ×1.60 2/3×0.005 1/2 / 0.015 = 1.94 m3/s

Permukaan air

: P


6-18

(2) Metode sederhana Untuk menyederhanakan metode diatas, maka metode berikut ini digunakan untuk menentukan potongan melintang yang kemudian dijelaskan di [Referensi 6-1 Metode sederhana untuk menentukan potongan melintang] Referensi ini digunakan untuk menentukan potongan melintang pada dua bentuk berikut ini. Potongan melintang empat persegipanjang Potongan melintang trapesium H* harus dihitung untuk setiap slope yang berbeda. Secara singkat, pada kasus potongan melintang trapesium, disain debit (Q)=0.5m3/det, lebar (B)=0.8m, kemiringan longitudinal (SLA,B,C,D)=1/100, 1/50, 1/100, 1/200 yang merupakan bagian paling halus dari saluran pembawa, koefisien kekasaran (n)=0.015. Kedalaman air (H*) mendekati 0.3 m di Referensi 6-1 gambar-4. Oleh karena itu kedalaman air yang sebenarnya (H) adalah H = H* × 0.1 / (SL)0.5 HA,C = H* × 0.1 / (SLA,C)0.5 = 0.3×0.1 / (0.01) 0.5 = 0.3 HB = H* × 0.1 / (SLB)0.5 = 0.3×0.1 / (0.02) 0.5 = 0.21 HD = H* × 0.1 / (SLD)0.5 = 0.3×0.1 / (0.005) 0.5 = 0.42 Dan ketinggian dari bagian melintang dari Slope A,C adalah 0.60m (0.3+0.2 ~ 0.3), Ketinggian bagian melintang dari Slope B adalah 0.55m (0.21+0.2 ~ 0.3), Ketinggian dari bagian melintang dari Slope D adalah 0.75m (0.42+0.2 ~ 0.3).

B=0.6 and 0.8m

1.0

m=0.5 B=0.6 and 0.8m

Slope A Slope B

Slope C

Slope D

SLA = 1/100

SLB = 1/50 SLC = 1/100

SLD = 1/200


6-19

6.5 Bak Penenang 6.5.1 Kapasitas bak penenang (1) Fungsi bak penenang Fungsi bak penenang secara umum ada dua jenis.

Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban.

Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll.) dalam air yang mengalir

(2) Definisi kapasitas bak penenang Kapasitas bak penenang didefinisikan sebagai kedalaman air dari hc ke h0 dari panjang bak penenang L seperti terlihat dalam Gambar 6.5.

Gambar 6.5 Gambar Kapasitas Bak Penenang

0.5

1.0

dsc

As

d

Bspw

hc

h 0h>1.0xd

S=1~ 2 x d

1.020.0

L1.0

2.0

30~50cm

b

B-b

Headrace

30 ~50cm

Ht

Spillway

Screen

SLe

h0 = H* x 0.1 / (Sle)0.5 H*: Mengacu pada Ref 6-1 hc = (α x Q d2) / (g x B2)1/3 α = 1,1 g = 9,8 d = 1.273 x (Qd / V opt )0.5 Vopt: mengacu pada Ref 6-2 Vsc = As x dsc = B x L x dsc ≥ 10 sec x Qd B, dsc: diputuskan tergantung pada kondisi lapangan


6-20

Kapasitas bak penenang Vsc = As×dsc = B×L×dsc

dimana, As: area bak penenang B : lebar bak penenang L : panjang bak penenang

dsc: kedalaman air dari kedalaman aliran yang sama dari sebuah saluran ketika menggunakan debit maksimum (h0) menuju kedalaman kritis dari ujung tanggul untuk menjebak pasir dalam sebuah bak penenang (hc)

[Referensi] Pada bagian membujur, kedalaman aliran yang sama: ho = H*×0.1 / (SLe)0.5 H* : merefer pada Ref.5-1 SLe : slope dari akhir saluran dari saluran pembawa kedalaman kritikal: hc = (α×Qd2) / (g×B2)1/3 α: 1.1 g : 9.8 (3) Menentukan kapasitas sebuah bak penenang Kapasitas bak penenang harus dipertimbangkan dari metode kontrol beban dan metode debit seperti disebutkan dibawah ini:

a. Pada kasus hanya beban yang dikontrol

Pada kasus pengontrolan fluktuasi beban permintaan yang dipertimbangkan, pada umumnya pengarah dummy load diterapkan. Pengarah dummy load adalah gabungan dari pemanas – pendingin air atau pemanas – pendingin udara, perbedaan energi listrik yang dihasilkan melalui pembangkitan di rumah turbin dan beban aktual untuk menyerap panas. Kontrol debit tidak ditampilkan. Kapasitas bak penenang harus diamankan hanya untuk menyerap getaran dari saluran pembawa dengan maksimum debit sekitar 10 kali sampai 20 kali dari maksimum debit (Qd). Suatu format frame dari pengontrolan beban dengan menggunakan suatu pengarah dummy load ditunjukkan dalam gambar 6.6.

Gambar 6.6 Diagram aturan dari konsumsi beban

Generated power

Dummy load consumption

Waktu

Power demand

Tena

ga li

strik

Deb

it ai

r


6-21

b. Dalam kasus beban dan debit yang sudah dikontrol

Dalam kasus pengontrolan beban dan debit, digunakan untuk kontrol beban suatu pengarah mekanik atau pengarah elektrik. Pengarah ini mempunyai fungsi untuk mengontrol operasi baling–baling menuju ke optimal debit ketika beban listriknya berubah. Pada umumnya pengarah mekanik tidak sensitif merespon perubahan beban, kapasitas bak penenang dalam kasus ini harus diamankan pada selang 120 kali sampai 180 kali dari Qd. Di sisi lain pengarah elektrik merespon perubahan beban dengan baik oleh karena itu kapasitas bak penenang di desain berada di sekitar 30 kali sampai 60 kali dari Qd dalam banyak kasus.

6.5.2 Hal-hal penting untuk disain bak penenang Detail disain untuk bak penenang pembangkit listrik tenaga air skala kecil pada dasarnya sama seperti pembangkit listrik tenaga air skala medium, dan hal–hal penting yang perlu didiskusikan adalah : (1) Meliputi kedalaman air dan ketinggian pemasangan dari inlet penstock Pada pembangkit listrik tenaga air skala kecil diameter pipa pesat pada umumnya kecil (biasanya 1.0 m atau kurang), penstock seharusnya cukup untuk mengamankan seluruh kedalaman air dimana sama atau lebih besar dari diameter di dalam pipa pesat. Bagaimanapun, pada kasus saluran dimana diameter didalam pipa pesat dan inklinasi pipa pesat besar seperti yang diilustrasikan dibawah ini, terjadinya aliran turbulensi sudah dijelaskan sebelumnya. Sedangkan seluruh kedalaman air diputuskan dengan menggunakan ilustrasi referensi di bawah ini dimana diameter di dalam penstock bertambah 1.0 m.

h = d2 , dimana,

Sudut vertikal penstock

Berputar ketika Qmax


6-22

h : kedalaman air dari pusat inlet ke level air paling rendah dari bak penenang = seluruh kedalaman air (m)

d : diameter dalam dari penstock (m)

Seluruh kedalaman air Seluruh kedalaman air pada inlet penstock harus diatas nilai berikut untuk mencegah terjadinya aliran turbulen. d ≤ 1.0 m → h ≥ 1.0 d d > 1.0 m → h ≥ d2

dimana

h : kedalaman air dari pusat inlet ke level air terendah dari bak penenang = seluruh kedalaman air (m)

d : diameter dalam dari penstock (m)

Ketinggian pemasangan penstock Terdapat banyak laporan kasus dengan pengoperasian yang tidak baik yang mengakibatkan aliran sedimen ke dalam pipa pesat, sehingga dapat merusak turbin dan peralatan yang lain. Oleh karena itu, dasar pemasukan dari pipa pesat ditempatkan lebih tinggi dari dasar bak penenang (antara 30 – 50 cm).

(2) Ruang saringan yang sesuai untuk jenis turbin, dll. Ruang saringan (ukuran efektif mesh saringan) secara kasar ditentukan berdasarkan diameter katupnya tetapi tetap harus mempertimbangkan tipe dan dimensi dari turbin dan kuantitas sebagaimana kualitas dari kotoran/sampah yang mungkin melewatinya. Nilai referensi ukuran efektif jarak saringan dijelaskan di bawah ini.

NWL

LWL

h

3050cm d

12d


6-23

Ukuran Efektif Mesh Saringan (referensi)

(3) Instalasi pipa lubang angin sebagai pelengkap pintu bak penenang Jika instalasi pintu bak penenang dilakukan untuk pusat tenaga listrik, maka diperlukan instalasi pipa lubang angin di belakang pintu bak penenang untuk mencegah rusaknya saluran penstock. Dalam kasus ini, formula empiris dibawah ini digunakan untuk menentukan dimensi pipa lubang angin.

dimana,

d : diameter dalam dari pipa lubang angin (m) P : nilai output dari turbin (kW) L : panjang total pipa lubang angin (m) H : head (m)

Sumber: Sarkaria, G.S., “Quick Design of Air Vents for Power Intakes”, Proc. A.S.C.E., Vol. 85, No.

PO.6, Dec., 1959 (4) Spillway pada bak penenang Secara umum, spillway akan dipasang pada bak penenang supaya kelebihan kuantitas air dialirkan ke sungai dengan aman ketika turbin dihentikan. Ukuran dari spillway ditentukan dengan persamaan berikut. Qd = C × Bspw × hspw

1.5 → hspw=Qd / (C×Bspw)1/1.5

Qd : disain debit (m3/s) C : koefisien, biasanya C=1.8 Bspw : lebar spillway (m , merefer ke Gambar 5.1.1) hspw : kedalaman spillway (m)

200 400 600 800 1000

20

50

Diameter katup (mm)

Ukuran efektif mesh saringan (mm)

d = 0.0068 ( ) 0.273 P2 . L H2


6-24

6.6 Penstock 6.6.1 Bahan Penstock Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa–pipa baja, pipa–pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa – pipa hard vinyl chloride, pipa–pipa howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah. Karakteristik pipa–pipa ini diperlihatkan pada tabel 6.6.1 (Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil). 6.6.2 Perhitungan ketebalan pipa baja Ketebalan minimum dari pipa baja penstock ditentukan dengan rumus berikut.

dimana, t0: ketebalan minimum pipa P: disain tekanan air yaitu tekanan hidrostatis + water hammer (kgf/cm2) , dalam skema

mikrohidro P = 1.1 × tekanan hidrostatis. Secara singkat, jika head (Hp, merefer ke gambar berikut) dimana dari bak penenang ke turbin adalah 25m, P = 2.5 × 1.1 = 2.75 kgf/cm2. d: diameter dalam (cm) θa: stress yang dapat diterima (kgf/cm2) SS400: 1300kgf/cm2 η: efsiensi pengelasan (0.85 ~ 0.9) δt : margin (pada umumnya 0.15 cm) 6.6.3 Menentukan Diameter Penstock Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Metode sederhana untuk menentukan diameter penstock dapat dilihat pada [Referensi 6-2 Metode Sederhana untuk menentukan Diameter Penstock]. Diameter penstock dapat ditentukan berdasarkan “Sudut rata–rata Penstock (Lihat gambar berikut)” dan “Desain Debit (Q)”.

t0 = + δt (cm) P×d

2×θa×η

Lp

Head Tank

Power House

Hp

Ap = Hp Lp

dan t0 = ≥ 0.4cm or t0 ≥ (d+80) / 40 cm


6-25

Secara singkat, pada kasus disain debit (Qd)=0.50m3/s, panjang penstock (Lp)=60m, ketinggian dari bak penenang ke power house (Hp)=15m, sudut rata-rata (Ap)=15/60=0.25, velositas optimum (Vopt) ditentukan sekitar 2.32 dalam Referensi 6-2. Oleh karena itu diameter pipa penstock (d) adalah d = 1.273 × (Qd / Vopt)0.5 =1.273 × (0.5 / 2.32)0.5 = 0.59 m


6-26

Tabel 6.5 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil Pipa Resin Pipa Besi

Pipa Hard Vinyl Chlorid Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Karakterisrik • Bahan yang populer untuk pemipaan seperti sering dipakai untuk suplai air dan jaringan saluran

• Efektif untuk sebuah jaringan pipa dengan debit kecil

• Mempunyai banyak jenis pipa-pipa siap pakai

• Sering dikubur dalam tanah karena resistensi yang lemah dan koefisien linear expansi yang besar

• Pada dasarnya resisten terhadap tekanan eksternal tetapi pipa siap pakai yang tahan tekanan internal ada

• Relatif mudah dalam pembuatannya karena mudah dilas

• Pada dasarnya digunakan dengan ditanam dalam tanah

• Pipa plastik yang diperkuat dengan fibergalss

• Digunakan untuk pipa yang terbuka dan dapat dibuat lebih ringan dari pipa FRPM dengan dinding yang lebih tipis dengan syarat tidak ada beban eksternal kecuali salju

• Populer menjadi pilihan untuk pipa penstock dalam pembangkit listrik tenaga air

• Bahan yang baik untuk disain teknik yang ada

• Sering dipakai untuk suplai air, saluran, irigasi dan pipa industri

• Secara umum digunakan dengan ditanam meskipun penggunaan di tempat terbuka memungkinkan

• Tahanan tinggi terhadap tekanan eksternal maupun internal

• Sejumlah contoh penggunaan untuk jaringan pemipaan

• Pada dasarnya digunakan untuk ditanam karena untuk menyembunyikan jalur spiral pengelasan

• Dapat digunakan sebagai lapisan pipa besi

Diameter Maksimum Pipa (mm)

Pipa tebal: ∅300 Pipa tipis: ∅800

∅2,000 ∅3,000 mendekati ∅3,000 ∅2,600 ∅2,500

Tekanan di dalam yang diijinkan (kgf/cm2)

Pipa tebal: 10 Pipa tipis: 6

2.0 – 3.0 Class A: 22.5 133 mendekati 40 15

Hydraulic Property (n)

0.009 – 0.010 0.010 – 0.011 0.010 – 0.012 (umumnya mendekati 0.011)

0.010 – 0.014 (umumnya mendekati 0.012)

0.011 – 0.015 (umumnya mendekati 0.012)

-


6-27

Pipa Resin Pipa Besi

Pipa Hard Vinyl Chlorid Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Kemampuan kerja • Disain dan pengoperasiannya mudah bebannya ringan dan terdapat bebagai macam variasi pipa

• Kemampuan kerja bagus karena beratnya ringan

• Kemampuan kerja baik karena beratnya ringan dan tidak perlu pengelasan di lokasi seperti membentuk cincin karet yang digunakan untuk menyambung pipa

• Pipa baja digunakan untuk bagian khusus karena persediaan yang terbatas dari pipa FRP khusus

• Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan dengan pipa-pipa FRP



Kerapatan terhadap kebocoran

• Kerapatan bagus memungkinkan sebagai pengikat sambungan

• Tidak ada masalah kebocoran pada sambungan

• Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

• Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

• bagus • Tidak ada masalah


6-28

6.7 Pondasi Rumah Pembangkit Rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam ‘tipe diatas tanah’, ‘tipe semi-dibawah tanah’ dan ; tipe dibawah tanah’. Sebagian besar pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah ‘tipe diatas tanah’ Dimensi untuk lantai rumah pembangkit seperti peralatan dasar dan pendukung seharusnya ditentukan dengan memperhitungkan kenyamanan selama operasi, perawatan dan pekerjaan pemasangan, dan area lantai seharusnya digunakan secara efektif. Berbagai tipe pondasi rumah pembangkit dapat dipertimbangkan tergantung pada tipe turbin. Bagaimanapun tipe pondasi untuk rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam ‘untuk Turbin Impulse’ (seperti turbin Pelton, turbin Turgo dan turbin Crossflow) dan ‘untuk Turbin Reaction’ (turbin Francis, turbin Propeller). 6.7.1 Pondasi untuk Turbin Impulse Gambar 6.7.1 menunjukkan pondasi untuk turbin Crossflow dimana sering digunakan dalam skema mikrohidro seperti sebuah turbin impulse. Pada kasus turbin impulse, air yang dilepaskan oleh runner, secara langsung dikeluarkan ke dalam udara di tailrace. Permukaan air dibawah turbin akan bergelombang. Oleh karena itu jarak bebas antara dasar rumah pembangkit dengan permukaan air di afterbay harus dijaga paling tidak 30-50 cm. Kedalaman air (hc) di afterbay dapat dihitung dengan persamaan berikut. 1.1 X Qd2 hc = ( )1/3

9.8 X b2 dimana, hc : kedalaman air di afterbay (m)

Qd: disain debit (m3/s) b : lebar saluran tailrace (m)

Level air di afterbay harus ditentukan lebih tinggi daripada estimasi level air banjir. Kemudian pada kasus turbin impulse, head antara pusat turbin dan level air pada outlet menjadi kerugian head (HL3:merefer ke Ref.6-3).


6-29

Gambar 6.7 Pondasi Rumah pembangkit untuk Turbin Impulse (Turbin Crossflow) 6.7.2 Pondasi untuk Turbin Reaksi Gambar 6.8(a) menunjukkan pondasi untuk turbin Francis yang merupakan jenis turbin reaction. Air dikeluarkan ke dalam afterbay melalui turbin. Pada kasus turbin reaction, head antara turbin dan level air dapat digunakan untuk membangkitkan tenaga. Sehingga adalah memungkinkan bahwa turbin dipasang dibawah level air banjir pada kondisi untuk melengkapi peralatan berikut.(lihat Gambar 6.8(b)) a. Pintu Tailrace b. Pompa di rumah pembangkit

hc

HL3 (Ref 6-3)

hc = 1/3

9.8 x b2

Flood Water Level(Maximum)

20 cm

boSection A-A

20cmb

bo: tergantung Qd dan He

A

A

Afterbay Tailrace cannel Outlet

1.1 x Qd2

30~50 cm

30~50 cm


6-30

Gambar 6.8(a) Pondasi Rumah Pembangkit untuk Turbin Reaction (turbin Francis)

Gambar 6.8(b) Cara Pemasangan ke Bagian Lebih Rendah Seperti Contoh

Pump

Gate

HL3

Flood Water Level (Maxmum)

Section A-A

1.5×d3

Flood Water Level(Maximum)30 50cm

2×d3

d3

20cm

1.15 × d3

1.5×d3

Hs

HL3

(Ref.6-3)

hc= 1/3

A

A

Hs : tergantung pada karakterisrik turbin

1.1 x Qd2

9.8 x b2


6-31

Referensi Ref. 6-1 Metode sederhana untuk Menentukan Bagian Melintang

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Turbine Discharge Q (m3/s)

Wat

er D

epth

Dam

my

H*

(m)

n=0.015n=0.020n=0.025n=0.030

H

0.20.3m

0.6m

H=H*~ 0.1/(SLmin)0.5

Gambar 1 Menentukan Potongan Melintang Saluran Bentuk Empat Persegipanjang (B=0.6m)


6-32

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Turbine Discharge Q (m3/s)

Wat

er D

epth

Dam

my

H*

(m)

n=0.015n=0.020n=0.025n=0.030

H

0.20.3m

0.8m

H=H*~ 0.1/(SLmin)0.5

Gambar 2 Menentukan Potongan Melintang Saluran Bentuk Empat Persegipanjang (B=0.8m)


6-33

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Turbine Discharge Q (m3/s)

Wat

er D

epth

Dam

my

H*

(m)

n=0.015

n=0.020

n=0.025

n=0.030

H

0.20.3m

0.6m

H=H* ~0.1/(SLmin)0.5

1:0.5

Gambar 3 Menentukan Potongan Melintang Saluran Bentuk Trapesium (B=0.6m)


6-34

Gambar 3 Menentukan Potongan Melintang Saluran

Bentuk Trapesium (B=0.8 m)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Turbine Discharge Q (m3/s)

Wat

er D

epth

Dam

my

H*

(m)

n=0.015n=0.020n=0.025n=0.030

0.20.3m

H

0.8m

H=H* ~0.1/(SLmin)0.5

1:0.5

0.2-0.3


6-35

Ref. 6-2 Metode Sederhana menentukan Diameter Penstock

Ref. 6-3 Perhitungan Head Loss

Kehilangan Head pada sistem tenaga air ditunjukkan oleh gambar berikut. HL1 dapat

0.500.600.700.800.901.001.101.201.301.401.501.601.701.801.902.002.102.202.302.402.502.602.702.802.903.003.103.20

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Average angle of penstock Ap

Opt

imum

vel

ocity

Vop

t (m/s

)

D=1.273×(QVopt)0.5

D:@diameter of pipe(m)Q: design discharge(m3/s)Vopt: optimum velocity(m/s)

Menentukan Diameter Pipa Penstock


6-36

dihitung secara mudah sebagai perbedaan level air antara intake dengan bak penenang. Dengan cara sama HL3 dapat dihitung sebagai perbedaan level antara pusat turbin ke tailrace.

He = Hg – (HL1 + HL2 + HL3 ) He: Head Efektif

Hg: Head Kotor HL1: Kehilangan Head dari intake ke bak penenang HL2: Kehilangan di penstock HL3: Head di instalasi dan kehilangan di tailrace

Sehingga HL2 dapat dihitung dengan persamaan berikut. (1) Kehilangan akibat gesekan (Friction loss)

Friction loss (Hf) adalah losses yang terbesar di penstock.

Hf = f ×p×p2 2×g×p Hf : Friction loss di penstock (m) f : koefisien pada diameter pipa penstock (Dp). f= 124.5×n2Dp1/3 Lp : Panjang penstock. (m)

Vp : Kecepatan aliran di penstock (m/s) Vp = Q Ap g : 9.8 Dp : Diameter pipa penstock (m) n : Koefisien kekasaran (pipa besi: n=0.12, pipa plastik: n=0.011) Q : Disain debit (m3/s) Ap : Area potongan melintang pipa penstock. (m2) Ap = 3.14×Dp24.0

(2) Inlet Loss

he = fe × Vp (2×g)

Hg He

HL1 HL2

HL3

Forebay

Penstock

Settling Basin

Headrace Intake

Powerhouse Tailrace

H


6-37

he : Inlet loss (m) fe : Koefisien pada bentuk di inlet. Biasanya fe = 0.5 dalam skema mikrohidro.

(3) Valve Loss

hv = fv × Vp (2×g) hv : Valve loss (m) fv : Koefisien pada jenis valve.

fv = 0.1 ( butterfly valve) (4) Lain-lain

“Bend loss (losses di belokan)” dan “kehilangan pada perubahan area potongan melintang” dipertimbangkan sebagai losses yang lain. Bagaimanapun losses ini dapat diabaikan dalam skema mikrohidro. Biasanya perencana skema mikrohidro harus memperhitungkan margin berikut sebagai losses lain. ho = 510×( hf + he +hv )


7-1

7. MEKANIK 7.1 Struktur Fundamental dari Peralatan untuk Pembangkit Listrik Peralatan dan fasilitas-fasilitas fundamental secara singkat ditunjukkan dibawah dan detail-detail dari setiap jenis peralatan dan fasilitas-fasilitas dijelaskan dalam setiap bagian setelah bagian 7.2. Bagaimanapun, ringkasan dari peralatan pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan ditunjukkan setelah ini untuk kemudahan dan kecepatan referensi. Orang yang ingin belajar lebih mendetil akan melanjutkan bagian berikut dari 7.2. Ringkasan dari mesin pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia 1. Kondisi Mendasar

Kondisi-kondisi berikut dibutuhkan dan penting untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia 1) Operasi yang stabil untuk jangka lama 2) Pengoperasian yang mudah oleh operator atau penduduk desa dengan ketrampilan

terbatas 3) Mesin buatan lokal di Indonesia untuk memudahkan perawatan ke depan dan

perbaikan (kecuali komponen yang kecil) 4) Biya peralatan lebih murah termasuk pemasangan 5) Garansi mesin mudah dan secara keteknikan dapat diterima dengan data test dan

rekaman suplai yang dapat dipercaya 2. Rekomendasi Berdasarkan pada kondisi-kondisi diatas dan hasil survei pada pengembangan pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia, hanya dua jenis mesin pembangkit listrik yang direkomendasikan untuk digunakan pada saat ini di Indonesia. 1) Generator synchronous dengan turbin tipe Cross flow dengan dummy load dan

kontrolnya (ELC) 2) Generator asynchronous (motor induksi dengan kapasitor) dengan turbin tipe

Reverse pump dengan dummy load dan kontrolnya (IGC)


7-2

Tabel 7.1 Peralatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro yang Direkomendasikan

Deskripsi Generator Synchronous

dengan turbin tipe Cross flow

Generator Asynchronous dengan turbin tipe Reverse Pump (PAT)

Keuntungan & Kerugian

Keuntungan

Sumber tenaga sangat dapat dipercaya dengan frekuensi & tegangan yang stabil untuk jaringan mandiri

Mesin dapat didisain dan dibuat sesuai untuk berbagai kondisi nyata lokasi

Biaya lebih rendah jika sebuah pompa dengan motor yang sesuai dengan disain lokasi ditemukan

Kerugian

Biaya sedikit lebih mahal daripada PAT

Sulit untuk memilih pompa yang sesuai dengan motor di pasar

Tanpa kontrol voltase Masa pakai kapasitor untuk

sistem ini pendek Aspek Keteknikan

Head efektif Hn 4 – 50 m 4 – 20 m

Debit air Q 0.2 – 0.7 m3/s ( Debit sedikit bervariasi)

0.01 – 0.04 m3/s ( debit harus dijaga selalu konstan)

Output turbin pada batang turbin Pt

5 – 60 kW Pt = 0.98 x Hn x Q x ηt (ηt = 0.7)

2 – 5 kW Pt = 0.98 x Hn x Q x ηp (ηp = ηt = 0.65) Efisiensi sebagai pompa (ηp) adalah terlalu bervariasi karena perubahan dari debit, pompa dengan motor induksi yang kesamaan headnya mendekati dan kesamaan debit harus di pilih

Transmisi tenaga

Belt coupling untuk kecepatan sesuai antara turbin dan generator ηm : Efisiensi transmitter

Langsung digabung tanpa transmitter

Dummy load tipe governor

Kontrol ELC dengan thyristor Kontrol IGC dengan transistor

Output generator pada terminal generator

Pg

4 – 60 kW Pg = Pt x ηg x ηm (ηg = 0.88, ηm = 0.97) (digabung dengan transmitter)

1.5 – 5 kW Pg = Pt x ηg (ηg = 0.75)

Nilai output generator (kVA) yang digunakan

PkVA

PkVA > Pg/0.8 (PF = 0.8) Generator dengan nilai output lebih daripada Pg/0.8 harus dipilih

Motor induksi yang sebenarnya digabung dengan pompa akan digunakan sebagai generator induksi dengan menambah kapasitor secara terpisah


7-3

Kecepatan putaran 1500 rpm 1500 (dengan 2-3% slip) rpm

karena kecepatan motor induksi terhadap pompa

Voltase 380/220 V, sambungan star

Stabil dengan AVR pada generator

380/220 V, sambungan star, Kontrol voltase tidak dapat dibuat tanpa AVR

Frekuensi 50 Hz, stabil 51 – 51.5 Hz Tidak terlalu stabil

Dummy Pd Pemanas udara (Pd = Pg x SF), SF = 1.3

Pemanas udara (PD = Pg x SF), SF = 1.3

Inlet valve

Butterfly valve (Kadang-kadang tidak dipakai untuk menghemat biaya, tetapi lebih baik dipakai untuk menutup rapat turbin

Sama dengan bagian kiri, tetapi diabaikan dalam kasus kapasitas kecil

Catatan: ηt, ηm, ηg dan SF ditetapkan hanya untuk pengecekan secara singkat. Pada kasus detail desain, direkomendasikan untuk mengecek efisiensi dari setiap mesin dan fasilitas. Peralatan dan fasilitas berikut dibutuhkan sebagai struktur dasar untuk pembangkit listrik, secara mendetail ditunjukkan dalam Tabel 7.2:

Fasilitas & Peralatan Fungsi & Tujuan

1.Valve inlet: Untuk mengontrol stop atau suplai air ke turbin dari penstok.

2.Turbine air: Untuk merubah energi air ke tenaga putaran. 3.Governor turbin: Untuk mengontrol kecepatan output turbin. 4.Fasilitas transmisi tenaga: Untuk memindahkan tenaga putaran dari turbin ke

generator. 5.Generator: Untuk membangkitkan energi listrik dari turbin atau

transmiternya. 6.Panel control dan pengaman: Untuk mengontrol dan melindungi fasilitas diatas

supaya beroperasi dengan aman. 7.Switchgear (dengan trafo): Untuk mengontrol on/off dari jalannya tenaga listrik

dan menaikkan tegangan di jalur transmisi (jika diperlukan).

Catatan: Hal-hal diatas 3, 6 & 7 kadang-kadang dapat dikombinasikan dalam satu panel

sebagai sebuah peralatan terpadu dari pembangkit listrik mikro.


7-4

Tabel 7.2 Komposisi dari Peralatan Dasar untuk Stasiun Pembangkit Listrik Tenaga Air

Peralatan Tipe Metode Kontrol

Inlet valve

Butterfly valve Bi-plane butterfly valve Sluice valve Needle valve

Tipe dioperasikan tangan Tipe dioperasikan motor Tipe counter weight

Turbin

Crossflow Reverse Pump H-shaft Pelton Turgo-Pelton Propeller H-shaft Francis Tubular

Tipe dummy load Tipe tekanan oli Tipe dioperasikan motor Tipe dioperasikan manual Tipe tanpa dikontrol

Fasilitas transmisi tenaga (Speed increaser)

Kopling tetap Kopling fleksibel Belt coupling Gear coupling

Generator Synchronous Induction Self-excitation Induction

Manual AVR APFR

Panel kontrol & pengaman

Wall mounted Self stand open type Self stand sealed type

Control switches, Main switches IC panels Relays

Trafo Oil immersed, self cooling, single or 3-phase, trafo tiang


7-5

Gambar 7.1 (a) Penggunaan Crossflow dan PAT pada Turbin

Gambar 7.1 (b) Batas penggunaan PAT pada Batang Turbin (Indonesia saat ini)

1

10

100

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Discharge (l/s)

Net Head (m)

7 kW6 kW

5 kW

4 kW3 kW2 kW

20

4

50


7-6

7.2 Turbin (Turbin Air) Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetic) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. 7.2.1 Tipe dan Output Turbin Air 1. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok: 1) Turbin impuls Jenis turbin ini, runner berputar karena adanya pukulan dari pancaran aiar yang memiliki kecepatan, dimana tekanan telah dikumpulkan dari tekanan ketinggian pada saat pemancaran dari nozzle.Untuk jenis ini, tekanan pada setiap sisi sudu geraknya/runnernya –“bagian turbin yang berputar”- sama. Termasuk dalam turbin jenis ini adalah: - Turbin Crossflow - Turbin Pelton - Turbin Turgo 2) Turbin reaksi Jenis turbin ini, runner berputar karena adanya tekanan dari aliran air. Termasuk dalam turbin jenis reaksi adalah: - Turbin Francis - Turbin Propeller Yang termasuk jenis turbin propeller :

- Turbin Kaplan - Diagonal Mixed Flow - Turbin Tubular - Turbin Straight Flow (Tipe Package)

Berdasarkan pada penyusunan batang, turbin diklasifikasikan ke dalam dua tipe yaitu: - Batang Horisontal (H-shaft) - Batang Vertikal (V-shaft) Mengacu pada output yang dibutuhkan, head efektif dan aliran air (debit air) yang ada, jenis-jenis turbin berikut mungkin dapat digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air skala mikro atau kecil untuk pelistrikan pedesaan. (1) Turbin Horizontal Pelton (2) Turbin Horizontal Francis (3) Turbin Crossflow (4) Turbin Tubular: - Turbin tubular S-type - Turbin tubular vertical


7-7

- Turbin Runner rotor integrated - Turbin propeller vertical - Turbin propeller horizontal (5) Turbin Turgo impulse (6) Turbin Reverse pump: - Tipe propeller vertical - Tipe propeller horizontal - Tipe Submerged pump Sedangakn berdasarkan daerah operasinya, turbin air dapat diklasifikasikan menjadi: - Turbin air untuk High-head - Turbin air untuk Medium-head - Turbin air untuk Low-head 2. Output dari turbin dapat dihitung dengan rumus berikut:

Pmax = 9.8 x He x Qmax x ηt Pmax : output maksimum (kW) He : head efektif (m) Qmax : debit maksimum (m3/s) ηt : efisiensi maksimum turbin (%) Silahkan merefer Bab 6.2.2 Keterangan singkat tentang kerakteristik, penjelasan dan gambar dari setiap jenis ditunjukan dalam Tabel 7.3. Kisaran penggunaan dari setiap tipe turbin ditunjukan dalam Gambar 7.2. 7.2.2 Pemilihan Jenis Turbin Pemilihan sebuah turbin air yang baik tergantung pada:

Head yang tersedia Debit air yang tersedia

Tabel 7.3 Pengelompokan Turbin Impuls dan Turbin Reaksi

Runner Turbin Head High Medium Low

Impuls Single Pelton Multi-jet Pelton

Crossflow Multi-jet Pelton

Crossflow

Reaksi Francis Pump-as turbin

Propeller

Mengacu pada tabel dan gambar tersebut, konsumen dapat memilih jenis turbin, mana yang paling sesuai untuk kondisi yang nyata dari lokasi termasuk total biaya dari pekerjaan sipil dan peralatan. Pada saat ini, bagaimanapun, adalah dianjurkan untuk menggunakan “Turbin Crossflow”, dimana disain dan pembuatannya di Indonesia, karena disain kelayakan dari “Turbin Crossflow” dapat dilakukan dengan menggunakan data model tes yang ada dan biaya perbandingannya rendah.


7-8

Gambar 7.2 Jenis Penggunaan (Seleksi) Turbin


7-9

Pompa terbalik dapat juga digunakan sebagai turbin pompa terbalik dengan membalik arah putaran, jika karakteristik dari pompa air, yang tersedia di pasar, dicocokkan dengan secara teliti ke turbin yang dibutuhkan dari kondisi lokasi (head, debit, output, efisiensi, kecepatan rotasi dll.). Bagaimanapun, sebagaimana kondisi lokasi dari setiap pembangkit listrik yang tidak selalu sama dan kecocokan dari karakteristik pompa dengan pengajuan turbin adalah sulit, pemilihan dari standar pompa untuk turbin akan dibuat secara sangat hati-hati. Pada kasus karakteristik sesuai dengan baik antara pompa dan turbin, penggunaan pompa terbalik dianjurkan dan biaya seperti mesin akan menjadi lebih murah. Pada masa mendatang jenis-jenis turbin lain yang akan dipilih menjadi lebih luas karena jenis-jenis turbin lain juga dapat dibuat dengan disain kelayakan dan kemampuan pabrikasi di Indonesia dalam waktu dekat. 7.2.3 Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Putaran dari Turbin Kecepatan yang spesifik adalah perbandingan antara kecepatan putaran dari dua runner secara geometrik sama satu dengan lainnya, dimana diambil dari kondisi hukum persamaan, dan kecepatan spesifik dari runner yang mirip dalam sebuah grup dengan kecepatan putaran diperoleh ketika satu runner memiliki head efektif H = 1 m dan output P = 1 kW. Adalah dapat dimengerti bahwa kecepatan spesifik adalah sebuah nilai numerik sebagai gambaran dari klasifikasi runner dihubungkan dengan tiga faktor yaitu head efektif, output turbin dan kecepatan putaran sebagai berikut:

Ns = (N x P1/2)/ H5/4 N = (Ns x H5/4 )/ P1/2

Dimana, Ns; Kecepatan spesifik (m-kw) N; Kecepatan putaran turbin (rpm) P; Output turbin (kW) = 9.8 x Q x H x η H; Head efektif (m) Q; Debit (m3/s) η ; Efisiensi maksimum (%, tetapi sebuah desimal digunakan dalam perhitungan)

η = 82 % untuk Turbin Pelton η = 84 % untuk Turbin Francis η = 77 % untuk Turbin Crossflow * η = 84 % untuk Turbin Tubular S-type

Catatan: * 70% harus digunakan untuk setiap tipe dari turbin tipe Crossflow di Indonesia pada tahap sekarang karena efisiensi dari turbin di Indonesia sekarang tidak terlalu tinggi akibat kualitas fabrikasi.

Kecepatan spesifik dari setiap turbin adalah dikhususkan dan dikisarkan menurut konstruksi dari setiap tipe dengan berdasarkan pada percobaan dan contoh-contoh pembuktian nyata.


7-10

Batasan dari kecepatan spesifik turbin (Ns-max) dapat diperiksa dengan rumus berikut. Turbin Pelton: Ns-max ≤ 85.49H-0.243 Turbin Crossflow: Ns-max ≤ 650H-0.5

Turbin Francis: Ns-max ≤ (20000/(H+20))+30 Turbin Francis Horisontal: Ns-max ≤ 3200H-2/3 Turbin Propeller: Ns-max ≤ (20000/(H+20))+50 Turbin Tubular: Ns-max ≤ (20000/(H+16))

Catatan: H: Efektif Head

Kisaran dari kecepatan spesifik turbin juga terlihat dalam Gambar 7.3

Gambar 7.3 Kisaran dari Kecepatan Spesifik dengan Tipe Turbin

Specific speed (m-kW) 200 400 600 800

Pelton turbine 1 2≤ Ns ≤ 25

Francis turbine 60 ≤ Ns ≤ 300

Cross flow turbine 40 ≤ Ns ≤ 200

Propeller turbine 250 ≤ Ns ≤ 1000

10000


7-11

Tabel 7.4 Jenis dan Karakteristik untuk setiap Tipe Turbin Air Jenis Penampakan umum Garis Besar Kapasitas Head & Debit Beban Parsial Variasi Head Perawatan Harga

Francis batang horisontal

Aliran air kedalam pusat runner dan melingkar dab memutar runner dengan tekanan air dan keluaran air ke tailrace melalui draft tube

200-sekitar 5000kW tetapi turbin mikro (1kW) mungkin dirancang dan dibuat

Head: 15-300 m Debit: 0.4-20m3/s tapi mikro turbin (head 4m, debit: 0.01m3/s) juga dibuat

Efisiensi maks tinggi tapi jika drop menjadi lebih besar pada outputrendah

Efisiensi terjaga baik melawan drop dari head efektif (karakteristik bagus)

Konstruksi sangat sederhana. Perawatan mudah

Biaya menengah . Konstruksi sederhana tapi biaya sipil seperti draft tube menjadi lebih tinggi

Tubular S-tipe (Propeller batang horisontal)

Aliran air kedalam runner pada arah yang sama dari batang dan putaran runner oleh tekanan air dan keluaran air ke tailrace melalui Draft tube bentuk S

50 - sekitar 5000kW

Head: 3 – 18 m Debit: 1.5 – 40 m3/s Cocok untuk head rendah dan debit besar

Runner vane dapat bergerak: 10-100% Runner vane tetap : 80- 100%

ditto

Perwatan tidak mudah karena mekanisme rumit dari operasi runner vane

Biaya tinggi

Tipe pompa submerged (Propeller batang vertikal)

Digunakan untuk membalik sebuah pompa standar

30 – sekitar 850kW

Head: 2.5-20m Debit: 0.6-12m3/s

Efisiensi maks. Tdak tinggi. Efisiensi drop menjadikan output rendah makin besar

Efisiensi dijaga baik utk menahan penurunan head bersih (karakteristik bagus)

Perawatan mudah karena fasilitas penyokong lebih sedikit ( karakteristik lebih buruk)

Biaya rendah Untuk membuat lebih lengkap dan stndarisasi

Pompa reversible (Batang horisontal)


1 – sekitar 1000kW

Head: 1.5-30m Debit: 0.5-5m3/s

Tanpa guide vane, debit hrs dijaga Efisiensi maks rendah (lebih dari kecil 80%)

ditto

Cavitasi besar danperbaikan runner vane dibutuhkan. Masa pakai bearing dan seal batang pendek.

Biaya sangat rendah karena pompa di pasar dapat digunakan

Pompa reversible Batang vertikal)


50 – sekitar 5000kw

Head: 1.5 – 30 m Debit 0.5 – 5 m3/s

Debit dijaga konstan krn tanpa guide vane Efisiensi maks. Rendah (lebih kecil dari 80%)

ditto

Cavitasi besar danperbaikan runner vane dibutuhkan. Masa pakai bearing dan seal batang pendek.

Biaya sangat rendah karena dapat menggunakan pompa yang ada di pasar

Tipe batang vertikal aliran terbuka

Untuk menghilangkan casing dari turbin Francis atau propeller

0.8 – sekitar 30Kw

Head: 0.8 – 30 m Debit: 0.5 – 5 m3/s

Efisiensi drop krn tanpa casing. Konstruksi sederhana tanpa mekanisme kontrol debit

Sama seperti asli seperti turbin francis atau propeller

Cavitasi terjadi dan perbaikan runner vane tdk dibutuhkan krn head rendah

Biaya rendah Biaya sipil dapat dihemat karena saluran pembuang tidak dibutuhkan

TUR

BIN

REA

KSI

Tipe runner rotor integrated

Untuk mengalirkan air ke dalam tipe propeller turbin dipasang di dalam rotor generator

0.8 – sekitar 30kW

Head: 3-20 m Debit: 0.5 – 4 m3/s

Variasi debit dpt diatur dengan hanya sejumlah unit krn ada guide vane atau runner vane

Secara comparatif bagus krn konstruksi sederhana tanpa mekanisme yang rumi

Biaya tinggi tetapi konstruksi rumah pembangkit lengkap


7-12

Tabel 7.5 Jenis dan Karakteristik untuk setiap Tipe Turbin Air Jenis Penampakan umum Garis Besar Kapasitas Head & Debit Beban

Parsial Variasi Head Perawatan Harga

TURB

IN R

EAKS

I

Turbular batang vertikal

Salah satu tipe turbin propeller tetapi tanpa disiapkan casing spiral. Oleh karena itu, aliran air langsung ke casing

100 – sekitar 2.000 kW

Head: 5 – 18 m Debit 2 – 18 m3/s

Bilah yang dapat dilepas disiapkan tetapi operasi yang ada 60-100%

Secara komparatif sesuai karena bilah dapat dilepas

Secara komparatif sederhana tetapi sejumlah perawatan dibutuhkan karena bilah dapat dilepas

Secar komparatif murah karena sederhana disainnya dan dapat digunakan pada bentuk turbin propeller

Pelton batang horisontal

Semburan air dari nozzle menghantam bagian belakang runner. Debit dikontrol oleh jarum valve dari nozzle

100 – sekitar 5.000 kW tetapi turbin kecil (1kW) dapat dirancang dan dibuat

Head: 70 – 400 m Debit: 0.2 – 3 m3/s

Efisiensi turun dapat dihindarai meskipun jika debit bervariasi

Efisiensi turunkarena perubahan pada head efektif

Operasi dari jarum dan deflektor rumit. Perwatan sedikit rendah

Secara biaya kecil. Mesin menjadi besar karena kecepatan putaran rendah

Ceoss flow (Batng horisontal)

Konstruksi sangat sederhana. Aliran air ke dlm runner tipe silindris pada sudut yang tepat dari batang dan keluran setelah melalui runner. Satu atau dua guide vane mungkin disiapkan untukdua langkah output tergantung debit air.

50 – 1.000 kW Head: 5-100m Debit: 0.1-10 m3/s

Efisiensi maksimum kecil tetapi saat efisiensi rendah outputnya bagus

Ditto Konstruksi sangat sederhana. Perawatan mudah.

Lebih murah

TURB

IN IM

PULS

E

Turgo impulse Seoerti hantaman semburan air ke belakang runner dalam lingkaran flank dan pitch dapat menjadi kecil, kecepatan runner dapat ditingkatkan

100 – sekitar 10.000 kW

Head 5-100m Debit: 0.2-8 m3/s

Ditto 2 jenis nozzle digunakan untuk mengatur debit

ditto Ditto Lebih murah. Kecepatan putara dapatditingkatkan untuk mesin kecil


7-13

7.2.4 Disain Turbin Crossflow Turbin crossflow SKAT – T12, T13 dan T14 didisain untuk kondisi operasi yang berat dengan daya tahan dan umur yang panjang. Konstruksinya sederhana dan dapat dibuat di bengkel-bengkel dengan peralatan standar. Turbin crossflow terdiri atas empat bagian utama: nosel, runner, guide vane dan casing (rumah turbin). Air dialirkan masuk turbin melalui pipa pesat berpenampang bulat. Pada ujung pipa pesat, yaitu sebelum masuk ke turbin, dipasang adaptor, tempat perubahan penampang lingkaran menjadi persegi, menjelang masuk rumah turbin. Dari adaptor air masuk ke nosel. Nosel berpenampang persegi dan mengeluarkan pancaran air ke selebar runner. Bentuk pancaran adalah persegi, lebar dan tidak terlalu tebal. Sebelum mencapai runner, aliran disesuaikan kecepatan masuk dan sudut masuknya. Konstruksi runner terdiri dari dua buah pinggiran sejajar yang disatukan pada lingkar luarnya oleh sejumlah sudu. Sudu-sudu diperkuat oleh piringan tambahan yang dilas setiap 10-15 cm sepanjang runner.

Gambar 7.4 Penampang Aliran di Sisi Masuk Turbin

Pada gambar 7.4 terlihat penampang aliran yang berbeda-beda disepanjang lintasannya dari pipa pesat sampai rumah turbin. Sisi pemasukan turbin melayani penyesuaian aliran diakhir adaptor persegi menjadi pola aliran yang optimal diluasan masuk runner. 7.2.4.1 Komponen Turbin 7.2.4.1.1 Inlet Aliran air memasuki turbin melalui bagian inlet. Pada bagian inlet terdapat guide-vane.


7-14

7.2.4.1.2 Guide-vane Guide-vane adalah sebuah katup untuk mengatur membuka dan menutup turbin sekaligus mengatur jumlah air yang masuk ke runner.

7.2.4.1.3 Runner Bagian utama dari sebuah turbin adalah runner. Bilah runner (blade) terbuat dari baja dengan kekuatan tarik yang tinggi (high tensile steel) yang dilas pada lingkar luar dua buah piringan sejajar. Aliran air yang terpancar dari nosel membentur runner sehingga berputar. Disini terjadi perubahan energi kinetic air menjadi daya poros turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Runner dan poros yang merupakan dudukan blade, kita kenal sebagai rotor, harus balance pada saat dirakit.


7-15

7.2.4.1.4 Casing Casing turbin berfungsi untuk mengarahkan air ke runner. Pada bagain bawah casing turbin terdapat baut untuk mengunci turbin dengan chassis yang ditanam pada pondasi. Konstruksi rumah turbin harus memperhatikan kemudahan untuk melakukan inspeksi dan perawatan pada turbin air.

7.2.4.1.5 Bantalan (Bearing) Kiri-kanan poros turbin duduk pada bantalan (bearing). Bantalan berfungsi untuk menyangga poros dan agar poros dapat berputar dengan lancer. Bantalan yang digunakan adalah jenis spherical roller bearing dengan adaptor sleeve. Adaptot sleeve berfungsi untuk mengunci bantalan dengan poros. Pelumasan bantalan memakai gemuk (grease) yang relative bebas perawatan dan tahan lama.


7-16

7.2.4.2 Karakteristik Turbin Crossflow Dibandingkan jenis turbin lainnya, turbin crossflow memiliki disain dan konstruksi yang sederhana, instalasi dan perawatan yang mudah, serta investasi dan biaya perawatan yang rendah. Tinggi air jatuh (head) yang digunakan diatas 3 m sampai dengan 50 m. Kapasitas debit air yang digunakan antara 25 – 1500 liter/s, dan daya yang dapat dihasilkan antara 2 – 200 kW. Efisiensi turbin crossflow rata-rata berkisar 65% - 75% dan bisa mencapai 80%, namun pada posisi guide vane < 40% posisi max, efisiensinya akan turun sampai 30%. Disamping itu umur turbin crossflow panjang, karena komponen-komponennya yang relatif tahan aus dan kecil kemungkinan untuk terjadi kavitasi yang dapat merusak kinerja turbin.

Gambar 7.5 Grafik Efisiensi Turbin Crossflow Terhadap Debit Air


7-17

Keterangan singkat tentang disain turbin crossflow T-13 dan T-14, dimana didisain dan dibuat di Indonesia menurut kepada data kelayakan disain, adalah diperlihatkan dibawah. Disain detail akan diacukan pada lembar disain dari yang membuat. Disain akan dilakukan dalam prosedur berikut: Data dasar dari T-13 dan 14 yang diperoleh dari hasil tes model. Diameter turbin: 300mm Jumlah bilah runner: 28nos. Satuan kecepatan: 133 rpm 1 Untuk mendapatkan data dasar untuk nilai debit air (m3/det), head (m) dari level air

pada bak penenang dan pusat turbin (atau saluran pembuangan air jika didisain sebagai kasus khusus) dari disain sipil.

2 Untuk menghitung head efektif dari head kotor dengan mengurangi head loss dari penstock (gesekan dan turbulen).

3 Untuk menghitung tenaga hidrolik efektif dan output batang turbin dari debit air, head efektif dan efisiensi turbin.

4 Untuk menghitung lebar runner turbin menurut kepada rekomendasi yang membuat. 5 Untuk menghitung tenaga mekanik ke generator dari efisiensi transmitter tenaga

(speed increaser). 6 Untuk menghitung nilai output listrik dari generator (kW). ----Output listrik

maksimum. 7 Untuk menghitung kecepatan putaran turbin dari kecepatan spesifik, output batang

turbin (pokok 3) dan head efektif. 8 Untuk memilih generator yang sesuai yang ada di pasar dan outputnya (kVA),

frekuensi, voltase, faktor tenaga dan kecepatan putaran (frekuensi), mengacu pada katalog fabrikasi generator.

9 Untuk menghitung perbandingan nilai kecepatan putaran dari turbin dan generator. 10 Untuk memilih lebar dan panjang dari belt mengacu pada rekomendasi fabrikasi belt. 11 Untuk menghitung kapasitas dummy load dan kecocokan ELC (Electronic Load

Controller) atau IGC (Induction Generator Control) dalam kasus generator induksi. 12 Untuk menghitung diameter dari pulley turbin dan generator. Disain detail akan mengacu pada “Secara Singkat Manual Disain untuk Turbin Jenis Crossflow” pada lampiran setelah ini. 7.2.5 Turbin Francis dan Pompa Terbalik (Pump As Turbine) Turbin francis merupakan turbin reaksi. Pada turbin francis, air mengalir ke runner dengan arah radial dan keluar dengan arah aksial. Turbin francis dipakai untuk berbagai keperluan (wide range) dengan tinggi air jatuh menengah (medium head). Dibndingkan dengan turbin crossflow dan pelton, turbin frncis kurang populer untuk pembangkit listrik tenaga air dengan daya kecil (PLTMH) karena konstruksinya yang komplek serta tingkat kesulitan dalam pembuatan yang relatif lebih tinggi. Selain penggunaan pompa sebagai turbin (PAT) pada PLTMH untuk head menengah, 10 sampai 50 m, merupakan alternatif yang dapat dipertimbangkan. Hanya saja karena pompa tidak didisain untuk aliran yang terbalik mengakibatkan efisiensi PAT tidak


7-18

sebaik turbin pada umumnya. Sebuah pompa didisain untuk bekerja pada kecepatan, head dan debit yang konstan, sehingga untuk digunakan sebagai turbin menuntut laju aliran yang konstan sepanjang tahun. Perubahan laju aliran air akan mengakibatkan efisiensi PAT menurun. Gambar 7.6 Pompa Sentrifugal. Pompa Jenis ini bangak digunakan untuk PAT

Sebuah PAT didisain untuk bekerja pada tingkat keadaan tertentu (head dan debit air tertentu). Karena tidak dilengkapi dengan guide vane untuk mengatur debit yang dapat masuk turbin,. Apabila debit airnya turun, head dalam pipa pesat juga akan turun sehingga efisiensi serta pengeluaran dayanya akan merosot. Dengan demikian daerah kerja (Hn dan Q) PAT sangat sempit dan spesifik. Hal tersebut menjadi kendala utama dalam penerapan pompa sebagai turbin (PAT). Selain itu karena pompa tidak didisain untuk aliran yang terbalik mengakibatkan efisiensi PAT lebih rendah 3-5% dari titik efisiensi terbaik yang dapat dicapai bila dioperasikan sebagai pompa. Keunggulan sistem PAT dibanding dengan turbin air adalah lebih murah, sebab pompa standar mudah diperoleh dan suku cadang banyak tersedia di pasaran. Seperti sebuah pompa air yang digunakan sebagai turbin dengan membalikkan putaran dari pompa, pemilihan dari jenis pompa adalah sangat penting. 1 Untuk menghitung dan mendapat head efektif (head efektif), debit air, dan tenaga

hidrolik bersih sama seperti metode pada pokok 1,2 dan 3 turbin crossflow diatas. 2 Untuk memeriksa kecocokan pompa yang ada di pasar, mempertimbangkan titik

efisiensi maksimum dari pompa, kecepatan putaran dari motor (generator: batang 2,4 atau 6) karena kopling langsung antara turbin dan generator biasanya diadopsi dari turbin jenis ini. Kecepatan putaran harus mengacu pada Tabel 7.3.1. Pada kasus generator induksi, kecepatan turbin harus sedikit lebih tinggi (yaitu; 2 – 5 %) daripada generator pada nilai frekuensi.(1,550 rpm dari 1,500 rpm).

3 Untuk memilih dan memutuskan pompa sebagai turbin, mengacu pada titik efisiensi maksimum pompa, dapat digunakan efisiensi untuk output nyata dari batang turbin karena kisaran dari head titik efisiensi pompa sangat kecil.

4 Pemilihan metode akan mengacu pada “Manual Disain untuk Turbin Reverse Pump”.


7-19

7.2.6 Turbin Pelton Turbin pelton dipakai pada daerah dengan head yang tinggi. Runner turbin pelton dilengkapi dengan mangkok (buckets) pada sekeliling piringannya (disc), yang bekerja karena pancaran air (jet discharge) dari nosel. Penampang konstruksi nosel dan runnernya seperti pada Gambar 7.6. Gambar 7.7 Penampang Nosel dan

Runner Pelton

a. Nosel b. Jarum Nosel c. Sudu d. Pipa Saluran

Pancaran air akan mengenai sudu ditengah-tengahnya yang kemudian oleh mangkok-mangkok sudu, pancaran tersebut akan dibelokkan dengan sudut sekitar 1650. Mangkok- mangkok ini mengalihkan tenaga impuls yang didapatnya pada piringan. Pada pusat mulut pancaran dipasang sebuah jarum untuk mengatur jumlah aliran air, yaitu dengan menggerakkannya maju dan mundur. Dengan demikian efisiensi turbin pelton dapat dipertahankan. Diantara mulut pancaran dan rotor dapat juga dipasang sebuah deflektor untuk membelokkan pancaran air. Bila beban tiba-tiba dibuang (rejected), deflektor secara darurat menghalangi pancaran air. Kemudian tempat keluar mulut pancaran dengan perlahan-lahan disumbat oleh jarum sehingga tidak mengakibatkan kenaikan tekanan pada pipa pesat yang dikenal dengan istilah water hammer. Untuk turbin dcengan debit yang kecil, sistem penyemprotan airnya dapat menggunakan satu buah nosel dan untuk debit lebih besar dapat digunakan nosel lebih dari satu. Dengan menggunakan lebih dari satu nosel, daya terbangkit turbin dapat ditingkatkan. Turbin pelton pada umumnya digunakan untuk head yang tinggi, diatas 25 m. Efisiensi turbin pelton dapat mencapai 80%. 7.3 Transmisi Daya Mekanik Transmisi daya berperan untuk menyalurkan daya dari poros turbin ke poros generator. Elemen-elemen transmisi daya yang digunakan terdiri dari: sabuk (belt), pulley, kopling dan bantalan (bearing). Belt berfungsi untuk menyalurkan daya dari poros turbin ke poros generator. Belt harus cukup tegang sesuai dengan jenis dan ukurannya. Pulley berfungsi untuk menaikkan putaran sehingga putaran generator sesuai dengan putaran daerah kerjanya. Sedeangkan kopling, bantalan dan cone clamp merupakan komponen/elemen pendukung.


7-20

Secara umum sistem transmisi daya dapat dikelompokkan menjadi: Sistem transmisi daya langsung (direct drives) Sistem transmisi daya tidak langsung (indirect drives); dalam hal ini menggunakan

belt. 7.3.1 Sistem transmisi daya langsung Pada sistem transmisi daya langsung ini, daya dari poros turbin (rotor) langsung ditransmisikan ke poros generator yang disatukan dengan sebuah kopling. Sehingga konstruksi sistem transmisi ini menjadi lebih kompak, mudah untuk melakukan perawatan, efisiensi tinggi, dan tidak memerlukan elemen mesin lain, seperti belt dan pulley, kecuali sebuah kopling. Karena sistem transmisi dayanya langsung, maka generator yang digunakan harus memiliki kecepatan putaran optimum yang hampir sama dengan kecepatan putaran poros turbin (rotor), sekitar + 15 % perbedaannya. Alternatif lain adalah menggunakan gearbox untuk mengoreksi rasio kecepatan(putaran) antara generator dengan poros turbin. Hal lain yang harus diperhatikan adalah pemasangan poros turbin dan poros generator yang menuntut kelurusan sumbu. Pengaruh ketidaklurusan sumbu poros (misalignment) dikurangi dengan penggunaan kopling fleksibel yang mengizinkan sedikit ketidaklurusan sumbu poros. 7.3.2 Sistem transmisi daya dengan sabuk (Belt) Sabuk dipakai untuk memindahkan daya antara dua poros yang sejajar. Pemilihan jenis sabuk bergantung pada besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan. Sabuk memainkan peranan yang penting dalam menyerap beban kejut dan meredam pengaruh getaran. Sabuk yang digunakan umumnya jenis flat belt dan V-belt. Flat belt banyak digunakan pada sistem transmisi daya mekanik untuk mikrohidro dengan daya yang besar. V-belt digunakan pada instalasi PLTMH dengan daya dibawah 20 kW. Penggunaan sistem transmisi sabuk ini memerlukan komponen pendukung seperti pulley, bantalan beserta asesorisnya, dan kopling. Pada sistem transmisi daya dengan sabuk, putaran turbin dan generator yang dihubungkan dapat berbeda; dengan kata lain ada rasio putaran. Dengan demikian range generator yang akan digunakan lebih luas dan bervariasi.


7-21

Gambar 7.8 Mekanisme Penghantar Daya

7.3.2.1 Flat Belt Flat belt (sabuk Datar) umumnya terbuat dari kulit samak atau kain yang diresapi karet. Sabuk datar yang modern terdiri dari inti elastis yang kuat, seperti benang baja atau nylon, untuk menerima beban tarik dan memindahkan gaya, dengan selubung karet untuk memberikan efek gesekan antara pulley dan sabuk.

Keuntungan flat belt dibanding V-belt: Dapat bekerja pada kecepatan putar poros hingga 70 m/s. Dapat memindahkan daya yang besar pada jarak poros yang panjang. Efisiensi tinggi, berkisar 98% Sederhana dalam perawatan Tidak terjadi tegangan balik (re-tensioning) Tidak berisik (Low noise), dan dapat meredam pengaruh getaran dengan baik. Baik sekali digunakan untuk instalasi elektro-mekanik karena bekerja dengan

kecepatan tetap pada setiap waktu. 7.3.2.2 V Belt Sabuk V (V blet) memiliki bentuk penampang trapesium, menyerupai huruf “V”. Sabuk ini terbuat dari kain dan benang katun (katun, rayon atau nylon) dan diresapi dengan karet. V belt dipakai untuk jarak sumbu yang pendek. Dibandingkan flat belt, V belt sedikit kurang efisien, berkisar 70 – 96 %, dan memiliki umur lebih pendek. Kecepatan sabuk direncanakan untuk 10 – 20 m/s pada umumnya dan maksimum sampai 25 m/s. Untuk transmisi daya dari turbin ke generator pada mikrohidro lebih banyak memakai flat belt. V belt biasanya dipakai nuntuk pembangkit listrik dengan kapasitas dibawah 20 kW. Keuntungan penggunaan V belt adalah pulley dapat dipasang langsung pada poros generator sehingga tidak memerlukan kopling dan bantalan pada pulley, pemasangan dan penggantian belt mudah.


7-22

Pemilihan jenis penampang sabuk V didasarkan atas daya rencana dan putaran poros penggerak. Daya rencana dihitung dengan mengalikan daya yang akan diteruskan dengan faktor koreksi (1,5 – 2). Pada umumnya untuk mikrohidro digunakan sabuk V tipe B dan tipe C.

1. Lapisan penguat campuran canvas dan karet 2. Karet Chloroprene yang dipadatkan 3. Karet isolasi Chloroprene 4. Dawai tarik polyester Gambar 7.9 Penampang V Belt

7.3.3 Pulley Baik pulley penggerak maupunyang digerakkan terbuat dari baja karbon sedang, dapat pula dibuat dari besi cor kelabu FC 20 atau FC 30. Pulley terletak pada poros dengan dikunci oleh baut atau klem. Disamping sebagai tempat dudukan sabuk, pulley berfungsi untuk menaikkan putaran sehingga putaran generator sesuai dengan putara daerah kerjanya. Persamaan perbandingan putarannya adalah:

n1 : n2 = Dp : dp Dimana, n1 = putaran pulley penggerak (rpm) n2 = putaran pulley yang digerakkan (rpm) dp = diameter nominal pulley penggerak (mm) Dp = diameter nominal pulley yang digerakkan (mm) Kecepatan linear belt (m/s) adalah:

V = (dp . n1)/(60.1000) Panjang belt dicari dengan menggunakan persamaan berikut: L = 2C + 1,57 (Dp + dp) + ((Dp – dp)2/4C) C = (K + K2 – 32 ( Dp – dp )2)/16 K = 4L – 6.28 (Dp + dp) Dimana:


7-23

C = jarak sumbu poros (mm) Dp = diameter nominal dari pulley yang besar dp = diameter nominal dari pulley yang kecil L = panjang keliling sabuk (mm) 7.3.3.1 Pulley untuk flat belt Untuk dapat mendisain pulley dengan baik dapat memanfaatkan katalog belt yang dikeluarkan oleh pabrik di samping mempelajari literatur mengenai mesin. Patokan yang harus diingat adalah jarak antara poros sebesar 1,5 s/d 2 kali diameter pulley besar. Diameter pulley yang terlalu kecil akan memperpendaek umur sabuk. Pembatasan ukuran pulley sering dikenakan pada lebar pulley, seperti pada sabuk datar. Untuk meningkatkan efek centring (mengarahkan belt ke centre pulley) bentuk permukaan pulley dibuat melengkung (crowning). Crowning pada pulley cukup dilakukan pada pulley terbesar.

Lebar Belt a W (mm) (mm)

s.d 100 10 100 – 200 20 200 – 400 30

Diameter Pulley

Dmm dmm

100 0.6 200 1.2 300 1.6 400 2.0 600 2.6 1000 4.0

Gambar 7.10 Pulley Crowning Tabel 7.6 Diameter Pulley Standar, d, untuk Flat Belt (DIN 111) dan V Belt (DIN

2217) 201 221 251 281 321 361 40 45 50 56 63 71 80 90 100 112 125 140 160 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000

1 ) tidak berlaku untuk flat belt

Tabel 7.7 Lebar Pulley Standar, bs, untuk Flat Belt (DIN 111) 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 140 160 180 200 224 250

Standar, bs: 280 315 355 400 450 500 560 630

Untuk instalasi PLTMH disarankan: bs > 1,12 b (open drives system), b adalah lebar belt


7-24

7.3.3.2 Pulley untuk V Belt Pulley V belt memiliki alur dengan penampang menyerupai V belt. Untuk mempertinggi day yang ditransmisikan, dapat dipakai beberapa v belt yang dipasang sebeleh menyebelah , sehingga pulley yang digunakan dapat mempunyai alur yang banyak. Sudut alur pulley (γs) sedikit lebih kecil dibandingkan sudut V sabuk (γR), sehingga akan terjadi kontak yang merata dengan pulley. Dengan demikian keausan pada sabuk dapat dihindari. Tabel 7.8 Penampang V Belt, Diameter Minimum Pulley dan Panjang Belt (DIN

2215)

d 5 6 8 10 13 17 20 25 32 40 50

s 3 4 5 6 8 11 12,5 16 20 25 32

dmin 22 32 45 63 90 125 180 250 355 500 710

dari 150 212 296 420 585 832 1100 1650 2303 3230 4600 Li sampai 860 1262 1916 2820 4275 6332 9540 14050 18063 18080 18100

*Li adalah panjang/keliling sisi dalam belt

Gambar 7.11 Dimensi Utama V Belt, Sudut V pada Belt γR = 350 - 390

7.3.3.3 Metode Penegangan Belt Untuk dapat memelihara tegangan yang cukup dan sesuai pada sabuk, jarak poros pulley harus dapat disetel ke dalam maupun keluar. Metoda penegangan belt ada bermacam-macam. Metoda yang sederhana dan mudah adalah menyetel jarak antar poros sehingga diperoleh penambahan bentangan sabuk sebesar 2%-3%. Perhatikan gambar 7-12; misalkan panjang bentangan sabuk sebelum ditegangkan adalah 100 cm. Untuk mendapatkan tegangan sabuk yang cukup maka jarak poros disetel sehingga diperoleh panjang rentangan penuh 102 cm atau 103 cm.


7-25

Gambar 7.12 Penyetelan Jarak Sumbu Poros dan Lenturan Belt 7.3.4 Kopling Kopling adalah element mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan. Sumbu kedua poros yang dihubungkan tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Untuk sistem transmisi pada mikrohidro biasa digunakan jenis kopling tetap fleksibel yang selalu dalam keadaan terhubung. Kopling fleksibel mengijinkan sedikit ketidaklurusan sumbu poros. Walaupun demikian, sedapat mungkin sumbu poros diluruskan agar umur bantalan dan kopling dapat lebih lama. Jenis kopling fleksibel yang dapat digunakan adalah:

Kopling rantai (chain coupling) Kopling karet ban Kopling flens fleksibel

7.3.4.1 Kopling rantai (chain coupling) Bagian utama kopling rantai terdiri dari dua buah sproket terbuat dari baja cor yang mengalami pengerasan (hardened stell), sebuah rantai rol dengan rangkaian ganda dan rumah kopling. Kopling rantai terutama digunakan untuk menyerap ayunan atau kejutan momen putar secara elastis.


7-26

Kelebihan kopling rantai adalah: Instalasi dan perawatan yang mudah Umur yang lama Meningkatkan kemampuan peredaman gaya gesek

7.3.4.1.1 Kopling Rantai Tsubaki Salah satu produk kopling rantai yang banyak diperoleh di pasaran adalah kopling rantai tsubaki. Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipun kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak benar-benar lurus. Gambar 7.14 memperlihatkan batas-batas kesalahan pemasangan poros yang dijinkan. Batas toleransi ketidaklurusan yang diijinkan dalam pemasangan kopling rantai adalah:

Inklinasi (angular alignment) α = 1 derajat

Ketidak sejajaran sumbu poros (pararel alignment) tidak lebih dari 2% diameter pitch kopling rantai.

Jadi: ε = diameter pitch kopling rantai x 2% Pada pemasangan kopling rantai ini antara kedua sproket terdapat gap (celah) selebar S, yang besarnya telah ditabelkan. Sproket diletakkan pada poros generator dan poros penerus daya (pulley). Kopling tersebut dijaga kedudukan pada kedua poros dengan sekrup pengencang. Ketidaklurusan dari sumbu sproket harus dikurangi seminimal mungkin setelah pemasangan, atau setelah kondisi poros generator dan poros pulley diatur kelurusannya. Pelumasan pada rongga-rongga rantai dan gap antara kedua sproket harus terjaga dengan memberikan grease (gemuk) secukupnya menurut jadwal yang telah ditentukan (Tabel 7.9).

Gambar 7.13 Kopling Rantai


7-27

Gambar 7.14 Setting Kopling Rantai

Tabel 7.9 Data Teknis Kopling Rantai Tsubaki


7-28

Gambar 7.15 Penampang Kopling Rantai Tsubaki

Tabel 7.10 Spesifikasi Teknis Kopling Rantai Tsubaki

7.3.4.1.2 Pemilihan dimensi (size) kopling Besarnya daya yang akan diteruskan perlu diketahui terlebih dahulu untuk merencanakan atau melakukan pemilihan kopling. Karena adanya variasi beban, perlu dilakukan koreksi sehingga daya yang harus diperhitungkan adalah: Pd = fc.Pm (kW) Dimana: Pd = Daya yang diperhitungkan (kW) Pm = Daya yang akan diteruskan (kW) fc = faktor koreksi yang besarnya antara 1,5 – 2,5


7-29

Dalam memilih kopling, pilihlah ukuran yang sedemikian rupa sehingga daya Pd lebih rendah daripada daya normal maksimum dari kopling standar yang disediakan oleh produsen kopling (Tabel 7.9). Diameter dalam kopling yang dipilih harus disesuaikan dengan poros yang akan dihubungkan. Jika diameter dalam kopling tidak cukup besar maka dipilih kopling berukuran lebih besar dengan diameter dalam yang memadai. Tabel 7.10 menunjukkan dimensi standar kopling rantai tsubaki. 7.3.4.2 Kopling karet ban (rubber coupling) Kopling karet ban dapat bekerja dengan baik meskipun kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak benar-benar lurus. Kopling ini terutama digunakan untuk mengurangi getaran dan suara berisik pada poros selama penerusan daya. Dalam batas-batas tertentu, kopling karet ban masih dapat meneruskan daya dengan baik walaupun terjadi kesalahan posisi poros pada saat pemasangan. Gambar 7.16 memperlihatkan batas-batas toleransi kesalahan pemasangan poros yang dapat diijinkan. Pemasangan dan pelepasan kopling ini dapat dilakukan dengan mudah karena hubungan dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya. Karena keuntungan demikian banyak, pemakaian kopling ini semakin luas. Meskipun demikian harga kopling ini agak lebih tinggi dibandingkan dengan kopling flens. Keuntungan kopling karet ban: Pemasangan dan pelepasan yang mudah karena hubungan dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya. Kelebihan (variasi) beban pada poros dapat diserap oleh ban karet. Hubungan listrik antara kedua poros dapat dicegah.

Gambar 7.16 Daerah Kesalahan yang Diperbolehkan pada Operasi Kopling Karet

Ban


7-30

7.3.4.2.1 Pemilihan dimensi kopling karet Untuk merencanakan atau melakukan pemilihan kopling karet ban perlu diketahui besarnya daya yang akan diteruskan, putaran poros, momen puntir yang diteruskan, persyaratan kerja, dll. Beberapa produsen kopling karet ban telah menyediakan ukuran-ukuran standar sesuai dengan daerah kerjanya. Momen puntir yang diteruskan kopling dapat dihitung dengan persamaan: P Tm = 9,74 x 105 x (kg.mm) n1 Dimana: P = daya nominal (kW) n1 = putara (rpm)

Gambar 7.17 Kopling Fenaflex

Karena adanya variasi momen puntir, perlu dilakukan koreksi sehingga momen puntir yang harus diperhitungkan adalah: Td = fc.Tm. (kg.mm) Fc = faktor koreksi yang besarnya antara 2 – 2,5


7-31

Tabel 7.11 Dimensi Kopling Karet Ban Fenaflex

Dalam memilih kopling karet ban, pilihlah ukuran yang sedemikian rupa sehingga momen puntir Td (kg.mm) lebih rendah daripada momen normal maksimum kopling standar yang disediakan oleh produsen kopling. 7.3.4.3 Kopling flens fleksibel Berlawanan dengan kopling karet ban, kopling flens fleksibel dapat mentransmisikan momen putar yang lebih besar dan ketahanan temperatur yang lebih tinggi. Walaupun demikian, pada umumnya kopling ini menunjukkan peredaman yang kurang. Disamping itu konstruksi kopling ini sederhana, mudah dalam pemasangan dan relatif tidak memerlukan perawatan. Pada pemasangan kopling flens fleksibel harus diperhatikan toleransi ketidaklurusan sumbu poros, seperti: angular alignment, dan pararel alignment. Prosedur pemilihan kopling flens fleksibel pada dasarnya sama dengan pemilihan kopling jenis lain. Contoh kopling flens fleksibel yang ada di pasaran adalah kopling NBG, dan N-UEFEX. Kopling flens fleksibel NBK diperlihatkan pada Gambar 7.18 dan dimensi kopling tersebut pada Tabel 7.12.


7-32

Tabel 7.12 Data Teknis Kopling Flens Fleksibel NBK

Gambar 7.18 Susunan Kopling Flens Fleksibel NBK


7-33

Gambar 7.19 Konstruksi Kopling Flens NBK

Tabel 7.13 Dimensi Kopling Flens Fleksibel NBK


7-34

Tabel 7.14 Dimensi Baut Kopling Flens Fleksibel NBK

Gambar 7.20 Konstruksi Kopling Fleksibel N-UEFEX

Tabel 7.15 Dimensi Kopling Fleksibel N EUFEX


7-35

7.3.5 Bantalan (Bearing) Bearing adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gesekan bolak-baliknya dapat berlangsung halus, aman dan berumu panjang. Bearing harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Salah satu jenis bearing yang sering digunakan pada turbin untuk PLTMH adalah jenis spherical roller bearing dengan adaptor sleeve yang berfungsi untuk mengunci bearing dengan poros. Bearing ini memungkinkan untuk menahan ketidaklurusan atau lendutan poros (self alignment). Kapasitas beban yang dapat ditahan oleh bantalan ini besar, disamping dapat menahan beban aksial. Dalam menentukan jenis dan dimensi bearing yang akan digunakan perlu dilakukan perhitungan. Prosedur perhitungan dan pemilihan bearing dapat mengacu pada katalog pemilihan bearing yang disediakan oleh produsen, seperti bearing SKF, FAG dan NSK. Bearing SKF relatif lebih mahal dibandingkan bearing merek lain. Walaupun demikian, kualitas bearing ini termasuk yang terbaik dan teruji. Tabel 7.16 memperlihatkan beberapa jenis spherical roller bearing beserta perlengkapan pendukungnya yang umum dipakai pada instalasi turbin PLTMH.

Tabel 7.16 Perlengkapan Bearing pada Instalasi Turbin PLTMH

7.3.5.1 Instalasi dan perawatan Untuk mencegah kebocoran pelumas serta masuknya benda asing, bantalan dilengkapi dengan bermacam-macam alat penyekat, seperti cincin O. Cincin O merupakan cincin dengan penampang lingkaran yang berfungsi sebagai penjebak air. Penjebak air ini menahan agar air tidak masuk ke rumah bearing. Bearing yang kemasukan air tidak dapat


7-36

berfungsi dengan baik, sehingga bantalan cepat aus dan berkarat. Rumah bantalan, yang mempunyai flens pada sekelilingnya, duduk pada casing turbin dengan cara dibaut. Untuk perawatan bearing, pelumasan bearing tidak boleh terlambat. Pelumasan bearing terutama dimaksudkan untuk mengurangi gesekan dan keausan, mencegah korosi, membawa keluar panas yang terjadi dan menghindari masuknya debu. Cara pelumasan ada dua macam, yaitu pelumasan gemuk (grease) dan pelumasan minyak. Pada instalasi turbin PLTMH, umumnya digunakan pelumasan gemuk. Cara yang umum untuk pemberian gemu adalah dengan mengisi bagiam dalam bearing dengan gemuk. Untuk menjamin pelumasan yang baik, sebaiknya menggunakan jenis gemuk yang disarankan oleh produsen bearing. Pemberian gemuk yang terlalu banyak akan menyebabkan rumah bearing menjadi sesak, akibatnya putaran bearing tidak lancar dan menimbulkan panas. Jadwal pemberian gemuk serta banyaknya gemuk yang diberikan dapat mengikuti prosedur yang disarankan produsen bearing. Setelah pemberian gemuk yang ketiga kali sebaiknya bantalan dibersihkan dari sisa-sisa gemuk yang lama dengan minyak tanah dan diisi kembali dengan gemuk yang seluruhnya baru. Turbin setiap hari harus dibersihkan dengan lap agar embun yang menempel pada turbin cepat kering. Embun yang masuk ke lubang baut akan menyebabkan karat. 7.3.6 Cone Clamp Cone clamp (clamp cerucut) berfungsi untuk menjaga kedudukan pulley pada poros agar tetap pada tempatnya. Penggunaan lainnya adalah untuk menjaga kedudukan guide vane agar tidak berubah. Clamp kerucut dapat digunakan pada beban tinggi dan memiliki umur yang lama (tahan).

Gambar 7.21 Cone Clamp


7-37

Gambar 7.22 Penampang Tolok Cone Clamp


7-38

Referensi Ref. 7-1 Secara Singkat Tentang Disain Turbin Crossflow (SKAT T-12, T-13 dan T-

14) 1. Turbin Crossflow Turbin crossflow adalah turbin yang cocok untuk pembangkit listrik tenaga mikro-hidro di Indonesia saat sekarang ini. SKAT T-12, T-13 dan T-14 direkomendasikan untuk diadopsi untuk turbin crossflow untuk pembangkit listrik mikro-hidro. Keuntungan utamanya adalah sebagai berikut:

Ada cukup data teknik untuk mendisain di Indonesia dengan model tes. Disain kelayakan dengan sebuah kisaran ketinggian dan debit yang besar menurut

kepada kondisi lokasi nyata yang ada. Secara komperatif biayanya rendah Mudah pemasangannya Buatan lokal, perawatan dan perbaikan di Indonesia

2. Data Disain Fundamental Data fundamental berikut harus didapatkan dari disain sipil. 1. Elevasi dari level air di bak penenang m 2. Elevasi dari pusat turbin m 3. Elevasi dari saluran pembuangan air jika diperlukan m 4. Nilai debit air m3/s 5. Diameter dalam pipa pesat m 6. Panjang pipa pesat m 7. Kondisi dari nos. dan belokan pipa pesat, dll. m 3. Batas Penggunaan Batas penggunaan dari turbin Crossflow (T-12, T-13 & 14) dapat diringkas dalam Tabel 7-1.1 berikut

Tabel 7-1.1 Batasan Turbin Crossflow (pada batang turbin) Satuan Batas bawah Batas atas

Hnet Head efektif m 4 50 Q Debit (aliran) l/s I00 820 P Output batang tenaga kW 10 250 bo Lebar inlet mm I00 1120 Jumlah disc intermediate - 0 8

Catatan: Batasan ini harus ditaati. Pertimbangan keteknikan seperti kemampuan praktis, biaya relatif, kekuatan inlet valve dalam posisi tertutup, kekuatan bukaan pada inlet valve, kekuatan bilah rotor, kekuatan sambungan dari disc sisi ke batang rotor, diameter dari batang dll. meminta batasan ini untuk ditaati.


7-39

Pada kurva bagan 1 ditunjukkan kepada variasi output P. Rumus yang berhubungan adalah:

P = 9.8 . Q . Hnet . η Perkiraan kecepatan putaran n turbin dapat dibaca dari skala vertikal pada sisi kanan dari bagan 1. Nilai pasti dihitung dengan rumus berikut:

n = 133 √Hnet Contoh didalam batas: Untuk sebuah head Hnet = 30,89 m dan debit Q = 497 l/det, nilai berikut dapat ditentukan pada penggunaan T-13 dan T-14 di gambar 7-1.1 Titik perpotongan dari Hnet dan nilai Q adalah dengan kisaran dari area putih, dimana berarti bahwa disain T-13 dan T-14 sesuai. Daya output batang adalah hanya diatas 100kW. Kecepatan putaran n adalah sekitar 740 min-1. Contoh diluar batas: Hnet = 6 m dan Q = 200 l/s Meskipun kedua Hnet dan Q ada didalam batas, titik perpotongan pada bagan 1 terletak diluar area putih, area tanpa tanda. Untuk penggunaan ini T-12, T-13 dan T-14 tidak dapat digunakan. Silahkan mengacu Gambar 7-1.1.

Gambar 7-1.1 Batasan penggunaan dari T-12, T-13 dan T-14 BATAS PENGGUNAAN DARI DISAIN TURBIN CROSSFLOW, DAYA

TERBANGKIT, RPM dan GARIS d-d


7-40

4. Penggunaan Fasilitas Transmisi Tenaga Salah satu keuntungan dari turbin crossflow adalah bahwa fasilitas transmisi tenaga dengan belt kemudi (speed increaser) mudah digunakan, supaya keduanya cocok antara kecepatan turbin dan generator. Keuntungan penggunaan pengaturan transmisi tenaga dijelaskan dibawah.

Penggunaan dari sebagian besar disain yang cocok dari turbin itu sendiri untuk mensinkronkan berbagai kondisi nyata lokasi. Mudah dan pilihannya luas untuk kecepatan turbin dengan speed increaser yang cocok ke generator

Mudah pemasangan- batang horisontal , dasar umum untuk generator dan turbin. Harga murah-untuk digunakan generator ukuran kecil dengan kecepatan tinggi,

seperti 1500 atau 1000 rpm. 5. Kisaran yang cocok dari ketinggian lokasi dan debit untuk T-12, T-13 dan T-14 Gambar 7-1.1 menunjukkan kisaran penggunaan dari head dan debit dari turbin crossflow yang digunakan. Kisaran penggunaan turbin crossflow (T-12, T-13 dan T-14) ditunjukkan dengan area putih dalam gambar 7-1.1 dan garis d-d di gambar menunjukkan batasan dari kekuatan batang untuk pulley belt seperti berikut; (1) Titik perpotongan dibawah garis d-d

Diperbolehkan adanya sistem transmisi diantara turbin dan generator. (2) Titik perpotongan diatas garis d-d

Pertambahan tekanan akibat belokan pada batang rotor karena kekuatan yang dibangun oleh mis. tegangan belt tidak diijinkan, oleh karena itu, tanpa pulley belt pada batang rotor diijinkan. Pada kasus belt transmisi, dukungan batang pulley yang terpisah harus digabungkan ke batang rotor.

Kisaran turbin crossflow dapat diperbesar dengan menggunakan apakah generator empat kutub (1500 rpm) atau enam kutub (1000 rpm). 6. Perhitungan disain turbin Rumus untuk menghitung nilai penampilan turbin dalam disain adalah sebagai berikut; Rumus (1): Lebar inlet bo = 1 . Q bo: lebar inlet [mm] q11max . D √Hnet Hnet: ketinggian efektif [m] Q: debit (aliran) [m3/s] q11max: Satuan debit (aliran) = 0.67 untuk T-12 = 0.76 untuk T-13 = 0.80 untuk T-14 D: diameter rotor = 0.3 m untuk T-112, T-13 & T-14 [m] bo = 3.623. Q untuk T-12


7-41

√Hnet bo = 4.39. Q untuk T-13 √Hnet bo = 4.9. Q untuk T-14 √Hnet Rumus (2): daya output batang P = 0.98 . Q . Hnet . η P: Power [kW] η: Efisiensi turbin : 0.65 untuk T-12 η: 0.76 untuk T-13 η: 0.80 untuk T-14 Q netH : Rumus sama dengan rumus (1) Rumus (3): Kecepatan turbin (rpm) n = n11 . √Hnet n: kecepatan putaran D n11: satuan kecepatan = 39 (untuk T-12) = 40 (untuk T-13) = 38 (untuk T-14) D: Diameter Runner = 0.3 m Hasil perhitungan akan ditunjukkan dalam Tabel 7-1.2 berikut “Perhitungan Turbin Tipe Crossflow T-14, T-13, T-12”

Tabel 7-1.2 Perhitungan Turbin tipe Crossflow T-14, T-13 & T-12 Perhitungan Ukuran Turbin : Crossflow T14/T13/T12

Data Dasar untuk Lokasi Contoh

Head geodedic Head net/head disain Debit disain Diameter runner

Hgeo = 9.5 m Hnet = 8.5 m Qt = 530 l/s Dt = 0.30 m

Lebar nozzle Bno = mm Turbin T14 Turbin T13 Turbin T12

Head net/head disain Disain debit Diameter runner

Hnet = 8.5 m Qt = 530 m Dt = 0.3 m

Hnet = 8.5 m Qt = 530 l/s Dt = 0.3 m

Hnet = 8.5 m Qt = 530 l/s Dt = 0.3 m

Satuan kecepatan (opt) Satuan aliran (opt) Efisiensi turbin

n11 = 38 rpm Q11opt = 0.80 m3/s etat opt = 74.0 % -

n11 = 40 rpm Q11opt = 0.76 m3/s etat opt = 70% -

n11 = 39 rpm Q11opt = 0.67 m3/s etat opt = 65.0% -

Satuan aliran (max) Efisiensi turbin

Q11 max = 0.94 m3/s etat = 73% -

Q11max = 0.82 m3/s etat max = 68% -

Q11 max = 0.72 mm Etat max = 63% -

Lebar runner bo = 757 mm bo = 797 mm bo = 904 mm


7-42

Daya output batang Kecepatan turbin

Pt opt = 32.7 kW Pt max = 37.9 kW nt = 369 rpm



Jika lebar turbin ditentukan

Lebar runner Debit air Daya (batang turbin) Kecepatan turbin Kecepatan run away

bOw = 760.0 mm Qtw opt = 531.8 l/s Ptw opt = 32.8 kW ntw opt = 369 rpm ntw max = 665 rpm

bOw = 800.0 mm Qtw opt = 531.8 l/s Ptw opt = 31.0 kW ntw opt = 389 rpm ntw max = 700 rpm

bOw = 900.0 mm Qtw opt = 527.4 l/s Ptw opt = 28.6 kW Ntw opt = 379 rpm Ntw max = 682 rpm

Efisiensi Generator/Transmisi Output Listrik

eta g = 83% - Pel = 27.32 kW

Eta g = 83% - Pel = 25.84 kW

eta g = 83% - Pel = 23.80 kW

Perhatikan bahwa nilai optimum digunakan untuk nilai output, debit dan kecepatan, dll, dan nilai maksimum tidak digunakan seperti ditunjukkan dalam tabel di atas. Ref. 7-2 Secara singkat tentang Disain dari Turbin Reverse Pump (PAT)


7-43

1. Turbin pompa terbalik (Pump as Turbin = PAT)

Standar unit pompa ketika dioperasikan terbalik memiliki sejumlah keuntungan diatas turbin konvensional untuk pembangkit listrik mikro-hidro. Pompa diproduksi massal, dan sebagai hasilnya, memiliki keuntungan untuk mikro-hidro dibandingkan dengan turbin yang dibuat dengan suatu tujuan. Keuntungan utama adalah sebagai berikut:

Pompa dan motor yang menyatu dapat untuk digunakan sebagai satu set turbin dan generator

Terdapat kisaran yang luas dari head dan aliran Tersedia dalam sebuah jumlah yang besar untuk ukuran standar Biaya rendah Waktu pengadaan cepat Suku cadang seperti seal dan bearing mudah pengadaannya Mudah pemasangannya-menggunakan pipa fitting standar

Ada beberapa keuntungan praktis dari dapat digunakannya sebuah direct drive pump as turbin (PAT), yaitu satu dimana batang pompa disambung secara langsung ke generator, seperti dijelaskan di bagian selanjutnya. Suplayer pompa biasanya memiliki sejumlah stock pompa yang berbeda disain yang sesuai untuk sebuah kisaran yang luas untuk head dan debit. Kisaran nyata head dan debit untuk sebuah PAT yang sesuai dijelaskan dalam bagian kemudian. Kesederhanaan dari PAT yaitu bahwa PAT benar-benar memiliki batasan yang jelas ketika dibandingkan dengan banyak tipe turbin yang mahal. Batasan utama adalah bahwa kisaran dari nilai debit berlebih dimana secara satuan yang dapat beroperasi lebih sedikit daripada untuk sebuah turbin konvensional. Sejumlah jalan keluar dari batasan yang ada ini akan dikupas pada akhir bab ini. Oleh karena itu, pemilihan pompa yang dapat digunakan harus diseleksi mengacu dibawah ini. 2.Penggunaan direct drive Pumps as Turbine Salah satu keuntungan dari penggunaan sebuah PAT daripada sebuah turbin konvensional adalah peluang untuk menghindari sebuah belt drive. Bagaimanapun, dalam sejumlah lingkaran ada keuntungan-keuntungan untuk mencocokkan sebuah belt drive ke sebuah PAT. Keuntungan-keuntungan menggunakan sebuah direct drive arangement dilaporkan dibawah. Sangat kecil friction loss dalam drive (hemat hingga 5% dari output listrik) Mudah pemasangannya – PAT dan generator datang sebagai satu unit. Biaya rendah – tanpa pulley, lebih kecil lapisan dasar. Biaya rendah (dalam kasus sebuah disain monoblok) karena kosntruksi sederhana,

lebih sedikit bearing, dll. Lebih sedikit bearing dipakai-tanpa kerugian sampingan pada bearing. Perawatan kecil-tanpa perlu mengatur tegangan belt atau mengganti belt.

Penggunaan kombinasi satuan motor dan pompa dianjurkan untuk skema mikro-hidro yang digunakan hanya untuk menghasilkan listrik, dan dimana pemasangan sesederhana


7-44

mungkin dilakukan. Walau bagaimanapun, ada beberapa batasan untuk penggunaan seperti unit integral, disebut dibawah: Kecepatan turbin sama dengan kecepatan generator – sehingga pengurangan kisaran

dari nilai rendah ketika kecocokan performan PAT ke kondisi lokasi. Pilihan terbatas dari generator yang ada terutama untuk PAT. Tidak ada kemungkinan sambungan beban mekanik secara langsung ke PAT.

3. Kisaran yang sesuai untuk head dan debit Pompa sentrifugal standar dibuat dalam ukuran jumlah besar, untuk mengatasi sebuah kisaran besar dari head dan debit. Pada kondisi yang benar, pump as turbine dapat digunakan diatas kisaran normal yang diatas oleh multi-jet pelton turbine, turbin croassflow, dan turbin francis kecil. Bagaimanapun, untuk head tinggi, penggunaan aliran rendah, sebuah turbin pelton sepertinya lebih efisien daripada sebuah pompa, dan tidak lebih mahal. Bagan dalam gambar 7-2.1 menunjukkan kisaran dari head dan debit berlebih dimana berbagai pilihan turbin digunakan. Kisaran dari turbin pelton dan crossflow ditunjukkan berdasarkan pada informasi dari kisaran turbin yang dibuat di Nepal, dan dibandingkan dengan kisaran dari pompa sentrifugal standar yang berjalan dengan sebuah generator kutub empat (mendekati 1500 rpm). Kisaran dari PAT dapat diperluas dengan mengunakan generator baik dua kutub (mendekati 3000 rpm) atau enam kutub (mendekati 1000 rpm), seperti ditunjukkan dalam gambar 7-2.2. Kisaran pompa sebagai turbin ini berdasarkan pada pompa sentrifugal standar diproduksi oleh sebuah pabrik besar Inggris.

Gambar 7-2.1 Kisaran Head-Debit untuk Berbagai Pilihan Turbin

H(m)

Q(λ/s)

Key

Crossflow Turbine limit PAT limit @ 1550 rpm

500 400 300 200 150 100

70 50 40 30

20

10

5

2 4 6 8 10 15 20 30 40 60 80 100 150 200

Crossflow Turbines PAT

H(m)


7-45

Gambar 7-2.2 Kisaran Head-Debit untuk Direct Drive Pump Sebagai Turbin Penggunaan pump as turbine memiliki keuntungan yang paling besar, pada bentuk biaya dan kesederhanaannya untuk lokasi dimana alternatif dapat diambil sebuah turbin crossflow, bekerja pada aliran yang relatif rendah, atau sebuah turbin multi-jet pelton. Untuk penggunaan ini, ditunjukkan dengan wilayah yang direncanakan pada gambar 2, sebuah turbin crossflow lebih mahal untuk pembuatan yang lebih besar karena kesulitan dalam fabrikasi runner. Oleh karena itu, pemasangan crossflow akan memerlukan sebuah operasi turbin besar pada kecepatan lebih rendah daripada sebuah PAT yang ekivalen, sebagai akibat kebutuhan untuk sebuah belt drive ke standar daya generator. Sebuah turbin pelton untuk penggunaan ini akan membutuhkan tiga atau empat semburan, sebagai akibatnya pengaturan yang rumit untuk casing dan nozzle, meskipun akan lebih fleksibel daripada PAT untuk beroperasi dengan sebuah kisaran nilai rendah. Sebuah turbin francis kecil dapat juga digunakan pada kisaran ini, tetapi akan menjadi lebih mahal daripada crossflow turbin sekalipun. Apa yang diminta dari penggunaan sebuah pump as turbin adalah bahwa memerlukan sebuah nilai debit tetap dan oleh karena itu cocok untuk lokasi dimana ada sebuah kecukupan suplai air sepanjang tahun. Simpanan air jangka panjang tidak secara umum sebuah pilihan untuk skema mikrohidro karena biaya yang tinggi untuk membangun sebuah penampung air. Karena sejumlah kesulitan dalam memilih PAT (pump As Turbine), dianjurkan bahwa klien sebaiknya mengkonfirmasikan kemampuan pompa tersebut ke disainer atau manufaktur pompa lebih lanjut, termasuk karakteristik pompa dan motor induksinya karena perbedaan karakteristik pompa oleh pembuatannya. Tabel 7-2.1 “Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT” dilampirkan disini hanya untuk referensi. Disainer, yang ingin tahu lebih detil tentang disain, dapat mempelajari lebih jauh bab berikutnya.

Q(λ/s) 2 4 6 8 10 15 20 30 40 60 100 200

4 pole limit (c. 1500 rpm)


7-46

Tabel 7-2.1 Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT

Pump Type

(rpm) (rpm) (l/sec) (m) (%) (l/sec) (m) (kW) 50 x 32 – 160-L 1400 1470 3.1 9.5 56 5.7 23.1 0.5 50 x 32 – 160-M 1400 1470 2.6 7.5 54 4.9 19.1 0.4 50 x 32 – 160-S 1400 1470 2.5 6.0 50 5.0 16.7 0.3 65 x 50 – 160-L 1400 1470 5.5 9.0 65 9.0 18.3 0.7 65 x 50 – 160-M 1400 1470 4.5 7.5 60 7.8 16.8 0.6 65 x 50 – 160-S 1400 1470 4.0 6.0 57 7.2 14.3 0.4 80 x 65 – 160-L 1420 1491 9.5 9.5 78 13.4 15.5 1.1 80 x 65 – 160-M 1420 1491 7.5 7.5 74 11.0 13.1 0.7 80 x 65 – 160-S 1420 1491 6.8 6.0 68 10 .6 11.6 0.6 80 x 50 – 200-L 1420 1491 10.0 15.5 72 15.0 27.9 2.1 80 x 50 – 200-M 1420 1491 9.0 12.0 69 14.0 22.7 1.5 80 x 50 – 200S 1420 1491 8.0 9.0 68 12.6 17.3 1.0 100 x 80 – 160-L 1420 1491 18.0 9.5 80 24.9 15.1 2.1 100 x 80 – 160-M 1420 1491 16.0 6.5 77 22.8 10.8 1.3 100 x 80 – 160-S 1420 1491 15.0 5.0 75 21.8 8.6 1.0 100 x 65 – 200-L 1420 1491 18.5 15.0 78 26.1 24.5 3.5 100 x 65 – 200-M 1420 1491 16.0 11.5 75 23.3 19.7 2.4 100 x 65 – 200-S 1420 1491 14.0 9.0 70 21.5 16.7 1.8 100 x 65 – 250-L 1450 1523 20.0 24.0 78 28.2 39.2 6.0 100 x 65 – 250-M 1450 1523 18.5 19.0 76 26.6 32.0 4.5 100 x 65 – 250-S 1450 1523 16.5 15.0 73 24.5 26.5 3.3 125 x 100 – 200-L 1440 1512 38.0 14.5 85 50.0 21.4 6.3 125 x 100 – 200-M 1440 1512 34.0 10.0 81 46.5 15.6 4.1 125 x 100 – 200-S 1440 1512 30.0 8.0 78 42.3 13.1 3.0 125 x 100 – 250-L 1450 1523 40.0 24.0 81 54.7 37.5 11.6 125 x 100 – 250-M 1450 1523 36.0 19.0 80 49.6 30.1 8.4 125 x 100 – 250-S 1450 1523 33.0 14.0 78 46.5 22.9 5.8 150 x 125 – 250-L 1460 1523 70.0 23.0 88 89.6 32.5 17.9 150 x 125 – 250-M 1460 1523 70.0 17.0 83 93.8 25.8 14.0 150 x 125 – 250-S 1460 1523 50.0 13.0 80 69.0 20.0 8.0

4. Keterbatasan yang ada dari penggunaan sebuah Pump as Turbine

Flo

w a

s pu

mp(

Q)

Hea

d as

pum

p (H

n)

Eff

icie

ncy

as p

ump

Flo

w a

s tu

rbin

e (Q

)

Hea

d as

turb

ine

(Hn)

Pow

er o

utpu

t (P

)

Spee

d as

pum

p

Spee

d as

turb

ine


7-47

Tujuan membangun turbin air secara umum adalah cocok dengan sebuah variasi guide vane (atau vanes) atau sebuah katup tombak, dimana mengijinkan mesin untuk berjalan efisien dengan sebuah kisaran luas dari nilai debit. Ketika sebuah pompa sentrifugal standar digunakan sebagai turbin, tanpa pengaturan yang sungguh-sunggh adalah mungkin. Bagaimanapun, sekali dipasang, sebuah pum as turbine yang kesesuainnya baik ke kondisi lokasi akan beroperasi dekat kepada efisiensi maksimum. Jika nilai debit jatuh sedikit dibawah yang diperlukan untuk efiensi maksimum, listrik akan tetap dibangkitkan tetapi kehilangan daya akan terjadi. Ini dijelaskan lebih detail di dalam Referensi 7-1. Pilihan lain untuk menyesuaikan dengan nilai debit rendah adalah menggunakan operasi yang terputus-putus. Dengan menggunakan intake khusus dan sebuah bak penampung kecil jika memungkinkan untuk sebuah PAT berjalan terputus-putus. Intake khusus terdiri dari sebuah pipa pengatur. Jika nilai debit meningkat, adalah tidak mungkin untuk membangkitkan listrik lebih menggunakan hanya satu pompa. Pompa kedua dapat dipasang tetapi biaya tambahan dari pemasangan lebih dari satu unit keuntungan yang dapat diperoleh dari membeli sebuah pompa sementara dari sebuah turbin konvensional. Referensi 6.2 memberi lebih detail dari operasi pararel PAT. Ketika sebuah direct drive electric pump digunakan, turbin dan generator harus beroperasi pada kecepatan yang sama. Ini dapat mencapai kisaran limit dari kelebihan aliran dimana pompa dapat beroperasi. Perhatian harus diambil untuk menghindari kelebihan beban (baik elektrikal maupun mekanikal) dari generator. Output listrik dari sebuah generator induksi akan secara normal dibatasi pada 80% dari nilai output listrik motor. 5. Pemahaman pompa sebagai kurva performa pompa Sebelum melihat pada pum as turbin anda, anda membutuhkan untuk memahami itu sebagai sebuah pompa. Peralatan utama untuk ini adalah kurva performan, dimana menunjukkan bagaimana ketinggaian head dan debit dikirim oleh pompa yang yang berhubungan. Gambar 3 menunjukkan sebuah kurva head-debit yang khusus untuk pompa. Ketika debit dikirim oleh pompa meningkat, head pengiriman menurun. Kurva ini sering didapatkan dari pembuat pompa. Informasi lain yang anda butuhkan untuk mengetahui pompa anda adalah poin dimana pompa bekerja paling efisien. Ini disebut poin efisien paling baik. Efisiensi pompa, dipasang melawan nilai dibit, ditunjukkan dalam gambar 6.A2.3. Nilai maksimum dari efisiensi bervariasi menurut jenis dan ukuran pompa, tetapi biasanya 40% - 80%. Poin efisien paling baik (bep) terjadi pada terutama nilai dari nilai debit. Nilai efisiensi dapat ditunjukkan pada kurva head-debit, seperti ditunjukkan dalam gambar 7-2.4. Informasi dari pembuat pompa kadang-kadang menunjukkan jalan ini.


7-48

p

max

Qbep Qp

Gambar 7-2.3 Kurva Efisiensi Pompa

Hp

Hbep

Qbep Qp

50%

60%

70%65

%

65%

60%

50%

Gambar 7-2.4 Head dan debit pompa dengan menunjukkan nilai efisiensi

Jika anda tidak memiliki data efisiensi untuk pompa, tapi memiliki sebuah kurva yang menunjukkan input listrik melawan nilai debit, kemudian berarti mungkin untuk menghitung nilai pada poin efisiensi terbaik. Hubungan antara head, nilai debit input listrik dan efisiensi diberikan dengan persamaan berikut:

Efisiensi (η) = H x Q x 9.81 x 100 (1) Pin dimana, H adalah Head (m) Q adalah nilai debit (1/2) Pin adalah daya input mekanik (W) 9.81 adalah akselerasi karena gravitasi (m/s2) η adalah efisiensi pompa dalam persentase Langkah untuk menghitung nilai dari efisiensi maksimum adalah sebagai berikut:

1. Gunakan kurva head-debit untuk memperoleh nilai head-debit pada poin efisiensi terebaik.


7-49

2. Gunakan niali debit ini pada kurva input-debit listrik untuk mendapatkan Pin. 3. Letakkan nilai dalam persamaan (1) untuk mendapatkan efisiensinya.

Catatan bahwa, terutama untuk pompa dengan motor integral, kurva listrik dapat menunjukkan daya listrik yang dikonsumsi lebih baik daripada input daya mekanik. Pada kasus ini, gunakan Referensi 7-3 untuk memperkirakan efisiensi motor. Kemudian gunakan persamaan berikut untuk menghitung Pin.

Pin = Pelec x η motor (%) (2) 100 dimana: Pin adalah input listrik mekanik Pelec adalah konsumsi daya listrik dari motor ηmotor adalah efisinsi dalam persentase Contoh 1: Menemukan kondisi efisiensi pompa paling baik. Pembangunan dari 65 – 40 – 200 (2,5” x 1,5” x 8) pompa memberikan kurva aliran head dan kurva input daya listrik seperti ditunjukkan pada gambar 9a dan 9b. Aliran dengan efisiensi yang terbaik adalah 14 m3/ hari, yang dapat dikonversikan menjadi 3,89 l/s dengan dibagi 3.6. Faktor konversinya diberikan pada Apendix E. Head dengan efisiensi terbaik adalah 11,8 m. Rata – rata dari motor sekitar 1,5 hp (1,1 kW), 1, 450 rpm, untuk operasi pada 3 fase, dengan suplai 50 Hz. Menurut table pada Referensi 6.4, ukuran motor mempunyai maksimum efisiensi sekitar 75%. Nilai konsumsi daya listrik, untuk titik efisiensi terbaik, dapat dilihat pada gambar 9b. Dengan rata – rata aliran 14 m3/hari, daya yang dihasilkan adalah 1,050 W. Ini adalah Pelec. Dengan menggunakan persamaan (2): Pin = Pelec x ηmotor (%) = 1050 x 75 = 788 W 100 100 Pompa dengan efisiensi terbaik, dari persamaan (5): η = H x Q x 9.81 x 100 = 11.8 x 3.89 x 9.81 x 100 = 57% 100 788


7-50

(a) Head dan aliran, dengan titik efisiensi terbaik (b) Konsumsi daya listrik

Gambar 7-2.5. Kurva Pembangunan Pompa

H

Q

Hsitehf

PAT Curve Site CurveOperatingPoint

Gambar 7-2.6. Kurva Turbin dan Kurva Lokasi Kecepatan dari turbin bervariasi tergantung dari beban yang masuk di dalamnya, dan terdapat kurva aliran head untuk setiap kecepatan. Terdapat beberapa kurva yang dapat dilihat pada gambar 6.A2.7. Di tengah – tengah kurva dengan label N = 100% adalah kecepatan normal dalam operasi (hal ini dapat dilihat pada gambar 6.A2.8). Kurva dengan label N = 130% dan N = 80% adalah kecepatan berada 30% diatas normal dan 20% dibawah kecepatan normal. Perlu dijadikan catatan, bahwa setiap titik operasi diberikan pada setiap interseksi pada kurva turbin dengan kurva lokasi. Jika beban, lebih besar dari beban yang didisain untuk di dalam turbin, maka kecepatannya akan menurun. Untuk pompa yang digambarkan pada gambar 6.A2.7, dapat dilihat bahwa pompa dapat menyebabkan kenaikan rata – rata aliran, biasanya dapat dijumpai pada kasus untuk sentrifugal pompa yang dijalankan sebagai turbin. Ketika beban turbin dikurangi, maka kecepatan akan menurun. Jika tidak terdapat beban,

Hp(m)

Qp (m3/hr)

18

16

14

12

10

8

6

4

2

5 10 15 20

Pelec(W)

Qp (m3/hr)

1000

750

500

250

5 10 15 20


7-51

maka kecepatan turbin meningkat sampai maksimum, hal seperti ini biasa disebut sebagai runaway. Kurva dari kecepatan maksimum ditunjukkan pada gambar 6.A2.7 dengan label N = max. Pada contoh yang telah diberikan, kecepatan sebenarnya dari runaway (dengan ekstrapolasi) adalah mendekati 140% dari kecepatan normal.

H

0 0 Q

Site CurveN=140%

N=130%

N=100%

N=80%

N=m

ax

Gambar 7-2.7. Head Turbin dan Aliran dengan Kecepatn yang Berbeda 6. Mendapatkan efisiensi paling baik dengan data terbatas

Jika titik dengan efisiensi terbaik belum diketahui tetapi kurva daya diketahui, maka efisiensinya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1) diatas, untuk sejumlah rata – rata yang berbeda. Dengan pemeriksaan dan metode kesalahan (error methods), maka maksimum efisiensi kecepatan dapat diperoleh. Kadangkala, tidak ada kurva yang menunjukkan input daya atau konsumsi daya listrik. Dalam kasus ini informasi dapat diperoleh dari gambar pompanya. Data yang terdapat pada gambar pompa kemungkinan mempunyai nilai yang tunggal untuk head dan aliran (yang mana tidak selalu merupakan head dan aliran dengan efisiensi terbaik dari operasi pompa) atau interval dari head dan aliran. Salah satu pendekatan dari kondisi efisiensi terbaik dapat menggunakan persamaan di bawah ini;

Qbep = 0.75 Qmax; Hbep = 0.75 Hmax (3)

Pemeriksaan dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa metode yang berdasarkan perhitungan fisik beberapa bagian pompa.

7. Pemahaman Pompa sebagai kurva penampakan Turbin Penampakan kurva untuk turbin menunjukkan bagaimana head berhubungan dengan aliran yang melalui turbin (lihat gambar 7-2.8). Untuk operasi turbin, aliran meningkat dengan head yang meningkat. Kurva tunggal yang ditunjukkan untuk kecepatan operasi normal dapat ditentukan dengan disain yang detil. Adalah juga memungkinkan untuk memplot head dan aliran yang ada pada lokasi yang merupakan hal yang penting (lihat pada gambar 7-2.6). Head yang terdapat pada turbin dan sejajar dengan ketinggian vertikal antara intake dari arus aliran dengan pembuangan


7-52

turbin, lebih sedikit gesekan kerugian head dalam pipa pesat. Perpotongan dari kurva penampakan turbin dengan kurva lokasi dalam gambar 7-2.6 memberi ketinggian dan aliran saat turbin akan beroperasi nyata. Ini diketahui sebagai poin operasi.

H

H

Qt Q0

0

×Limit of PAT operation

Gambar 7-2.8 Head dan Debit Pump as Turbine

SELEKSI PUMP AS TURBIN UNTUK SEBUAH LOKASI YANG SESUAI Bab ini akan memberikan prosedur untuk menyeleksi sebuah pump as turbine untuk menyesuaikan dengan lokasi, menggunakan perhitungan penampakan dan testing turbin. Menyesuaikan sebuah pump as turbin ke kondisi lokasi Dalam menyeleksi lokasi anda, anda memilih sebuah lokasi yang tertentu dengan kondisi head dan debit. Nilai debit secara normal ditentukan dengan nilai debit minimum, yaitu debit yang ada sepanjang tahun. Ketinggian ditentukan dengan ketinggian vertikal antara intake dari aliran dan pembuangan turbin, lebih kecil kerugian head dalam pipa pesat untuk nilai aliran tertentu. Sebuah pompa perlu untuk dipilih dimana head dan debit, pada turbin adalah poin efisiensi terbaik, sedekat mungkin dengan kondisi lokasi. Bagian ini memberikan perhitungan yang dibutuhkan untuk mendapatkan ketinggian turbin dan debit pada poin efisiensi terbaik untuk pompa tertentu. Kondisi berjalan dalam bentuk head dan debit, untuk efisiensi terbaik sebagai sebuah turbin, sangat berbeda dari nilai output pompa, meskipun efisiensi PAT akan mendekati sama dengan operasi pompa. Kerugian gesekan dan kebocoran, dalam pompa sentrifugal, berakibat dalam mengurangi head dan debit dari teori maksimum. Head dan debit yang dibutuhkan, ketika berjalan sebagai turbin, akan lebih besar daripada nilai teoritikal, supaya meningkat untuk menghadapi kerugian. Persamaan berikut diberikan dalam literatur untuk memprediksikan head dan debit turbin untuk kecepatan tetap:


7-53

Q1 = Qbep; H1 = Hbep; η1 = ηmax (4) ηmax ηmax dimana, Qbep adalah nilai debit dan poin efisiensi terbaik pompa (bep) Hbep adalah head pada pompa bep ηmax adalahefisiensi maksimum pompa dan Q1 adalah nilai debit saat poin efisiensi terbaik turbin (bep) H1 adalah head saat turbin bep η1 adalah efisiensi maksimum turbin. Persamaan berimplikasi bahwa perbandingan Q1/Qbep dan H1/Hbep adalah sama, tetapi hasil eksperimen menunjukkan bahwa rasio head selalu lebih besar daripada rasio debit antara turbin dan model pompa. Prediksi dapat diperbaiki dengan menggunakan tenaga berbeda dari ηmax untuk rasio head dan debit, metode berikut diusulkan oleh KR Sharma of Kiloskar Co, India. Jika kecepatan turbin sama dengan kecepatan pompa, persamaannya adalah:

Q1 = 8.0

maxηbepQ

; H1 = 2.1maxη

bepH; η1 = ηmax (5)

Contoh berikut ini menunjukkan cara – cara menghitung head dan debit yang diperlukan turbin ketika kecepatan turbin sama dengan kecepatan pompa. Contoh 2: Perhitungan turbin dengan titik efisiensi terbaik (pada kecepatan pompa) Pada pembangunan pompa tertentu diberikan kurva yang menunjukkan bahwa pompa mempunyai efisiensi yang maksimum yaitu 62% ketika mengirimkan aliran sebesar 20 l/s pada head 16 pada 1,500 rpm. Penampakan turbin pada efisiensi terbaik diperkirakan sebagai berikut (dari persamaan 5):

Kadangkala kecepatan turbin tidak sama dengan nilai kecepatan pompa oleh karena itu diperlukan tambahan persamaan untuk mendapatkan kecepatan running yang berbeda dari turbin dan pompa. Sebelum ke persamaan diperlukan “Hukum Affinity”. Hukum Affinity berhubungan dengan head, aliran dan daya dari pompa atau turbin sampai ke kecepatan.

Aliran (Q) proporsional dengan kecepatan (N) Head (H) proporsional dengan N2 Daya (P) proporsional dengan N3

slQ

Q bep /3.29682.020

62.020

8.08.0max

1 ====η

m4.28563.016

62.016

2.12.1max

1 ====η

bepHH


7-54

Hubungan ini dapat digunakan secara khusus untuk menghitung kondisi running pada titik efisiensi terbaik. Persamaan dari head dan debit adalah sebagai berikut:

.............................................................(6)

...........................................................(7)

dengan Np adalah kecepatan pompa N1 adalah kecepatan running turbin Subtitusikan persamaan (6) dan (7) ke dalam persamaan (5) maka diperoleh:

..................................................................(8)

Suatu contoh yang mewakili perhitungan ini diberikan pada halaman selanjutnya. Harus ditekankan bahwa walaupun metode ini lebih akurat jika dibandingkan persamaan biasanya yang diberikan pada literatur yang ada (4), yang hanya mendekati saja. Nilai sebenarnya Qt dan Ht paling besar ± 20% dari nilai yang diperkirakan dari bep (titik efisiensi terbaik). Hal ini kemungkinan tidak berdasarkan efek signifikan dari input PAT, yang tergantung dari kriterianya. Oleh karena itu dianjurkan setelah seleksi pertama kali pompa harus di tes terlebih dahulu seperti pada turbin. Karena turbin diperiksa terlebih dahulu berapa daya yang dihasilkan dari head dan debit. Metode untuk memeriksanya ditunjukkan pada bagian berikutnya. Suatu contoh yang mewakili perhitungan ini diberikan pada halaman selanjutnya. Harus ditekankan bahwa walaupun metode ini lebih akurat jika dibandingkan persamaan biasanya yang diberikan pada literatur yang ada (4), yang hanya mendekati saja. Nilai sebenarnya Qt dan Ht paling besar ± 20% dari nilai yang diperkirakan dari bep (titik efisiensi terbaik). Hal ini kemungkinan tidak berdasarkan efek signifikan dari input PAT, yang tergantung dari kriterianya. Oleh karena itu dianjurkan setelah seleksi pertama kali pompa harus di tes terlebih dahulu seperti pada turbin. Karena turbin diperiksa terlebih dahulu berapa daya yang dihasilkan dari head dan debit. Metode untuk memeriksanya ditunjukkan pada bagian berikutnya. Contoh 3. Perhitungan Turbin dengan titik efisiensi terbaik pada 1550 rpm Head yang tersedia pada lokasi tertentu adalah 26 m dan aliran airnya adalah 7 l/s. Dianjurkan bahwa pompa pada contoh 2 dapat digunakan pada sebagai turbin pada lokasi ini. Motor induksi digunakan sebagai generator secara langsung dari turbin. Kecepatan turbin ditetapkan oleh kecepatan generator. Dari kecepatan pompa 1450 rpm, kecepatan turbin dapat dihitung menjadi 1550 rpm. Dengan menggunakan persamaan 8, kondisi efisiensi terbaik untuk operasi turbin dapat diperkirakan sebagai berikut:

)()( 11

11 pp

NNQNNNNQ =×==

)()( 1

2

111 p

p

NNHNNNNH =×⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

2.1max

2

11

max

11 ;

ηηbep

p

bep

p

HNNH

QNNQ ×⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=×=


7-55

Nilai – nilai dari head dan aliran ini mendekati kondisi yang ada di lokasi, oleh karena itu pompanya akan sesuai. Karena sulitnya memilih PAT (Pump as Turbine), dianjurkan sebagai contoh untuk memilih secara cepat berdasarkan pada lampiran Tabel 7-2.1 dari “ Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT”. Klien diminta untuk bertanya ke disainer tentang disain mendetail dengan penjelasan teknik untuk memilih pompa untuk PAT, berdasarkan pada karakterisrik dari pompa aktual karena setiap jenis turbin berbeda oleh pembuatannya.

l/s52.657.089.3

14501550

8.08.0max

11 =×=×=

ηbep

p

QNNQ

m5.2657.0

8.1114501550

2.1

2

2.1max

2

11 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=×⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ηbep

p

HNNH


8-1

8. SISTEM KELISTRIKAN Untuk pengadaan tenaga listrik pada PLTMH dapat mengunakan arus searah (DC, direct current) atau arus bolak-balik (AC, alternating current). Secara umum, penggunaan arus AC lebih menguntungkan daripada arus DC. Tegangan AC dapat diubah menjadi tegangan tinggi secara mudah dan murah dengan menggunakan transformator. Dengan demikian energi listriknya dapat ditransmisikan pada jarak yang cukup jauh dari rumah turbin (power house) secara lebih ekonomis, dimana rugi-rugi transmisinya dapat diminalkan. Keuntungan lain dari penggunaan arus AC ialah konstruksi yang lebih sederhana dari generator AC. Arus AC menuntut frekuensi sistem tetap konstan, terutama jika menggunakan motor induksi sebagai generator. Untuk itu diperlukan pengaturan kecepatan putar generator disamping pengatur tegangan (voltage regulator). Pada prakteknya, kombinasi pengadaan tenaga listrik AC dan DC merupakan pilihan yang baik. Penyimpanan tenaga AC ke baterai-baterai (accumulator) memberikan alternatif lain bagi masyarakat yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLTMH untuk dapat menikmati penerangan, televisi, radio atau penerangan lainnya yang memerlukan tenaga listrik dalam jumlah kecil. 8.1 Rangkaian Listrik Arus listrik merupakan elektron yang mengalir pada suatu konduktor (logam yang dapat menghantarkan arus listrik). Energi dari aliran elektron ini dapat dirubah menjadi gerakan (motor listrik), atau panas (lampu pijar, Boiler). Rangkaian listrik terdiri dari 3 bagian dasar, yaitu; Sumber listrik (battery, accu, solar sel, generator, PLN) Konduktor Beban (peralatan listrik)

Rangkaian listrik mempunyai banyak kesamaan dengan sistem pipa air.


8-2

Kran

A

Saklar

MotorListrik

Lam pu

I

Sum ber Listrik

V

turbin

Flow meter

Q

P

Perbedaantekanan

Gambar 8.1 Persamaan rangkaian listrik dengan sistem pipa air

8.2 Sistem Kelistrikan Arus Bolak Balik (AC) Untuk dapat dimanfaatkan dengan baik, arus bolak balik (AC) harus memiliki frekuensi tertentu. Sebagai contoh, untuk lampu pijar frekuensi arus AC yang kecil tidak dapat mempertahankan suhu yang tetap dan hanya akan menghasilkan sinar yang berkedap-kedip. Frekuensi yang dipakai untuk arus AC adalah 50 Hz atau 60 Hz. Tegangan standar yang dihasilkan adalah 110 V dan/atau 220 V untuk generator satu fasa, serta 220/380 V untuk generator 3-fasa. V Sumber tegangan ekivalen dengan generator Beban satu fasa Yang dilengkapi pengatur tegangan dan frekuensi

Gambar 8.2 Sistem Satu Fasa

8.2.1 Sistem Satu Fasa dan Sistem Tiga Fasa Suplai listrik AC dengan sistem satu fasa ditunjukkan oleh Gambar 8.2. Pada dasarnya sistem satu fasa ini hampir sama dengan rangkain DC. Keuntungan sistem satu fasa adalah:


8-3

Instalasi listrik dengan sistem satu fasa lebih sederhana. Sistem pengaturan beban (ELC) untuk satu fasa lebih murah. Ukuran (size) generator ditentukan oleh beban maksimum (kebutuhan konsumen),

sementara pada sistem 3-fasa kapasitas maksimum generator yang dipilih lebih besar daripada beban maksimum (kebutuhan).

Sistem 3-fasa pada dasarnya terdiri dari tiga buah sistem satu fasa dengan satu buah penghantar netral untuk mengembalikan arus. Dalam pelaksanaan/praktek ada 2 cara membuat hubungan pada sistem 3-fasa yaitu :

Hubungan delta (segitiga) Hubungan bintang (Y)

Hubungan delta diperoleh dengan cara menghubungkan ujung lilitan fasa pertama ke pangkal lilitan fasa berikutnya berturut-turut, sehingga diperoleh rangkaian tertutup yang simetris. Jika beban pada setiap fasanya seimbang maka besarnya arus listrik untuk setiap fasa sama. Pada hubungan bintang (Y) ketiga ujung yang sejenis (boleh pangkal maupun ujung) dari ketiga lilitan pada sistem 3-fasa disatukan. Titik persambungannya disebut titik bintang atau titik nol. Sistem penghantaran arus listriknya dapat menggunakan:

Tiga hantaran tanpa kawat nol (merah, kuning, biru) Tiga hantaran kawat fasa (merah kuning, biru) dan satu hantaran kawat nol (hitam).

Hubungan bintang (Y) Hubungan segitiga (delta) IR adalah arus pada kawat netral Jika beban seimbang maka IR = 0 IL = IP VL = VP √3 R IR R R IR R IRY N IN IBR B IB IYB Y B IB Y IY B Y Y IY IR, IY dan IB adalah arus pada jala-jala IRY, IYB, dan IBR adalah arus fasa pada hubungan delta R = Red, merah Jika beban seimbang, besarnya arus jala sama: IR=IY=IB=IL Y = Yellow, kuning Arus fasa pada hubungan delta tersebut juga sama besarnya: IP B = Blue, biru IL=IP √3 N = Netral

Gambar 8.3 Sistem Y dan Delta


8-4

Daya listrik pada beban (pemakai) adalah jumlah dari pemakaian daya listrik dari masing-masing beban. Pada generator sistem 3-fasa, baik disambung segitiga maupun disambung bintang, selalu mempunyai daya yang tetap. Keuntungan sistem 3-fasa ini adalah:

Generator dan motor induksi 3-fasa banyak tersedia di pasaran dengan harga yang relatif murah dibandingkan bila menggunakan generator satu fasa untuk kapasitas yang sama diatas 5 kW.

Dimensi generator dan motor induksi 3-fasa lebih kecil dibandingkan generator satu fasa untuk rating (kapasitas) yang sama.

Penggunaan sistem 3-fasa menghemat pemakaian penghantar (tembaga) lebih dari 75% dibanduingkan sistem satu fasa dengan tegangan yang sama.

Pada prakteknya, pemilihan penggunaan sistem satu fasa atau 3-fasa tergantung biaya yang tersedia dan kemudahan untuk mendapatkan perlengkapan instalasi listrik yang diperlukan.Bila sistem 3-fasa akan digunakan perlu dipertimbangkan batasan agar sistem beban satu fasa dihubungkan tetap diperoleh keseimbangan. Maka, semua sistem beban satu fasa (rumah tangga) dapat dihubungkan ke salah satu fasa dari jala-jala sistem 3-fasa. 8.2.2 Daya Arus Bolak-balik dan Faktor Daya Besarnya daya listrik yang dipakai oleh suatu alat listrik ditentukan oleh besarnya tegangan (V) dan arus listrik (I) yang mengalir di dalam alat listrik tersebut. Untuk arus bolak-balik, besarnya tegangan dan arus listrik berubah-ubah setiap saat. Daya sesungguhnya yang terpakai (P) adalah :

P = E X I Cos φ Dimana: P = daya sesungguhnya dalam satuan watt (W) E x I = daya semu dalam satuan volt ampere (VA) Cos φ = faktor daya, Pf φ = geseran sudut antara tegangan dan arus listrik daya semu (VA) = E x I daya semu (VA) daya reaksi daya nyata (watt), P = E x I Cos φ (VAR) daya reaksi (VAR), Q = E x I Sin φ φ VAR = Voltage-Ampere Reaktive Gambar 8.4 Vektor daya Berdasarkan persamaan daya, dapat ditulis:

Daya nyata (watt) = Pf x Daya semu (VA)


8-5

Dari vektor daya (Gambar 8.4) dapat diketahui hubungan antara daya nyata (real power, watt), daya semu (apparent power, VA) dan daya reaksi (reactive power, VAR) yang dapat dinyatakan oleh persamaan:

Daya semu (VA) = √ (Daya nyata)2 + (Daya reaksi)2 Pada peralatan listrik, faktor daya ini penting sekali diketahui. Semakin tinggi faktor dayanya, semakin tinggi mutunya. Sebaliknya semakin rendah faktor dayanya, semakin rendah pula mutunya. 8.3 Generator Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran poros menjadi energi energi listrik. Konversi Energi tersebut berlangsung melalui medium medan magnet. Untuk instalasi PLTMH dapat digunakan generator sinkron dan generator induksi. Bagian utama generator terdiri dari bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Diantara rotor dan stator terdapat celah udara. Pada generator sinkron kumparan medan terdapat pada rotor, sedangkan kumparan jangkarnya merupakan bagian yang diam. Generator induksi (asinkron) mempunyai kumparan jangkar pada stator, dan tidak terdapat kumparan medan karena generator induksi menggunakan prinsip imbas elektromagnet. 8.3.1 Generator Sinkron 8.3.1.1 Prinsip Kerja Generator Sinkron Pada generator sinkron kutub-kutub pembangkit medan magnet (rotor) berputar terhadap jangkar (stator). Selama rotor berputar terjadi fluks medan magnet yang membangkitkan energi listrik yang dikenal sebagai gaya gerak listrik (GGL). Arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan dialirkan oleh kawat-kawat yang dihubungkan langsung dengan lilitan (kumparan) jangkar. Untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dapat diperoleh dengan 2 cara yaitu:

Rotor generator sinkron merupakan magnet permanen Mengalirkan arus searah (DC) ke rotor untuk membangkitkan medan magnet pada

kumparan medan, biasanya diberikan oleh mesin penguat yang terpisah ke rotor melalui cincin.

Gambar 8.5 memperlihatkan mekanisme pembangkitan energi listrik dengan kedua cara tersebut. Pada saat generator mengeluarkan arus dari semua lilitan statornya, pada stator timbul medan putar. Kutub medan rotor akan mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron).


8-6

Gambar 8.5 Mekanisme Pembangkitan Daya pada Generator Kecepatan sinkron untuk generator arus bolak-balik dinyatakan dengan persamaan:

120 . f n = .

P Dimana: n = kecepatan putar, rpm f = frekuensi tegangan, Hz P = jumlah kutub Jadi, misalnya untuk mendapatkan arus bolak-balik dengan frekuensi 50 Hz, sebuah generator yang mempunyai empat buah kutub harus berputar dengan kecepatan (n) sebesar: n = (120 . 50)/4 n = 1500 rpm


8-7

8.3.1.2 Pemilihan Generator Sinkron Kapasistas sebuah generator dinyatakan dalam Volt-Ampere. Sebuah generator harus memiliki kapasitas (Volt-Ampere) yang cukup untuk memenuhi kebutuhan pada saat beban maksimum. Dengan memperhatikan rugi-rugi generator serta untuk menjamin kinerja generator maka perlu adanya faktor keamanan, biasanya 20 % Jadi untuk memenuhi kebutuhan (beban) sebesar 100 kVA dipergunakan generator 120 kVA. Bila akan digunakan pengontrol beban (ELC, Electronic Load Controller) maka kapasitas daya tambahan (ekstra) sebesar 60%. Disamping itu perlu dipertimbangkan kemungkinan bertambahnya beban akibat adanya penambahan permintaan suplai listrik. Efisiensi generator sinkron umumnya meningkat sebanding dengan kapasitasnya, dari 65% untuk daya 1 kVA sampai 90% untuk daya 20 kVA. Generator yang dipakai disesuaikan dengan sistem arus bolak-balik yang dipilih, apakah sistem satu fasa atau 3-fasa. 8.3.2 Generator Asinkron Penggunaan generator asinkron (generator induksi) sebagai pembangkit listrik pada PLTMH dengan kapasitas yang kecil lebih handal dibandingkan bila menggunakan generator sinkron. Biasanya sebagai generator asinkron digunakan motor induksi. Motor induksi sebagai generator sebenarnya merupakan teknologi yang sudah tidak asing lagi di dunia PLTMH. Biasanya sistem ini disebut “Induction Motor as Generator” atau IMAG. Di Indonesia kemungkinan pengembangan teknologi ini terbuka lebar setelah adanya sistem kontrol beban elektronik IGC (Induction Generator Controller). Sistem IMAG (asynchronous) jika dibandingkan dengan sistem synchronous (generator sinkron) memiliki beberapa keunggulan yang sangat berarti untuk proyek-proyek PLTMH, terutama dengan kapasitas sampai 5 kW. Keunggulan utamanya adalah harganya lebih murah dibandingkan generator sinkron. Sementara itu kelemahan utamanya adalah: 1. Tidak mempunyai magnet permanen 2. Tidak adanya magnet permanen ini menyebabkan generator asinkron membutuhkan

kapasitor untuk menjadi generator. Hal ini menyebabkan fungsi kapasitor menjadi barang habis yang harus selalu tersedia.

8.3.2.1 Prinsip Kerja Motor Induksi Bila lilitan stator motor induksi 3-fasa dihubungkan pada jala-jala maka pada stator akan timbul medan putar dengan kecepatan:

120 ns = .f

P


8-8

Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor, sehingga pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (GGL). Adanya GGL dalam kawat-kawat menyebabkan adanya arus dalam kawat rotor. Karena kawat-kawat yang dialiri arus tersebut berada dalam medan putar, maka timbul pula kopel yang menyebabkan kawat-kawat tersebut berputar bersama dengan rotor, searah dengan medan putar stator. Agar tegangan induksi (GGL) terjadi, maka garis-garis gaya medan putar stator harus saling berpotongan dengan kawat-kawat rotor. Bila rotor berputar sama cepatnya dengan medan putar stator, maka garis-garis gaya medan putar tidak akan dapat saling berpotongan dengan kawat-kawat rotor sehingga tidak akan timbul tegangan induksi. Dengan demikian, pada motor induksi kecepatan berputarnya rotor tidak sama dengan kecepatan medan putar stator. Karena itu motor induksi disebut juga sebagai motor asinkron. Perbedaan kecepatan berputar rotor (nr)dengan kecepatan medan putar stator (ns) disebut slip (S), dinyatakan dengan :

(ns – nr) S = .

ns Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor. Besar kecilnya slip dipengaruhi juga oleh keadaan beban dari motor. Bila beban kosong, maka keadaan slip akan lebih kecil daripada bila beban penuh. Pada motor-motor dengan daya kecil slip yang terjadi lebih besar daripada motor-motor dengan daya besar. Untuk motor kecil, 1 kW, pada saat beban penuh, besarnya slip sekitar 0,05. semakin besar daya motor, pada saat beban penuh besarnya slip akan semakin kecil. 8.3.2.2 Motor Induksi Sebagai Generator Untuk dapat berfungsi sebagai generator, motor induksi (IMAG) memerlukan daya reaktif untuk menimbulkan medan putar. Suplai daya reaktif ini diberikan oleh kapasitor. Penggerak utama dipakai untuk memutar rotor searah dengan arah medan putar. Bila slip dibuat negatif atau dengan kata lain kecepatan berputar rotor (nr) lebih besar daripada kecepatan medan putar stator (ns), mesin akan berfungsi sebagai generator. 8.3.2.3 Karakteristik Generator Induksi (IMAG) Motor induksi umumnya berputar dengan kecepatan konstan mendekati kecepatan sinkronnya. Perubahan beban pada motor induksi mempengaruhi putara motor induksi. Akibatnya akan terjadi perubahan frekuensi yang menimbulkan perubahan tegangan listrik. Pada generator induksi (IMAG) tegangan akan turun dengan cepat pada saat beban bertambah, sehingga perlu adanya pengaturan tegangan dan putaran. Saat ini untuk instalasi mikrohidro, dengan menggunakan motor induksi sebagai generator, tersedia sistem pengaturan IGC (Industion Generator Controller)


8-9

Pada saat motor induksi digunakan sebagai generator, tegangan yang dihasilkan umumnya 10% lebih rendah dari tegangan yang diperlukan untuk mengoperasikannya sebagai motor listrik dengan frekuensi yang sama. 8.3.2.4 Pemilihan Generator Induksi Pada dasarnya pertimbangan yang dilakukan pada pemilihan generator sinkron juga berlaku pada pemilihan motor induksi, seperti faktor daya, faktor keamanan untuk kapasitas daya motor induksi (daya ekstra), dll. Pada prakteknya sering digunakan faktor daya sebesar 0,8 dalam memilih generator induksi. Sebagai contoh, untuk memenuhi kebutuhan beban 10 kW dipilih motor dengan rating (kapasitas) 10 kW / 0,8 = 12,5 kW. Tegangan yang dihasilkan oleh motor induksi (IMAG) lebih rendah daripada spesifikasi yang tercantum (rated voltage) bila digunakan sebagai generator. Sebagi contoh sebuah motor induksi memiliki spesifikasi, 380 V (220 V line – netral), 3 –fasa, 50 Hz, hubungan bintang (Y). Bila digunakan sebagai generator, motor induksi tersebut mungkin hanya mensuplai tegangan 380 V ( 220 V line-netral), 3-fasa, 4 hantaran kawat. Bila ingin mempertahankan tegangan (sesuai spesifikasi) dapat juga dicapai dengan menaikkan frekuensi sistem dari 50 Hz menjadi sekitar 53 Hz. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunkan IGC. Dalam pelaksanaannya (praktek) peningkatan frekuensi sebesar 10% akan menaikkan tegangan yang dihasilkan sekitar 15%. 8.4 Pentanahan Masalah pentanahan merupakan salah satu faktor penting di dalam pelistrikan seperti pada instalasi pembangkit, sistem transmisi dan distribusi. Pentanahan berhubungan erat dengan perlindungan suatu sistem berikut semua perlengkapannya. Mengusahakan pentanahan berarti mengusahakan agar arus gangguan yang timbul pada saat tertentu, mengalir masuk tanah sehingga tidak merusak peralatan listrik yang ada. Dalam pelaksanaannya, pentanahan meliputi:

Pentanahan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu titik pada penghantar arus dari sistem, seperti pada sistem transmisi dan distribusi.

Pentanahan peralatan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu bagian yang tidak membawa arus dari sistem, seperti pada pipa baja saluran tempat kabel, batang pemegang saklar.

8.4.1 Pentanahan Langsung Pada pentanahan langsung, titik netral sistem langsung dihubungkan dengan tanah tanpa suatu tambahan impedansi dari luar. Namun ada reaktansi antara netral dan tanah. Penggunaan pentanahan ini perlu memperhatikan kemungkinan terjadinya arus gangguan yang besar. Biasanya untuk sistem tegangan rendah (s/d 600 V) dan tegangan tinggi (22 kV) metoda ini banyak digunakan.


8-10

8.4.2 Pentanahan Lewat Hambatan Pentanahan lewat hambatan banyak diterapkan pada sistem tegangan menengah (2,4-13,8 kV). Pada pentanahan ini di antara titik netral sistem dan tanah dipasang hambatan untuk mengurangi besarnya arus gangguan yang mungkin terjadi. Metoda ini akan menimbulkan tegangan lebih yang cukup tinggi. 8.4.3 Pentanahan Lewat Reaktan Penambahan berupa reaktan dimaksudkan untuk memperbesar reaktansi yang berasal dari generator/transformator agar arus gangguan tanah tidak melebihi arus gangguan 3-fasa yang dihasilkan. RN Xg Xg RN Pentanahan Langsung Pentanahan Lewat Hambatan XN XN Pentanahan Lewat Reaktan Pentanahan Fault Netralizer

Gambar 8.6 Macam-macam Sistem Pentanahan


8-11

8.4.4 Pentanahan dengan Ground-Fault Neutralizer Pentanahan ini dikenal juga dengan nama pentanahan resonans. Cara ini sering digunakan pada sistem yang sering mengalami gannguan di udara, sehingga pemutusan saluran dari penyedia daya tidak selalu harus dilakukan. 8.4.5 Konstruksi Sistem Pentanahan Peralatan konstruksi sistem pentanahan adalah:

Elektroda tanah (grounding elektrode) adalah sejenis penghantar yang ditanam di dalam tanah dan berfungsi agar potensial semua penghantar yang dihubungkan sama dengan potensial tanah, perlengkapan ini juga merupakan alat pelepasan arus ke tanah. Elektroda tanah memegang peran penting karena amat menentukan seberapa besar arus gangguan yang dapat dilepaskan ke tanah.

Penghantar tanah (grounding conductor) berfungsi menghubungkan peralatan sistem yang akan ditanahkan ke bus tanah atau elektroda tanah.

Terdapat beberapa sistem pentanahan :

Pentanahan dengan elektroda alamiah, dimana yang menjadi elektroda adalah penghantar-penghantar listrik yang berada dibawah bangunan, misalnya: kerangka pipa, konstruksi logam, dsb. Di daerah pedesaan elektroda seperti ini banyak digunakan melalui mata air sebagai elektroda tanah.

Pentanahan dengan elektroda buatan, digunakan elektroda khusus untuk keperluan pentanahan seperti: sistem batang tancap, dimana batang yang menjadi e;ektroda dapat berupa piupa logam dan ditancapkan tegak lurus menembus beberapa meter ke dalam tanah.

Kabel batang benam, dimana sering dilakukan untuk daerah cadas maupun untuk daerah berpasir. Dilaksnakan dengan membenamkan batang atau kabel logam secara mendatar (horizontal) sebagai elektroda sekitar 0.5 s/d 1 meter di bawah permukaan tanah.

Sistem grid/kisi-kisi. Sistem ini biasanya dilakukan untuk kebutuhan pentanahn pusat listrik dimana pentanahan dilakukan untuk seluruh daerah instalasi pusat listrik. Penghantar-penghantar dibenamkan sedalam 0,3 - 0,6 m membentuk suatu jaringan yang bersilangan sehingga terdiri dari kotak-kotak persegi.

Pelat benam, biasanya digunakan untuk industri kecil. Pelat logam seluas 1 – 3 m2 ditanam di dalam tanah dengan posisi tegak pada umumnya, dengan kedalaman 1,5 – 3 m. Metoda ini jarang dipakai karena mahal.

8.4.6 Bahan-bahan Elektroda Syarat-syarat utama bahan elektroda diantaranya adalah:

Tidak mudah berkarat seperti: baja dan tembaga. Kokoh dan tahan terhadap desakan, pukulan, dsb. Memiliki daya hantar listrik yang baik.


8-12

Penggunaan tembaga dapat membentuk sel galvanis dengan bahan logam lain yang tertanam di tanah seperti saluran pembungkus kabel sehingga mempercepat terjadinya korosi pada logam tersebut. Untuk pencegahannya dilakukan pelapisan timah pada tembaga atau melapisi logam-logam lain dengan aspal, terutama yang dekat dengan elektroda tembaga. Untuk elektroda baja tidak menimbulkan masalah dan cocok untuk sistem grid maupun elektroda benam. 8.4.7 Hantaran Pentanahan Hantaran pentanahan ialah hantara yang menghubungkan bagian yang harus ditanahkan dengan elektroda pentanahan. Luas penampang minimum untuk hantaran :

Untuk hantara dengan perlindungan mekanis yang kokoh: a. Hantaran tembaga : 1,5 mm2 b. Hantaran aluminium : 2,5 mm2

Untuk hantaran yang tidak diberi perlindungan mekanis yang kokoh: c. Hantaran tembaga : 4 mm2 d. Pita baja, tebal minimum 2,5 mm : 50 mm2 e. Hantaran aluminium tidak boleh digunakan.

Sebagai perlindungan digunakan pipa baja, pipa plastik tidak cukup kuat. Jika tidak dipasang dalam pipa, untuk hantara pentanahan sebaiknya digunakan hantaran telanjang, sehingga mudah dikontrol jika ada yang putus. Untuk rumah tinggal sebaiknya jangan digunakan hantaran telanjang. Hantaran pentanahan harus dipasang sedemikian rupa sehingga tidak mungkin terjadi pemutusan. Saklar, pengaman lebur dan sambungan yang mudah dilepas tidak boleh dipasang pada hantaran pentanahan. Hantaran netral (hantaran nol) tidak boleh digunakan sebagai hantaran pentanahan. Dalam hantaran netral ada rugi tegangan dan dapat timbul beda tegangan antara benda yang ditanahkan dan tanah. Sambungan antara hantaran pentanahan dengan elektroda pentanahan harus kuat dan membuat kontak listrik yang baik. Cara penyambungan hantaran pentanahan ke elektroda yang umum adalah:

Sambungan dengan klem atau baut dengan batas suhu yang diijinkan adalah 2500C. Sambungan termis dengan las dengan batas suhu maksimum 4500C.

Satu hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan penyambungan adalah pembersihan permukaan pada bagian-bagian yang akan disambung dari debu, kotoran atau bahan isolator lain yang melekat. 8.5 Electronic Load Controller Tujuan utama penggunaan Elektronic Load Controller (ELC) adalah menjaga frekuensi agar tetap konstan dengan cara menstabilakan kecepatan generator. Kecepatan generator akan konstan jika ada keseimbangan antara daya masukan dari turbin dengan daya keluaran generator yang berupa tenaga listrik. Daya keluaran generator yang digunakan oleh konsumen berupa lampu penerangan, mesin-mesin listrik, pemanas, dsb, penggunaannya sangat bervariasi dan besarnya bisa berubah setiap saat. Jika daya


8-13

masukan dari turbin ke generator tidak mengalami perubahan sedangkan daya keluaran generator yang digunakan oleh konsumen berubah-ubah maka keseimbangan daya tidak akan tercapai, hal ini akan mengakibatkan adanya perubahan kecepatan generator sehingga frekuensi akan berubah dengan sendirinya. Oleh karena itu perlu ada penyesuaian antara beban generator dan daya masukkannya dengan menempatkan beban penyeimbang di sisi keluaran generator yang disebut beban tambahan (ballast load). Aliran daya dari turbin ke generator sampai dengan beban konsumen dan beban tambahan dapat dilihat pada gambar 8.5.1. Fungsi ELC disini adalah untuk mengatur penyaluran daya ke beban tambahan secara otomatis dan cepat seiring dengan perubahan beban di konsumen. Besarnya beban tambahan adalah 120 % dari daya listrik terbangkit. Dengan demikian jika tidak ada daya ke beban konsumen, maka semua daya bisa disalurkan ke beban tambahan. Air

Gambar 8.7. Diagram aliran daya dengan Elektronic Load Controller (ELC) Beban tambahan (ballast load) umumnya menggunakan pemanas air (water heater) atau pemanas udara (air heater). Besar kecilnya daya yang disalurkan ke beban tambahan dapat dilihat dari besarnya tegangan beban tambahan tersebut (tegangan ballast load), makin besar daya pada beban tambahan besar pula tegangannya, sebaliknya jika tidak ada daya pada beban tambahan maka tegangan ballast menjadi nol. Tegangan ballast dapat dilihat pada panel kontrol. 8.5.1 Komponen Panel Kontrol dan Fungsinya 8.5.1.1 Modul ELC Pengendali Frekuensi Modul ELC yang berfungsi sebagai pengendali/kontrol frekuensi (kecepatan generator) terdiri dari komponen :

Satu buah Main Board kontrol (PCB) sebagai pengendali sistem kerja modul power elektronik (thrystor) dan proteksi frekuensi. Melalui PCB ini frekuensi generator dapat diatur agar tetap pada frekuensi 50 Hz.

Turbin

Generator

ELC

Beban tambahan

Beban konsumen

Daya masukan Daya

keluaran


8-14

Tiga buah fan sebagai pendingin heatsink, bekerja dengan tegangan 220 V yang dihubungkan langsung dengan keluaran generator.

Tiga buah heatsink (pendingin) sebagai pendingin modul power elektronik (thyristor).

Tiga buah modul power elektronik (thyristor =SCR) yang menempel pada heatsink sebagai saklar daya ke beban tambahan (ballast load) yang dikendalikan oleh PCB kontrol, kemampuan mengalirkan arus sebesar 71 A pada tegangan 1200 V (tergantung typenya).

Tiga buah kapasitor yang disambung pada masing-masing fasa generator (R-N, S-N dan T-N) dan inductor yang tersambung antara generator dan thyristor sebagai filter supaya gelombang tegangan yang dihasilkan generator menjadi baik.

Tiga buah trafo 1 fasa 220V/18V, 1 Ampere digunakan sebagai catu daya PCB kontrol. Bagian primer (220 V) dari ketiga trafo ini fasa dan netralnya diambil dari generator (satu fasa saja) yaitu R - N, sedangkan bagian sekundernya (18 V) disambungkan ke PCB dengan nomor soket 3-4, 9-10 dan D-E..

Tiga buah trafo arus 300 A / 5 A sebagai sensor arus generator yang digunakan untuk mengendalikan stabilitas frekuensi. Cara kerja dari trafo ini adalah menurunkan arus pada kabel yang melewati bagian tengah dari trafo ini dengan perbandingan 300 : 5. Jadi bila ada arus yang mengalir pada bagian tengah traro ini sebesar 300 A maka akan diturunkan menjadi 5 A pada bagian keluarannya dan keluarannya ini disambungkan ke PCB dengan nomor soket 5-6, 11-12, dan 15-A.

Tiga buah sikring (fast fuse) sebagai pengaman modul power elektronik (thyristor) jika terjadi gangguan pada beban tambahan (ballast).

8.5.1.2 Alat Ukur Listrik

Tiga buah amperemeter yang bekerja dengan bantuan tiga buah trafo arus 75A/5A (tergantung desain) digunakan sebagai penunjuk besarnya arus listrik yang dikeluarkan oleh generator pada setiap fasa ( R, S ,T).

Satu buah voltmeter utama (0-500 V) sebagai petunjuk besarnya tegangan keluaran generator. Pengukuran tegangan dapat dipilih antara tegangan fasa-fasa dan tegangan fasa-netral dengan menggunakan selector switch. Tegangan line (fasa-fasa) = 380 V, tegangan fasa-netral = 220 V.

Tiga buah voltmeter ballast load (0-300 V) sebagai petunjuk besarnya tegangan ballast load, dengan mengetahui besarnya tegangan ini dapat diperkirakan besarnya daya yang ada pada ballast load.

Satu buah frekuensi meter, dalam kondisi kerja harus menunjuk angka 50 Hz, Jika menunjuk lebih dari 50 Hz itu berarti putaran generator melebihi 1500 rpm, begitu pula sebaliknya jika menunjuk kurang dari 50 Hz maka putaran generator kurang dari 1500 rpm dan kedua kondisi tersebut bila dibiarkan akan merusak generator. Frekuensi meter ini dihubungkan pada keluaran generator fasa R dan N (netral).

Hourmeter berfungsi mencatat lamanya jam operasi dari sistem pembangkit. Penyambungan kabelnya sama dengan frekuensi meter.


8-15

8.5.1.3 Asesoris Panel

Tiga buah lampu pilot diameter 22 mm, tegangan 220 V, warna merah, kuning dan hijau terletak di posisi paling atas panel akan menyala bila kontaktor bekerja.

Satu buah lampu pilot (indicator lamp) diameter 10 mm, tegangan 220 V, warna hijau yang terletak di atas tombol push botton ON-OFF akan menyala bila kontrol sudah bekerja dengan baik dan kontaktor siap untuk dijalankan dengan cara menekan tombol ON.

Selektor volt (selector switch) digunakan untuk mengubah posisi tegangan generator yang akan diukur, dengan alat ini kita bisa memilih tegangan mana yang akan teukur pada volt meter generator apakah tegangan antar fasa (R-S, R-T, S-T) atau tegangan fasa – netral (R-N, S-N, T-N) tanpa merubah kondisi tegangan pada sisi konsumen sedikitpun.

Push botton ON adalah tombol untuk mengoperasikan kontaktor. Push botton OFF adalah tombol untuk mematikan kontaktor, tombol ini ditekan hanya dalam keadaan darurat.

8.5.1.4 Power Switch Gear Power switch gear (alat penyambung daya listrik), peralatan ini terletak di dalam panel kontrol yang terdiri dari :

NFB (No Fuse Breaker) berfungsi sebagai penyambung daya ke konsumen secara manual dan juga sebagai pengaman generator terhadap arus yang melebihi kapasitas generator.

Kontaktor yang berfungsi sebagai penyambung daya akan bekerja bila ada arus listrik yang mengalir pada coil kontaktor, arus ini dikendalikan oleh modul elektronik (PCB kontrol), jika generator bekerja sesuai dengan setting frekuensinya maka relay yang terdapat pada PCB kontrol akan menyambungkan kontaknya (soket B-C) sehingga arus listrik mengalir ke lampu indicator warna hijau (diameter 10 mm) dan push button, hal ini menyebabkan lampu indicator menyala dan bila kita menekan tombol ON maka arus akan terus mengalir ke coil kontaktor dan akhirnya kontaktor bekerja dan jika generator bekerja di luar setting frekuensinya maka kontaktor akan memutuskan daya dengan cara relay yang terdapat pada PCB kontrol melepaskan kontaknya (soket B-C) sehingga tidak ada arus yang mengalir ke lampu indicator dan push botton, dengan tidak adanya arus pada push button maka tidak ada pula arus yang mengalir pada coil kontaktor sehingga kontaktor melepaskan sambungan dayanya.

Terminal power digunakan sebagai penyambung antara panel kontrol ke generator, panel kontrol ke beban konsumen dan panel kontrol ke beban tambahan (ballast load).

Sekring (fast fuse) digunakan sebagai pengaman peralatan elektrikal seperti generator dan komponen listrik yang terdapat didalam panel kontrol terhadap beban lebih atau hubung singkat di jaringan, sekring ini dipasang setelah NFB..


8-16

8.5.1.5 Pengkabelan Berikut ini beberapa petunjuk yang diperlukan dalam melakukan instalasi kabel sistem kontrol ELC.

Ukuran kabel harus disesuaikan dengan daya out put generator (untuk 40 kW digunakan ukuran kabel 35 mm, sebaiknya menggunakan kabel fleksibel).

Setiap menghubungkan kabel ke terminal, ujung kabel harus menggunakan sepatu kabel yang sesuai.

Kabel harus terikat kuat pada terminal, jika tidak akan menimbulkan panas dan kemungkinan akan timbul bunga api.

Kabel sebaiknya terbungkus rapat sehingga tidak mudah dimakan oleh tikus/binatang lainnya.

8.5.1.6 Ballast Load Ballast load pada sistem kontrol ELC terdiri dari :

Air heater (pemanas udara/ballast), sebagai beban tambahan, dipasang parallel untuk masing-masing phasa. Kapasitas masing-masing heater tercantum pada pangkal heater.

Bus bar (plat tembaga) digunakan sebagai terminal tiap-tiap ballast, dan jumlahnya adalah 4 buah bus bar, yaitu 3 untuk masing-masing phasa dan 1 buah untuk netral. Bus bar duduk pada isolator ballast.

Untuk menginstal beban tambahan (ballast load) perlu diperhatikan hal-hal berikut :

Kapasitas daya pada ballast load 120% dari kapasitas daya listrik terbangkit. Ballast load ditempatkan pada tempat yang pendinginannya terjamin, sehingga

tidak menimbulkan panas yang berlebihan. Ukur tahanan kabel netral minimal harus sama dengan kabel R, S dan T (boleh

lebih besar). Beban tambahan (ballast load) dihubungkan (Y) dan titik bintang (titik netral)

sebaiknya dihubungkan ke ground (tanah). Pastikan ukuran tahanan ballast load total sesuai dengan rumus berikut

R= V 2/P (ohm)

R = tahanan ballast (ohm atau Ω), V = tegangan ballast (Volt), P = daya ballast terpasang (Watt).


8-17

Tabel 8.1 Kemampuan Hantar Arus Terus Menerus Kabel Instalasi Berisolasi PVC Tunggal dengan Penghantar Tembaga (NYA, NYAF, dll) dan Pengamannya, Pada Suhu Keliling 300C dengan Suhu Penghantar Maksimum 700C

1 2 3 4 5

Untuk Pemasangan dalam pipa instalasi

Untuk pemasangan di uadara pada isolator Luas

penampang nominal

kabel

Kemampuan hantar arus maksimum

kabel

Kemampuan hantar arus

nominal maksimum pengaman


maksimal kabel


nominal maksimum pengaman

mm2 A A A A 1

1,5 2,5 4 6

10 16 25 35 50

70 95 120 150 185

240 300 400 500

11 15 20 25 33

45 61 83 103 132

165 197 235

- - - - - -

10 16 20 25 35 50 63 80 100 125

160 200 250

- - - - - -

19 24 32 42 54

73 98 129 158 197

245 290 345 390 445

525 605 725 825

20 25 35 50 63

80 100 125 160 200

250 300 355 425 425

500 600 710 850


8-18

Tabel 8.2 Kemampuan Hantar Arus Terus Menerus Kabel Instalasi Berisolasi dan Berselubung PVC dengan Penghantar Tembaga (NYM dan sebagainya) dan Kabel Fleksibel serta Pengamannya Pada Suhu Keliling 300C dengan Suhu Penghantar Maksimum 700C

1 2 3

Luas penampang nominal kabel

Kemampuan hantar arus maksimum kabel

Kemampuan hantar arus nominal maksimum

pengaman mm2 A A

1,5 2,5 4 6 10

16 25 35 50 70

95 120 150 185 240

300

19 25 34 44 61

82 108 134 167 207

249 291 334 380 450

520

20 25 35 50 63

80 100 125 160 224

250 300 355 355 425

500


8-19

Tabel 8.3 Ukuran-ukuran Minimum Elektroda Pentanahan

Bahan Jenis Elektroda Baja berlapis seng

(proses panas) Baja berlapis

tembaga Tembaga

Elektroda pita

Pita baja: luas penampang : 100 mm2 tebal : 3 mm Hantaran pilin: (bukan kawat halus) luas penampang : 95 mm2

luas penampang : 50 mm2

Pita tembaga: luas penampang : 50 mm2 tebal : 2 mm Hantaran pilin: (bukan kawat halus) luas penampang : 35 mm2

Elektroda batang

Pipa baja: diameter : 1” Baja profil: 65 x 65 x 7 mm (atau batang profil lain yang setaraf)

Baja bulat: diameter : 15 mm tebal lapisan tembaga : 2,5 mm

Pipa tembaga: luas penampang : 50 mm2 tebal : 2 mm hantaran (hantaran pilin bukan kawat halus) luas penampang : 35 mm2

Elektroda pelat

Pelat baja: luas : 0,5 – 1 m2 tebal : 3 mm

-----------

Pelat tembaga: luas : 0,5 – 1 m2 teal : 2 mm


8-20

Tabel 8.4 Luas Penampang Nominal Minimum Hantaran Pengaman

1 2 3 4 5

Hantaran pengaman berisolasi Hantaran pengaman tembaga telanjang

Hantaran

fasa Kabel berinti 1 Kabel tanah

berinti 4 dilindungi Tidak dilindungi

mm2 mm2 mm2 mm2 mm2

0,5 0,75

1 1,5 2,5

4 6 10 16 25

35 50 70 95 120

150 185 240 300 400

0,5 0,75

1 1,5 2,5

4 6 10 16 16

16 25 35 50 70

70 95 - - -

- - -

1,5 2,5

4 6 10 16 16

16 25 35 50 70

70 95 120 150 185

- - -

1,5 1,5

2,5 4 6 10 16

16 25 35 50 50

50 50 50 50 50

- - - 4 4 4 4 6 10 16

16 25 35 50 50

50 50 50 50 50

Manual Pembangunan Pembangkit Liatrik Tenaga Mikrohidro

9-1

9. FASILITAS TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

9.1 Ide tentang Listrik

Listrik adalah mirip dengan Air. Potensi tenaga air adalah sebanding dengan Ketinggian (m) dari air dan Volume dari aliran (m3/s). Kemiripan, Potensi tenaga listrik adalah sebanding dengan Tegangan (V) dan Arus (A).

E (V)

I (A)

P (W) = E (V) * I (A)

H (m) Q (m3/s)

T

P (W) = 9.8* Q(m3/s) * H (m)


9-2

Lebih besar lebih mudah untuk mengalir. Lebih besar lebih mudah untuk mengalir, karena lebih besar tahanannya lebih kecil. Penting untuk diperhatikan Hal-hal di atas adalah konsep dasar setelah bagian 9.2 berikut. Jika mendisain sebuah jaringan distribusi, direkomendasikan untuk berkonsultasi seperti misalnya ke PLN. 9.2 Pemilihan Jalur Distribusi Lokasi struktur pendukung harus dipilih pada tempat-tempat dimana (a) Mudah untuk akses dan perawatan (b) Kondisi tanah kuat dan stabil (c) Diharapkan tidak ada masalah dalam pengalihan/penggunaan lahan (d) Tidak ada masalah pada jarak dengan rumah dan pohon, dsb (e) Jalur distribusi harus paling pendek (f) Jika tiang dipasang disekitar slope curam atau pada dasar jurang, perhitungkan gambar

berikut: Karena tanah longsong dapat menimpa posisi transmisi, maka tempatkan jalur transmisi pada garis yang kuat. Hindari memasang tiang pada dasar jurang.

< Q (m3/s) Q (m3/s)

Pipa

I (A) I (A)

Konduktor

<


9-3

(g) Ketinggian konduktor dari atas tanah harus lebih dari 4 m. 9.3 Fasilitas Distribusi Struktur pendukung adalah sebagai berikut:

(a) Tiang (d) Pengaman (b) Tarik tegang (e) Trafo distribusi (c) Konduktor dan kabel (f) Sambungan rumah

9.4 Tiang

Tegangan rendah: lebih dari 4 m 20kW: lebih dari 6.5 m

Kurang tinggi




9-4

Tiang standar untuk jaringan transmisi diklasifikasikan seperti terlihat dalam Tabel 9.1: Prioritas dalam penggunaan tiang beton harus bikinan lokal. Untuk tiang-tiang beton, pembuatan tiang yang lebih panjang dan kuat akan lebih baik untuk skala penggunaan yang lebih luas. Untuk memperbaiki kemampuan kerja dalam konstruksi dan perawatan, tiang didisain untuk dapat memasang sekrup pijakan.

Tabel 9.1 Penerapan Struktur Pendukung

Struktur pendukung Penerapan

Tiang beton Dipakai secara umum Tiang kayu (termasuk tiang bambu)

Digunakan untuk area dimana akses sulit untuk mesin-mesin berat

Tiang besi Digunakan untuk area dimana akses sulit untuk mesin-mesin berat (standar dilampirkan pada Ref 7.1))

Tiang beton Tiang kayu Tiang besi 9.4.1 Panjang Bentangan Tiang Panjang bentangan antara pendukung jaringan distribusi ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut:

Bentangan yang direkomendasikan 50 m; Maksimum 80 m, untuk area diluar pemukiman, area persawahan, dan ruang terbuka;

Maksimum 50 m, untuk area pemukiman penduduk. 9.4.2 Jarak Bebas Minimum yang Diijinkan untuk Konduktor dan Lingkungan


9-5

Jarak bebas minimum konduktor dari atas tanah akan didisain dengan kriteria sebagai berikut:

Ketinggian konduktor di atas tanah 20 kV Tegangan Rendah

Memotong jalan 6.5 m 4.0 m Sepanjang jalan 6.0 m 4.0 m Tempat lain 6.0 m 4.0 m

Jarak bebas vertikal antara konduktor telanjang 20 kV dan konduktor berpenyekat Tegangan Rendah 0.8 m

Jarak bebas antar fasa dari konduktor telanjang 20 kV 0.8 m Jarak bebas vertikal antar konduktor telanjang 20 kV 1.0 m Jarak bebas antara konduktor berpenyekat Tegangan Rendah 0.2 m

9.4.3 Ketinggian Tiang Ketinggian tiang harus ditentukan dengan memperhitungkan faktor-faktor berikut: (a) Ketinggian yang diperlukan untuk konduktor feeder (penyulang) diatas tanah dapat

diamankan dibawah lendutan terbesar. (b) Jarak bebas yang diperlukan antara konduktor feeder dan bangunan, kawat listrik lain

atau pepohonan dapat diamankan (jarak bebas dibawah lendutan maksimum harus diuji).

Ketinggian yang direkomendasikan dari struktur pendukung adalah sebagai berikut:

Tabel 9.2 Ketinggian yang direkomendasikan untuk struktur pendukung

Tegangan Panjang Tiang yang Direkomendasikan 20 kV 9 m

Tegangan Rendah 7 m (a) Rekomendasi kedalaman minimum pemasangan tiang adalah satu per enam dari

panjang tiang. Sebagai contoh,

Kedalaman pemasangan tiang = Panjang tiang 9 m × 1/6 = 1.5 m

(b) Jika kondisi tanah tidak stabil, akar tiang harus diperkuat dengan baik. Lihat gambar berikut ini


9-6

9.4.4 Ukuran Tiang Ukuran tiang harus ditentukan dengan memperhitungkan momen pada tiang dengan beban angin. Tabel berikut menunjukkan hubungan antara ukuran dan tinggi tiang untuk setiap ukuran kabel dalam ukuran persegi. Beton: 210 kgf/cm2 Penguatan: SR235, tekanan yang diijinkan adalah 1400 kgf/cm2, 19 mm2 D0 = ukuran persegi pada sisi tiang Bentangan tiang: 50 m ukuran kabel:70mm2

Panjang tiang

Tinggi tiang

Momen maksimum oleh tiang

Momen maksimum oleh kabel

Total momen

D0 (cm)

Penguatan 19mm2

pcs

d (cm)

7 m 5.8 m 204 898 1103 20 8 4 untuk TR 9 m 7.5 m 388 1155 1543 23 8 4 untuk 20kV

ukuran kabel:35mm2 Panjang

tiang Tinggi tiang



Total momen

D0 Penguatan 19mm2

pcs

d (cm)


ukuran kabel: 16mm2 Panjang

tiang tinggintiang



Total momen

D0 Penguatan19mm2

pcs

d (cm)


D0

penguatan

d


9-7

9.5 Tarik tegang Tarik tegang harus dipasang untuk menyeimbangkan tiang. Jenis-jenis beban untuk struktur pendukung adalah (a) beban vertikal, (b) beban mendatar, dan (c) beban samping. (a) Beban vertikal Berat tiang, berat kabel, beban vertikal dari tekanan kawat, dll. (b) Beban mendatar Tekanan angin ke tiang, ketidakseimbangan beban dari panjang bentangan yang berbeda. (c) Beban samping Tekanan angin ke kabel, komponen beban samping dari tekanan kawat, dll. Tempat dimana tarik tegang harus dipasang adalah sebagai berikut: -Akhir dari jaringan distribusi -Jaringan distribusi membelok seperti bentuk elbow. Adalah mungkin untuk menghilangkan tarik tegang jika sudutnya kurang dari 5 derajat.

tegangan

(a)

(c)

(b) Tekanan angin


9-8

-Untuk memperkuat kelurusan jaringan distribusi menahan tekanan angin -Pada daerah bergelombang, jika dibutuhkan, tarik tegang seharusnya dipasang.

Penggunaan kawat penegak untuk 20 kV tiang 9 m – 200 daN (Underbuild) (Sudut tarik tegang dengan permukaan = 60 derajat)

Sudut belokan Ukuran konduktor 10 < β < 45 45 < β < 75 75 < β < 90 AAAC – 25 m m2 AAAC – 35 m m2 AAAC – 50 m m2 AAAC – 70 mm2

Tipe I Tipe I Tipe I Tipe I

Tipe I Tipe I Tipe II Tipe II

Tipe I Tipe II Tipe II Tipe II

Penggunaan kawat penegak untuk 20 kV tiang 9 m – 200 daN (Semi-Underbuild)

(Sudut tarik tegang dengan permukaan = 60 derajat) Sudut belokan Ukuran konduktor 5 < β < 10 10 < β < 30 30 < β < 60 60 < β < 75 75 < β < 90

AAAC – 25 mm2 AAAC – 35 mm2 AAAC – 50 mm2 AAAC – 70 mm2


Tipe I Tipe II Tipe II Tipe II

Tipe II Tipe II Tipe II Tipe III

Tipe II Tipe II Tipe III Tipe III

Tipe II Tipe III Tipe III Tipe III

Penggunaan kawat penegak untuk 20 kV tiang 7 m – 100 daN

(Sudut tarik tegang dengan permukaan = 60 derajat) Sudut belokan Ukuran konduktor 5 < β < 10 10 < β < 60 60 < β < 90

2 x 25 + 1 x 25 mm2 3 x 25 + 1 x 25 mm2 2 x 35 + 1 x 25 mm2 3 x 35 + 1 x 25 mm2

- - - -



Tekanan angin


9-9

2 x 50 + 1 x 35 mm2 3 x 50 + 1 x 35 mm2 2 x 70 + 1 x 50 mm2 3 x 70 + 1 x 50 mm2



Tipe I Tipe I Tipe II Tipe II

Tipe I : diameter kawat tarik tegang = 5 mm Tipe II : diameter kawat tarik tegang = 9 mm Tipe III : diameter kawat tarik tegang = 2 x 9 mm

H = Kedalaman bagian tongkat sekur yang ditanam h = Panjang dari sisa tongkat sekur bagian atas α = Sudut antara sekur dengan permukaan (horisontal)

Penggunaan tongkat sekur, balok sekur dan kedalaman penanaman untuk setiap klasifikasi sekur

Bahan tongkat sekur: U24 – 24daN/mm2

α=60° Klasifikasi sekur

L Panjang tongkat

(m)

D Diameter (mm) H (cm) H (cm) Sekur balok

L (Ringan) 2.1 12 155 55x55x15 M (sedang) 2.5 22 190 30 100x100x15

Klasifikasi tarik tegang

Bahan: kawat baja, 7-kawat; dililit ke sebelah kanan Klasifikasi sekur L (ringan) M (sedang)

Potongan (mm2) 20 64 Diameter kawat tarik tegang (mm) 5 9 Beban terberat (daN) 1700 6000 9.6 Konduktor dan kabel 9.6.1 Kelebihan Konduktor dan Kabel Kelebihan dari konduktor dan kabel ditunjukkan pada tabel berikut

keuntungan kerugian konduktor o murah o tidak aman

α h

L

φD

H


9-10

o mudah untuk menyambung tiap konduktor

kabel o aman o dapat untuk pemasangan dibawah

tanah

o mahal o susah untuk menyambung tiap

kabel 9.6.2 Ukuran Konduktor Ukuran konduktor harus dipilih dengan memperhitungkan jumlah beban sekarang, beban yang diperkirakan, hubungan pendek/korsleting, kapasitas arus konduktor, kerugian tegangan, kerugian daya, kekuatan mekanikal, dll. Terlalu banyak ukuran tidak dapat dipakai untuk percabangan feeder. 9.6.3 Lendutan Konduktor Lendutan kondutan ditentukan dengan mempertimbangkan tegangan konduktor yang diijinkan, kekuatan struktur pendukung, beban angin pada konduktor, dll. Lendutan konduktor perlu dijaga ketinggiannya dari atas tanah seperti tabel berikut:

Ketinggian konduktor dari atas tanah

20 kV Tegangan rendah

Memotong jalan 6.5 m 4.0 m Sepanjang jalan 6.0 m 4.0 m

Tempat lain 6.0 m 4.0 m 9.6.4 Beban Setiap Fasa Jaringan distribusi 3-fasa diperlukan untuk menjaga keseimbangan beban. Jika beban tidak seimbang melebihi 20%, peralatan akan menerima pengaruh yang buruk. 9.6.5 Dimanakah jaringan 3-fasa diubah ke jaringan satu fasa? Untuk menghindari hal-hal diatas, perlu sekali bahwa jaringan distribusi 3-fasa diperluas ke wilayah-wilayah permintaan. Jika tidak mungkin melakukannya karena biaya, kita perlu untuk memberi perhatian untuk menjaga keseimbangan beban. 9.7 Trafo Distribusi Pada kasus jaringan distribusi 20kV dibutuhkan sementara jaringan 380/220V karena jarak jauh dari stasiun pembangkit ke konsumen dengan alasan pengiriman kapasitas, penurunan tegangan dll, sejumlah trafo step-up dan step-down harus dipasang. Sambungan dari kedua step-up dan step-down sama persis. Trafo step-up dipasang pada sisi stasiun pembangkit untuk menaikkan 380/220V ke 20/11.5kV dan trafo step-down dipasang pada area konsumen untuk menurunkan tegangan dan kebalikannya.


9-11

9.7.1 Jenis Trafo Distribusi Trafo distribusi diklasifikasikan kedalam dua jenis dengan metode penyekatan sebagai berikut;

Trafo Oil immersed: Lilitan dibenamkan dalam isolasi minyak dalam tanki dan lebih murah.

Jenis trafo kering: Lilitan disekat dengan penahan panas epoxy (H-class) tanpa tanki tetapi mahal.

Trafo distribusi diklasifikasikan ke dalam dua jenis dengan metode lilitan sebagai berikut; Trafo tiga fasa: Sambungan λ- λ Cocok untuk pentanahan dari poin netral

Sambungan Δ - λ Sambungan Δ - Δ Catatan: Δ; sambungan Delta λ; sambungan Star

Trafo satu fasa: Biasanya digunakan untuk menurunkan tegangan dari 20/11.5kV ke 220V dekat area konsumen.

Trafo satu fasa dapat juga digunakan kedua sambungan star dan delta dengan sambungan luar dengan kombinasi dari trafo 3 nos.

9.7.2 Kebutuhan Trafo 1) Pertama, mengukur jarak dari powerhouse (rumah pembangkit) ke setiap pusat

pemukiman masyarakat.

jarak a (km) jarak b (km) jarak c (km) jarak x (km) 2) Menghitung arus beban I dari setiap jaringan distribusi (A) IXA , IXB , IPX = IXA+ IXB , IPC Disini, Pa [kVA]: beban dari X ke A (daya dari setiap rumah × jumlah rumah tangga) VLV [V]: Tegangan rendah 3) Menghitung kerugian tegangan dari setiap kabel

PH

X

c (km)

Desa A

Desa B

Desa C

a (km)

b (km)

x (km)

LVVP

×

×=

3103

a

LVVP

×

×=

3103

b

LVVP

×

×=

3103

c


9-12

VXA [V] = IXA×0.443×a VXB [V] = IXB×0.443×b VPC [V] = IPC×0.443×c VPX [V] = IPX×0.443×x Hambatan dari konduktor 70 mm2 = 0.443 [Ω/km] 4) Menghitung total kerugian tegangan Power house ke Desa A : VXA + VPX = VA If VA < (VLV × persentase kerugian tegangan), ini tidak memerlukan trafo. Power house ke Desa B : VXB + VPX = VB, If VB < (VLV × persentase kerugian tegangan), ini tidak memerlukan trafo. Power house ke Desa C : VPC, If VPC < (VLV × persentase kerugian tegangan), ini tidak memerlukan trafo. 9.7.3 Penerapan Trafo Distribusi Trafo distribusi step-up (menaikan) dan step-down (menurunkan) harus pada konstruksi tiga-fasa, dan kapasitas standar mereka adalah sebagai berikut: 5 kVA, 10 kVA, 16 kVA, 25 kVA, and 50 kVA 9.7.4 Pemilihan Satuan Kapasitas Kapasitas trafo harus ditentukan 125 % (= 100 % / 80 %) dari kapasitas generator, jika faktor daya adalah 80 %. Beban maksimum adalah 100%, dan kelebihan beban tidak akan diijinkan karena mengurangi masa pakai trafo. Trafo cenderung untuk digunakan lama sampai mereka rusak tanpa perawatan berkala. Tabel berikut menunjukkan hubungan antara kapasitas trafo dan generator.

Tabel 9.3 Hubungan antara kapasitas trafo dan generator

Kapasitas Trafo 5 kVA 10 kVA 16 kVA 25kVA 50kVA Kapasitas generator – 4 kW 4 kW – 8 kW 8 kW – 12.8 kW 12.8 kW –20 kW 20 kW – 40 kW

Sebelum memutuskan satuan kapasitas trafo baru, area suplai dari trafo baru harus ditentukan dengan memperhitungkan hal-hal berikut: (a) Area suplai dari trafo baru tidak akan overlap dengan suplai trafo lain dari feeder lain. (b) Area suplai dari setiap trafo harus mandiri. (c) Pembatasan kerugian tegangan harus memuaskan pada setiap bagian dari area suplai. Kapasitas trafo baru harus ditentukan dengan memperhitungkan pertumbuhan permintaan yang diharapkan dari area, karena bagaimanapun kapasitas paling kecil yang memuaskan permintaan pada area sekarang secara umum diterapkan.


9-13

9.7.5 Lokasi Trafo step-up harus diletakkan dekat powerhouse. Trafo step-down harus diletakkan dalam atau dekat ke area pusat beban. Dalam memutuskan lokasi final untuk memasang trafo, kondisi-kondisi berikut sebaiknya juga diuji: (a) Mudah untuk akses dan pekerjaan-pekerjaan penggantian. (b) Dipisahkan dari bangunan-bangunan lain atau pepohonan dengan jarak yang cukup. (c) Untuk tipe dipasang pada tiang, pemasangan tiang harus tidak rumit. (d) Tipe di atas tanah harus dibangun dengan tidak menimbulkan masalah umum. 9.8 Sambungan Rumah (SR / HC(=House Connection)) 9.8.1 Pemakaian Sambungan Rumah Untuk SR (sambungan rumah), kabel twisted berinti tembaga atau berinti aluminium akan digunakan. Ukuran dari bahan berinti tembaga adalah: 4 mm2; 6 mm2; 10 mm2; 16 mm2; 25 mm2 Ukuran dari bahan berinti aluminium adalah: 10 mm2; 16 mm2; 25 mm2; 35 mm2 Adalah lebih baik untuk tidak menggunakan sebuah tiang di atap dengan jalur masuk konsumen diletakkan seperti bahwa itu akan dapat dilihat dari luar. Penggunaan tiang di atap hanya untuk melayani sambungan dari rumah ke rumah atau sebuah rumah yang tidak diletakkan pada sisi yang sama dari jalan dengan jaringan tegangan rendah, sehingga sebuah tiang atap dibutuhkan. Jarak bebas minimum adalah 3 m untuk halaman tertutup, 4 m untuk jalan umum, jika ketinggian rumah kurang dari 3 m, sebuah tiang atap akan digunakan seperti yang diperlukan supaya jarak bebas tercapai. Bagaimanapun, jika dengan menggunakan sebuah tiang di atap jarak bebas minimum tidak tercapai, sebuah tiang pendukung harus digunakan untuk sambungan rumah seperti itu. Kawat-kawat dari bagian area yang paling kecil harus digunakan dengan pertimbangan- pertimbangan berikut: (a) Kapasitas dari kawat mencukupi untuk membawa arus beban puncak. (b) Kriteria kerugian tegangan memuaskan. Perhitungan kerugian tegangan maksimum untuk SR adalah sebagai berikut: - Untuk SR mengambil dari TR, kerugian tegangan maksimum untuk SR adalah 2 %. - Untuk SR mengambil langsung dari trafo, kerugian tegangan maksimum untuk HC

adalah 12 %. Bentangan sambungan rumah adalah seperti tabel berikut.

Potongan (mm2)

Dari tiang atap ke tiang atap

Dari tiang jaringan TR ke tiang atap memotong jalan

desa

Dari tiang jaringan TR langsung ke rumah memotong jalan desa


9-14

a (m) T (daN) S (m) a (m) T (daN) S (m) a (m) T (daN) S (m) 10 16 25

40 35 35

38 42 63

0.78 0.84 0.84

58 47 47

38 42 63

1.66 1.49 1.49

49 40 40

38 42 63

1.18 1.11 1.11

dimana : a = panjang bentangan (m) S = lendutan (m) T = tarikan/tegangan (daN) Asumsi: Intensitas angin = 40 daN/m2 Kekuatan tiang atap: 76 daN Faktor bentuk kabel dengan memperhatikan angin = 0.6 Lebar jalan desa = 6 m dengan trotoar di kanan dan kiri = 1 m Jarak bebas diatas jalan = 4 m Silakan mengacu ke referensi 9-2 tentang konstruksi sambungan rumah yang melintasi jalan desa. 9.8.2 Instalasi Konsumen Jenis pengkabelan dalam rumah ditunjukkan dalam Gambar 9.1. Konsumsi tenaga yang diharapkan disetiap rumah tangga adalah 150 W dengan fasilitas-fasilitas sebagai berikut; 1) MCB (Molded Circuit Breaker) satu fasa untuk pengaman dari hubungan pendek dan

pentanahan. 2) 2 nos. lampu ruang dengan saklar on-off. 3) 1 no. lampu di pintu masuk dengan saklar on-off. 4) 1 no. lampu di luar digunakan untuk fasilitas umum .

Gambar 9.1 Jenis Diagram Pengkabelan Dalam Rumah

Menual Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

9-15

Referensi Ref. 9-1 Standar Tiang Besi

Beban yang bekerja (daN) 100 A 89.1 B 114.3

Diameter bagian tiang (mm)

C 139.8 A 3.2 B 3.5

Ketebalan pipa (mm)

C 4.5 Diffraksi pada beban yang bekerja (mm)

96

Ketebalan isian (mm) 5 Panjang isian (mm) 600

4,000

1,500

1,500 A

B

C

1,160

300

100

E : Bagian dilas F : Sock-pen G : Plat pegangan

G

F

E


9-16

Ref. 9-2 Konstruksi Sambungan Rumah Memotong Jalan Desa

Konstruksi Sambungan Rumah Memotong Jalan Desa dengan Tiang Atap

Tanpa Tiang Atap


9-17

Sambungan Rumah dari Rumah Ke Rumah

Sambungan Rumah menganmbil langsung dari Transformer


9-18

Gambar Detil dari bagian Sambungan Rumah


10-1

10. PENGOPERASION DAN PERAWATAN 10.1 Pendahuluan Pembangkit listrik tenaga air mempunyai kelebihan bila dibandingkan dengan pembangkit listrik yang lain, karena tidak memerlukan bahan bakar dalam pengoperasiannya, seperti pembangkit yang menggunakan minyak. Akan tetapi pengoperasian dan perawatannya tidak ada perbedaan untuk jangka panjang. Pembangkit tenaga mikrohidro ini dapat dioperasikan dalam jangka waktu panjang. Kita dapat menggunakannya secara efektif karena selain ramah lingkungan juga berkelanjutan (renewable). Kita dapat mengoperasikan pembangkit tenaga mikrohidro ini dengan menggunakan manual pengoperasian dan perawatannya. Pada umumnya operator dari mikrohidro harus mengerti beberapa hal dibawah ini:

Operator harus secara efektif menyesuaikan pengoperasian dan perawatan dari pembangkit ini dengan rencana kerja, peraturan dan pengaturan yang sudah ada.

Operator harus menguasai komponen–komponen dari pembangkit dan penampakannya atau operator harus menguasai fungsi dan koreksi serta perawatannya. Lebih jauh lagi operator harus mengerti apa yang harus dilakukan jika terjadi beberapa kerusakan agar bisa pulih kembali.

Operator harus selalu memeriksa kondisi dari semua fasilitas dan peralatan pembangkit. Dan ketika terdapat permasalahan dan kerusakan, mereka harus bisa menghubungi orang yang bertanggungjawab terhadap hal ini dan mencoba untuk memperbaikinya.

Operator harus menjaga pembangkit dari kerusakan. Oleh karena itu operator harus memperbaiki dan menyempurnakan fasilitas jika diperlukan.

Pengoperasian dan perawatan setiap pembangkit harus dipersiapkan sejak awal oleh setiap operator sebelum memulai pengoperasiannya. Beberapa hal dibawah ini merupakan manual dari pengoperasian dan perawatan pembangkit listrik mikrohidro. 10.2 Pengoperasian Pengoperasian pembangkit mikrohidro tidak hanya untuk membangkitkan tenaga listrik dengan cara memutar generator tetapi juga untuk mengontrol peralatan pembangkitan, menyuplai listrik dengan kualitas yang stabil kepada konsumen, dan menjaga semua peralatan agar tetap dalam kondisi yang bagus. Karena semua fasilitas dan peralatan terpasang tergantung pada kondisi lokasi dan anggaran yang tersedia, maka terdapat berbagai cara pengoperasian mikrohidro. Jika suatu pembangkit mempunyai stabilisator beban otomatis, maka operator tidak harus


10-2

selalu mengontrol semua peralatan kecuali pada saat memulai, berhenti dan keadaan darurat. Jika pada pembangkit dibuat sistem pemberhentian otomatis, maka operator tidak harus selalu berada di sekitar pembangkit. Pada banyak kasus mikrohidro untuk pembangkit listrik di pedesaan, kontrol sistem otomatis dan peralatan proteksi seringkali dihilangkan karena keterbatasan dana. Oleh karena itu, operator harus selalu berada di sekitar daerah pembangkit untuk mengontrol peralatan dan menjaga pembangkit agar dapat segera mengatasi jika terdapat masalah/kerusakan. Beberapa cara yang umum dilakukan dalam pengoperasian mikrohidro: 10.2.1 Pengoperasian dasar 1. Memeriksa beberapa hal sebelum memulai pengoperasian Sebelum memulai pengoperasian pembangkit, operator harus memeriksa beberapa hal dan harus memastikan fasilitas dalam kondisi yang bagus untuk beroperasi. Terutama jika pembangkit beroperasi dalam jangka waktu yang panjang, maka operator harus memeriksa dengan teliti. a. Jalur transmisi dan distribusi

Kerusakan pada saluran dan tiangnya Cabang – cabang yang saling berdekatan Hambatan lainnya

b. Fasilitas saluran air Kerusakan struktur Sedimentasi tanah di depan intake Sampah – sampah yang menempel pada saringan Sedimentasi tanah pada bak pengendap dan bak penenang

c. Turbin, generator dan pengontrol Abnormalitas dari luar Penggunaan sikat Ketahanan isolasi sirkuit

2. Memulai pengoperasian Setelah memeriksa beberapa hal diatas, turbin dan generator siap untuk dioperasikan. Beberapa prosedur memulai pengoperasian adalah sebagai berikut: a. Persiapan awal

i. Menutup pintu saluran penguras dari dam intake ii. Membuka pintu intake dan air intake ke dalam sistem saluran air.

b. Memulai Pengoperasian iii. Membuka inlet valve secara bertahap.


10-3

iv. Jika terdapat guide vane, maka buka valve inlet secara penuh, kemudian buka guide vane secara bertahap.

v. Naikkan voltase dan frekuensi kecepatan atau rotasi kecepatan sampai pada nilai yang telah ditentukan.

vi. Tekan tombol load switch on (yang berparalel di dalamnya) vii. Kontrol valve inlet atau guide vane sehingga voltase dan frekuensinya berada

didalam selang yang telah ditentukan. 3. Peraturan untuk operator selama pengoperasian Operator harus memeriksa peralatan agar dapat menyuplai listrik dengan kualitas yang baik dan menjaga peralatan agar tetap dalam kondisi yang aman dan normal. Hal – hal yang harus dilakukan adalah sebagai berikut: Mengontrol inlet valve atau guide vane sehingga voltase dan frekuensinya berada pada selang yang telah ditentukan.

i. Mengecek vibrasi dan suara dari peralatan dan memberhentikan pengoperasian jika diperlukan.

ii. Memeriksa suhu dari peralatan iii. Memeriksa semua keadaan abnormal dari peralatan dan memberhentikan

pengoperasian jika diperlukan. iv. Menyimpan semua hasil pengoperasian dan kondisi peralatan dalam format yang

tetap. 4. Pemberhentian pengoperasian Agar prosedur untuk menghindari rusaknya turbin dan generator untuk waktu yang lama, maka prosedur untuk pemberhentian operasi adalah sebagai berikut:

i. Menutup valve inlet atau guide vane. ii. Menekan Saklar beban off (load rejection)

iii. Menutup valve inlet dan guide vane secara sempurna. iv. Menutup pintu intake

Ketika beban secara tiba – tiba mengalami kerusakan maka operator harus menutup valve inlet atau guide vane sesegera mungkin untuk menghindari kerusakan turbin dan generator untuk waktu yang lama. 10.2.2 Kasus darurat a. Dalam kasus banjir Pada umumnya pembangkit mikrohidro dapat diopersikan walau dalam kondisi banjir. Akan tetapi sungai dapat membawa lumpur yang dapat menyebabkan masuknya tanah dan pasir ke dalam fasilitas pembangkit dan pengoperasian harus segera dihentikan dan pintu intake harus segera ditutup. Setelah banjir operator harus memeriksa semua peralatan dan harus memperbaikinya sesegera mungkin bila ada kerusakan.


10-4

b. Dalam kasus gempa bumi Karena gempa bumi berpengaruh pada semua fasilitas pembangkit, maka operator harus memeriksa semua peralatan setelah gempa bumi besar terjadi. Periksa semua kerusakan strukturnya,

Salah penempatan batang turbin atau generator Kerusakan peralatan listrik yang lain Kerusakan lain

c. Kasus kurangnya volume air Terdapat interval keluaran air pada masing–masing turbin, oleh karena itu turbin harus dioperasikan dalam selang tersebut. Pembangkit mikrohidro pada dasarnya harus di desain berdasarkan debit pada musim kemarau. Akan tetapi jika kurangnya volume air terjadi diluar harapan kita maka operator harus menghentikan pengoperasian pembangkit karena apabila pengoperasian dilanjutkan maka akan mengakibatkan kerusakan turbin. d. Kasus kecelakaan Dalam kasus kecelakaan, operator harus menghentikan pengoperasian dan memeriksa apa yang menjadi penyebabnya serta harus memperbaikinya sesegera mungkin. Peraturan bagi operator adalah sebagai berikut: 1. Menginformasikan kecelakaan pada orang yang bertanggungjawab pada hal ini

sesegera mungkin. 2. Memeriksa kecelakaan secara teliti. 3. Melihat penyebab kecelakaan 4. Memulai pengoperasian sesegera mungkin jika memungkinkan. Dalam hal ini jika

operator sudah mengetahui penyebab kerusakan dan sudah memperbaikinya. 5. Menghubungi pembuat atau supplier peralatan, jika operator tidak mengetahui

penyebab kerusakan dan tidak dapat memperbaikinya sendiri. Beberapa hal yang harus di persiapkan lebih lanjut adalah : Berdiskusi dengan pembuat atau suppliernya mengenai peralatan yang dibuatnya dan apa saja yang harus dilakukan jika terjadi kerusakan / permasalahan pada peralatan. Berkoordinasi dengan Pengurus dan anggota Koperasi/Organisasi Pengelola Listrik mengenai pengeluaran untuk perbaikan. Menginformasikan ke pihak terkait mengenai kecelakaan yang bersangkutan.


10-5

10.2.3 Lainnya a. Pengisian air pada sistem saluran air. Prosedur pengisian air ke dalam sistem saluran air adalah sebagai berikut: Menginformasikan bahwa semua pintu-pintu pengurasan dan valve dari sistem air terbuka.

1. Membuka pintu intake secara parsial, mengalirkan volume air sedikit demi sedikit.

2. Menutup pintu penguras pada bak pengendap setelah membersihkan bak pengendap.

3. Menutup pintu penguras dari bak penenang setelah membersihkan Saluran pembawa dan bak penenang.

4. Menutup drain valve penstock setelah membersihkan penstock. 5. Mengisi penstock dengan air secara bertahap. 6. Membuka pintu intake secara keseluruhan setelah mengisi penstock.

b. Flushing sand di depan intake Jika sedimentasi tanah telah mencapai intake, maka tanah akan mencapai sistem saluran air dan akan mempengaruhi kerja penstock dan turbin. Oleh karena itu, untuk mengatasi banjir akibat sedimentasi tanah dan pasir, maka operator harus menjaga intake mendekati terbuka. Untuk tujuan ini, maka operator dianjurkan untuk sesekali membersihkan dan memindahkan pasir / tanah yang berada di depan intake. Jika pintu penguras dibangun pada dam intake, maka operator dapat membersihkan pasir / tanah dengan membuka gerbangnya selama banjir. Akan tetapi, jika tidak terdapat pintu penguras, maka operator harus memindahkan pasir / tanah pada dam dengan menggunakan tenaga manusia. c. Kontrol intake water Volume intake water berubah tergantung dari perubahan tingkat air sungai. Kelebihan air yang normal akan keluar dari saluran pelimpah, yang kemudian akan menempati bak pengendap atau saluran pembawa. Jika kelebihan air telah mencapai bak penenang karena kurangnya kapasitas saluran pelimpah, maka kelebihan air itu akan selalu keluar dari saluran pelimpah menuju bak penenang. Kelebihan air dalam jangka waktu panjang akan menghanyutkan penstock. Oleh karena itu, operator harus mengontrol pintu intake untuk menghindari jumlah air yang terlalu banyak di penstock. 10.3 Perawatan Untuk mengoperasikan pembangkit mikrohidro dalam kondisi yang baik dan dalam jangka waktu yang banyak, maka fasilitas saluran air, peralatan listrik, transmisi dan distribusi harus dirawat dengan baik. Operator harus melakukan observasi walaupun itu hanya masalah kecil dan harus menjaga dari kecelakaan pada fasilitas. Oleh karena itu diperlukan patroli harian dan inspeksi periodik serta menyimpan datanya dengan baik.


10-6

Patroli dan inspeksi pada hal–hal diatas harus dilakukan berdasarkan kondisi fasilitas dan cara penggunaannya. Perawatan umum pembangkit mikrohidro adalah sebagai berikut: 10.3.1 Patroli harian Untuk mengecek jika ada sesuatu pada fasilitas saluran air, peralatan listrik, transmisi dan distribusi, maka operator harus melakukan patroli harian. Selain itu operator harus menyimpan hasil patroli dan mengambil tindakan jika diperlukan. Hal – hal yang perlu dilakukan dalam patroli adalah sebagai berikut::

Fasilitas dan Peralatan Hal –hal yang diperiksa

Tindakan

Sampah pada saringan Membersihkannya setiap saat Kebocoran air pada dam dan pintu

Menyimpan datanya Memperbaikinya jika diperlukan

Sedimentasi tanah Membersihkannya jika diperlukan

Intake dan saluran air (Waterway)

Deformasi dan keretakan pada struktur.


Sedimentasi Pengendap

Sedimentasi tanah Membersihkannya jika diperlukan

Material / bahan – bahan sepanjang saluran

Membersihkannya jika diperlukan

Sedimentation tanah / pasir


Kebocoran, deformasi dan keretakan pada struktur.


Saluran pembawa

Lapisan pasir/ tanah sepanjang saluran pembawa

Membersihkan pasirnya dan bebatuannya setelah mengetahui segi keamanannya.

Sampah pada saringan Membersihkannya setiap saat Kelebihan aliran air (Overflow) dari saluran pelimpah

Mengurangi pengambilan air jika kelebihan air terlalu banyak.

Kebocoran air Menyimpan datanya Memperbaikinya jika diperlukan

Bak penenang

Sedimentasi pasir / tanah



10-7

Deformasi dan keretakan jika diperlukan


Penstock Kebocoran dan deformasi

Menyimpan datanya

Suara yang aneh dan vibrasinya

Menyimpan datanya Memeriksa apa penyebabnya

Turbin

Kebocoran pada rumah turbin


Suara yang aneh dan vibrasinya

Menyimpan datanya Memeriksa apa penyebabnya

Suhu Menyimpan datanya

Generator

Kerusakan pada belt – nya

Menggantinya jika diperlukan

Keadaan load stabilizer - nya

Memeriksa keadaannya Load stabilizer

Kerusakan pada pemanasnya

Menggantinya jika diperlukan

Transfo Kebocoran minyak Menggantinya jika diperlukan Material / bahan – bahan yang menempel

Memebersihkannya setelah memberhentikan pengoperasian

Transmisi dan distribusi

Cabang – cabang yang saling mendekati

Memotongnya jika diperlukan

10.3.2 Inspeksi Periodik Operator harus melakukan inspeksi secara periodic untuk memeriksa jika terjadi permasalahan / kerusakan pada fasilitas dan peralatan. Pada saat inspeksi, operator kadangkala harus memeriksanya dengan teliti dan melakukan perbaikan jika diperlukan.

Beberapa hal dan frekuensi dari inspeksi yang harus dilakukan :

Fasilitas dan Peralatan Hal yang harus diperiksa Frekuensi Tindakan Kebocoran, deformasi dan kerusakan pada struktur.

6 bulan Menyimpan datanya Memperbaikinya jika diperlukan

Intake Penstock Dan Tailrace

deformasi dan kerusakan pada struktur.

6 bulan Menyimpan datanya Memperbaikinya jika diperlukan

Memberikan pelumas pada poros

6 bulan

Mengganti porosnya 3 tahun

Turbin

Hubungan baut (bolt) 1 tahun Memperbaikinya


10-8

Memberikan pelumas pada poros

6 bulan

Mengganti porosnya 3 tahun Kekuatan isolasi angin (winding)

6 bulan Mengganti generator

Hubungan baut (bolt) 1 tahun Memperbaikinya

Generator

Kerusakan belt 6 bulan Memperbaikinya Penampakan dari stabilizer beban

6 bulan Memperbaikinya Stabilizer beban

Kerusakan pada pemanas 6 bulan Menggantinya jika diperlukan

Valve Inlet Kebocoran 1 tahun Menggantinya jika diperlukan

Transfo Kebocoran minyak 1 bulan Menggantinya jika diperlukan

Transmisi dan distribusi Cabang yang mendekati 1 bulan Memotongnya jika diperlukan

Sambungan dan Terminal

Kebersihan dan kekuatan sambungan

1 bulan Membersihkan dan mengencangkan jika terjadi kotor dan kendor

Panel Kontrol Kebersihan bagian luar dan dalam panel

1 bulan Jika kotor, bagian PCB dibersihkan dengan kuas kering.

10.3.3 Inspeksi Khusus Dalam kasus gempa bumi, banjir, hujan deras and kecelakaan, maka operator harus menghentikan pengoperasian dan memeriksa fasilitas.

10.4 Perekaman Operator harus merekam / menyimpan data yang diperoleh dari operasi dan perawatan pembangkit. Penyimpanan data tidak hanya dapat menolong operator untuk mengingatkan dirinya tentang operasi dan perawatan yang seharusnya dilakukan, tetapi juga merupakan data yang bagus untuk mengetahui penyebab permasalahan pada kecelakaan. Contoh dari penyimpanan data operasi dan pemeriksaan patroli harian dapat dilihat pada Ref.10-1.


10-9

10.5 Permasalahan dan Pemecahannya

NO. JENIS GANGGUAN DAN TANDA-TANDA

KEMUNGKINAN PENYEBABNYA

PENANGGULANGAN DAN PERBAIKAN

1.

Pada saat dinyalakan tidak keluar tegangan pada voltmeter utama atau menunjuk kurang/lebih dari biasanya.

AVR rusak Semua ballast terbakar

Segera matikan pem-bangkit dan konsultasi ke produsen.

Lepas terminal ballast dan ukur tahanannya, jika tahanannya nol ohm, ganti ballast.

2.

Pada saat dinyalakan tegangan pada voltmeter utama normal 220V, tegangan ballast menunjuk, tetapi frekuensi melebihi 53 Hz (LET merah menyala).

SCR (thristor) rusak Sebagian ballast terbakar

Lepas kabel pada SCR, ukur tahanan antara terminalnya, jika nilai-nya kecil maka SCR rusak.

Lepas terminal ballast dan ukur tahanannya kurang dari yang seha-rusnya, ganti sebagian ballast.

3.

Pada saat dinyalakan tegangan pada voltmeter utama normal 220 V, tegangan ballast tidak menunjuk, frekuensi melebihi 53 Hz (LET merah menyala)

Trafo catu daya PCB kontrol rusak

PCB kontrol rusak Sikring (fast fuse) putus

Pada saat generator sedang bekerja, ukur tegangan terminal no.3&4, 9&10,19&20, masing-masing harus mempunyai nilai 18 v, jika tidak trafo rusak.

Jika indikasi tegangan trafo masih baik, PCB kontrol rusak.

Lepas terminal ballast dan ukur tahanan masing-masing sikring, jika nilai besar maka sikring putus, ganti sikring.

4.

Pada saat dinyalakan tegangan ballast mengikuti tegangan generator.

SCR (thrystor) rusak Lepaskan kabel pada SCR, ukur tahanan antara terminalnya jika nilainya kecil maka SCR rusak.

5.

Pada saat dinyalakan, semua meter pada kondisi normal, tetapi lampu LET merah menyala pada PCB kontrol.

Setting frekuensi tinggi tidak tepat.

Atur potensio “High Freq Trip Setting”.

6.

Pada saat dinyalakan, semua meter pada kondisi normal, tetapi LET hijau menyala pada PCB kontrol.

Setting frekuensi rendah tidak tepat.

Atur potensio “Low Freq Trip Setting”.

7.

Pada saat dinyalakan, semua meter pada kondisi normal, tetapi lampu LET hijau kecil yang terletak di atas tombol ON-OFF tidak menyala.

Frekuensi generator rendah.

Frekuensi generator tinggi.

Atur potensio “low Freq Trip Setting”.

Atur potensio “High Freq Trip Setting”.

8. Pada saat pembangkit dinyalakan semua normal dan kontaktor selalu jatuh

Beban konsumen terlalu besar.

Harus dilakukan per-hitungan ulang ter-hadap beban konsu-men.


10-10

(OFF) dan frekuensi meter menunjuk lebih kecil dari 50 Hz.

Ada kebocoran listrik pada jaringan.

9.

Pada saat pembangkit dinyalakan semua normal dan NFB jatuh (OFF).

Ada short circuit (hubung pendek) pada jaringan/ beban konsumen.

Lepas terminal kon-sumen pada panel kontrol, ukur tahanan kabel konsumen antar fasa dan netral, harus menunjuk angka tak terhingga (semua MCB di konsumen dalam keadaan off).

10.

Pada saat pembangkit dinyalakan semua normal dan tiba-tiba konsumen padam.

Air kurang menyebabkan pengaman frekuensi rendah bekerja.

Tambah air atau ber-sihkan saluran air.


- 10

10-11

Lembar Periksa Konstruksi sipil

Bulan : ____________________ Tahun : _______________

Keterangan : ! Isi kolom dengan kondisi sebenarnya seperti : (N) Normal, (B)Buruk, (R)Rusaak

Mengetahui Pemeriksa

Ketua Operator

Pemeriksaan Harian No Uraian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

I Dam 1 Konstruksi 2 Stop Log

II Bak Pengendap 1 Konstruksi 2 Saringan

III Saluran 1 Konstruksi 2 Stop Log

IV Bak Penenang 1 Konstruksi 2 Saringan

V Penstok 1 Penstok 2 Fondasi

VI Power House 1 Konstruksi 2 Sanitasi

VII Saluran Pembuang 1 Konstruksi

Catatan Kerusakan Penyebab kerusakan Catatan Perbaikan Perbaikan Oleh


- 10

10-12

Lembar Periksa Mekanikal dan elektrikal

Bulan : ____________________ Tahun : _______________


!! Jika ada kerusakan fatal, perbaiki segera, atau koordinasi dengan tim IBEKA Telp. 022-4202045


Ketua Operator

Pemeriksaan Harian No Uraian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

I Turbin 1 Runner 2 Bearing turbin

3 Plummer Block Bearing

4 Puli Turbin 5 Cover pulley 6 Kopling

II Panel control 1 Meteran 2 Penangkal petir 3 Ballast Load 4 Main Board



- 10

10-13

Lembar Periksa Jaringan Distribusi

Bulan : ____________________ Tahun : _______________


!! Jika ada masalah dengan fasilitas distribusi, perbaiki segera dan isi kolom kerusakan


Ketua Operator

Pemeriksaan Bulanan No Uraian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

I Transmisi 1 Tiang 2 Kabel 3 Konektor 4 MCB Kelompok

II Instalasi dalam rumah

1 MCB 2 Kaabel instalasi



- 10

10-14

Pelumas & Suku cadang

Tahun : _________________

Cat. : Isi kolom dengan tanggal pelumasan


Ketua Operator

Pelumasan berdasarkan jumlah jam operasi Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober November Desember

No

Uraian

720 1440 2160 2880 3600 4320 5040 5760 6480 7200 7920 8640A PELUMASAN

1 Bearing Turbin

2 Plummer Block Turbine Bearing

3 Plummer Block Turbine Generator

B SUKUCADANG 1 Bearing 2 Seal 3 Kopling 4 Flat Belt 5 Lain-lain

Re-setting


- 10

10-15Diperiksa Oleh

___________

Operator

Lembar Pencatatan untuk Pembangkit Mikro Hidro Bulan: ……………….../Tahun: …………………

__________________ Operasi Catatan Voltase Generator (V) Voltase Ballast (V) Generator yang Dipakai

(A) Tgl Hari Mulai Berhenti Waktu Bukaan

G. vane %

Meteran jam (H)

Frekuensi (Hz)

R - N S - N T - N R - N S - N T - N R S T Keterangan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Manual Pembangunan PLTMH - Tri Mumpuni (Ashden Award London)

Documents

Transcript of Manual Pembangunan PLTMH - Tri Mumpuni (Ashden Award London)