Proses Pembangkitan Energi Listrik

A. Proses Pembangkitan Energi Listrik

Secara harfiah yang dimaksud pembangkitan, adalah sesuatu atau hal-hal atau suatu aktivitas yang bisa

membangkitkan sesuatu, atau timbulnya efek (hasil) tertentu akibat adanya pembangkitan. Dalam suatu

sistem tenaga listrik, yang dimaksudkan pembangkitan adalah pembangkit tenaga listrik.

Definisi pembangkit tenaga listrik :

Suatu sub sistem dari sistem tenaga listrik yang terdiri dari instalasi elektrikal, mekanikal,

bangunan-bangunan (civil works), bangunan pelengkap serta bangunan dan

komponen bantu lainnya.

Berfungsi untuk merubah energi (potensi) mekanik menjadi energi (potensi) listrik.

Potensi mekanik (air, uap, gas, panas bumi, nuklir, dan lain-lain) menggerakkan turbin yang porosnya

(as-nya) dikopel dengan generator. Dari generator inilah energi listrik dihasilkan.

B. Komponen Utama Pembangkit Tenaga Listrik

o Penggerak mula (prime mover), berupa :

Mesin Diesel.

Turbin (air, uap, gas).

Beserta komponen dan perlengkapannya.

o Komponen listrik, antara lain :

Generator dan perelengkapannya.

Transformator dan perlengkapannya.

Peralatan proteksi.

Saluran kabel, busbar, dan lain-lain.

Dan lain sebagainya.

o Komponen sipil, antara lain :

Bendungan, pipa pesat (penstock), prasarana dan sarana sipil penunjang (untuk PLTA).

Prasarana dan sarana sipil (pondasi peralatan, jalan, cable duct, dan lain- lain).

Gedung kontrol (control building) dan perlengkapannya.

o Komponen mekanisasi, misalnya : serandang peralatan, komponen pelengkap turbin, dan

lain-lain.

C. Permasalahan Pembangkit Tenaga Listrik

o Masalah teknis :

Penyediaan energi primer (air, BBM, batubara, gas, panas bumi, dan lain-lain).

Penjernihan air pendingin (untuk pembangkit termal).

Masalah limbah, misalnya :

PLTU menghasilkan limbah yang mengandung gas SO2, CO2 dan Nox.

PLTD dan PLTG menghasilkan limbah berupa minyak pelumas.

Masalah kebisingan (terutama PLTD dan pembangkit termal).

Masalah pengoperasian, yang pada umumnya harus beroperasi nonstop selama 24 jam

sepanjang tahun.

Pemeliharaan.

Gangguan dan kerusakan.

Pengembangan pembangkitan.

Perkembangan teknologi pembangkitan.

o Masalah Non Teknis :

Masalah regulasi.

Kesulitan mendapatkan lahan.

Masalah sosial, misal : keengganan dan protes dari masyarakat.

Masalah finansial (keterbatasan kemampuan likuiditas pemerintah, pembayaran ganti

rugi yang mahal, dan lain-lain).

In-kondusifitas berbagai hal (investasi, kambtibmas, sosial, hukum, dan lain-lain).

D. Jenis Pembangkit Tenaga Listrik

Pembangkit mini/ mikro :

o Pembangkit Listrik Tenaga Mini/ Mikro Hidro (PLTMH).

o Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

o Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS).

o Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTAngin).

o Catatan : Pada umumnya dipasang di daerah terisolir dan melayani beban yang

kecil/ terbatas. Sebagian masih bersifat pengembangan.

Pembangkit makro (kapasitas besar) :

o Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

o Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).

o Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).

o Pembangkit Listrik Tenaga GAs dan Uap (PLTGU).

o Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).

o Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

o Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

o Catatan :

- Pada umumnya dipasang di Pulau-Pulau Besar di Indonesia (Jawa,

Sumatera, Kalimantan, Sulawesi).

- Untuk membangun PLTA, pada saat ini banyak menemui hambatan/ kendala.

- PLTN di Indonesia saat ini masih bersifat sebagai obyek riset dan belum dibangun

untuk melayani pelanggan listrik umum.

E. Dua Jenis Operasi Pembangkit Tenaga Listrik

Untuk melayani beban dasar, pada umunya jenis pembangkit :

o Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

o Pembangkit Listrik Tenaga gas (PLTG)

o Pembangkit Listrik Tenaga Gas – Uap (PLTGU)

o Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

o Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dan pembangkit Listrik Tenaga Diesel,

tergantung situasi dan kondisi.

Untuk melayani beban dalam keadaan darurat, misalnya karena gangguan listrik dan

untuk mengatasi beban puncak, pada umumnya jenis pembangkit :

o Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

o Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

Konsep Dasar Pembangkitan Energi Listrik

A. Konsep Dasar Pembangkitan Energi Listrik

Pembangkitan energi listrik sebagian besar merupakan proses konversi energi primer adalah energi penggerak

yang menggerakan turbin lalu menggerakan generator yang dengan generator bergerak lalu menghasilkan listrik.

Pada pusat listrik umumnya terdapat :

1. Instalasi energi Primer : bendungan, sumur uap, pipa uap, tangki bahan bakar.

2. Instalasi mesin penggerak : generator, turbin, kincir angin .

3. Instalasi pendingin

4. Instalasi listrik : teg. Timggi, teg. Menengah, teg. Rendah.

Pada umumnya pada pembangkit tenaga listrik menggunakan generator sinkron tiga fasa. Tegangan keluaran

(output voltage) yang dihasilkan generator, sampai saat ini maksimum 23 KV. Karena akan disalurkan pada

jarak yang jauh, maka tegangannya dinaikkan (70 KV, 150 KV, dan seterusnya) dengan menggunakan

transformator penaik tegangan (step up transformer). Selanjutnya disalurkan melalui pemutus tenaga (PMT) ke

rel atau busbar (lihat gambar 1.1.).

Gambar 1.1 Hubungan kumparan generator dan kumparan transformator penaik tegangan.

B. REL (BUSBAR) Dalam Sistem Pembangkitan Energi Listrik

Rel Tunggal :

o Konstruksinya paling sederhana dan paling murah.

o Fleksibilitas dan keandalan rendah.

o Jika terjadi kerusakan pada rel, untuk perbaikannya harus dipadamkan pada seluruhnya.

Sebaiknya rel tunggal digunakan pada pembangkit listrik yang tidak memiliki peran penting pada suatu

sistem.

Rel tunggal dapat dinaikkan keandalannya dengan memasang PMS seksi.

Gambar 1.2. : Pembangkit Tenaga Listrik Rel Tunggal dengan PMS seksi.

Rel Ganda Dengan Satu PMT :

o Pada umumnya dilengkapi PMT dan PMS

o Fungsi PMT dan PMS tersebut adalah, untuk menghubungkan rel 1 dan rel 2 (lihat gambar 1.3.).

o Model rel ini memiliki keandalan dan fleksibilitas operasi yang lebih baik jika dibanding dengan

rel tunggal.

Gambar 1.3.: Pembangkit Tenaga Listrik Rel Ganda Dengan Menggunakan PMT Tunggal

Rel Ganda Dengan Dua PMT :

o Pada prinsipnya sama dengan rel ganda satu PMT

o Perbedaannya adalah, disini semua unsur dapat dihubungkan ke rel 1 atau rel 2 atau dua-duanya

melalui PMT, sehingga fleksibilitas manuver lebih baik (lihat gambar 1.4.).

o Sebelum melakukan manuver, harus diyakini bahwa rel 1 dan rel 2 tegangannya harus sama, baik

besarnya tegangan maupun fasanya. Oleh karena itu PMT harus masuk.

Gambar 1.4. : Pembangkit Tenaga Listrik Rel Ganda Dengan menggunakan Dua PMT.

Rel Dengan PMT 1 ½ :

o Pada dasarnya rel dengan PMT 1 ½ adalah rel ganda dengan 3 PMT di antara dua rel tersebut.

o Dibandingkan dengan rel-rel yang lain, jenis ini memiliki keandalan paling tinggi.

Gambar 1.5. : Pembangkit Tenaga Listrik Rel Ganda Yang Menggunakan PMT 1 ½.

Dihubungkan dengan menggunakan kabel yang terletak pada saluran khusus dalam tanah. Apabila

ditempatkan di atas tanah, maka harus diletakkan pada rak penyangga kabel yang melindungi kabel secara

mekanis.

Pada bagian ini umumnya terdapat trafo arus (CT) dan trafo tegangan (PT), yang berfungsi sebagai alat

pengukur dan proteksi.

Sesudah melalui trafo arus dan trafo tegangan, kabel dihubungkan ke sakelar tenaga (PMT) dan sakelar

pemisah (PMS), sebelum dihubungkan ke rel.

Gambar 1.6. : Hubungan antara Generator dan Rel.

LANGGING DAN LEADING

a. Faktor daya lagging

Beban dengan faktor daya lagging berarti beban termasuk beban induktif.

Arus tertinggal terhadap tegangan , dengan diagram :

Gambar 1 Phasor arus dan tegangan faktor daya lagging

Gambar 2 Segi tiga daya faktor daya lagging

b. Faktor daya leading

Beban dengan faktor daya leading berarti beban termasuk beban kapasitif,

berarti arus mendahului tegangan , dengan diagram :

Gambar 3 Phasor arus dan tegangan faktor daya leading

Gambar 4 Segi tiga daya faktor daya leading

Daya listrik dalam bentuk kompleks dapat dinyatakan oleh persamaan

S = P ± jQ

dengan :

S : daya kompleks (VA)

P : daya aktif/nyata (Watt)

Q : daya reaktif (VAR)

Besar kecilnya daya reaktif yang diserap oleh beban mengakibatkan faktor daya sistem berbeda.

Faktor daya minimal yang harus dipenuhi oleh beban yang tersambung ke jaringan PLN di Indonesia

adalah minimal 0.85 lagging. Bagi beban memiliki fakor daya kurang dari 0.85 lagging akan dikenakan

denda pinalti. Oleh karena itu denda pinalti dapat diturunkan/dihilangkan perlu dipasang kompensasi

daya reakif di sisi beban. Keuntungan lain dari pemasangan kompensasi daya reaktif adalah

menurunkan jatuh tegangan (menaikkan tegangan), mengurangi rugi-rugi saluran, manambah

penyediaan kapasitas daya (VA). Kapasitor dapat dipasang diterminal beban dan dipusat pengendalian

beban. Faktor daya dapat didefinisikan sebagai perbandingan daya yang menghasilkan kerja (active

power) dalam satuan watts atau kilowatts (kW) dengan daya nyata (apparent power) dalam satuan volt-

ampere atau kilo volt ampere (kVA).

P adalah daya riil atau daya aktif dalam satuan watt (W) atau kilo-watt (kW), sedangkan Q adalah daya

reaktif dalam satuan VAR atau kVAR. Bila pengukuran daya dilakukan dalam periode waktu (jam)

maka akan didapatkan nilai Wh atau kWh untuk pengukuran daya aktif dan didapatkan nilai VARh

atau kVARh untuk pengukuran daya reaktif.

JENIS-JENIS PUSAT LISTRIK

A. PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel)

PLTD adalah pembangkit tenaga listrik dengan penggerak utama (prime mover) adalah mesin

diesel (baik tipe 4 langkah ataupun tipe 2 langkah), untuk memutar generator, untuk bahan bakar

dieselnya sendiri yang digunakan adalah High speed diesel (Solar), MFO atau Gas. Tegangan yang

dihasilkan (output voltage) PLTD, umumnya sebesar 6 KV.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

B. PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)

PLTA adalah Pusat pembangkit listrik dengan penggerak utama turbin (prime mover) adalah air,

adapun beberapa type turbin air yang sering digunakan misalnya Impulse Turbine (Pelton Turbine),

Turbine Reaksi (Francis Turbine & Propeler Turbine), Turbine Kaplan, Turbine Deriaz, dan Turbine

Turbular.

Output Turbin bisa dihitung dengan rumus :

9,8 x Rated Discharge Capacity (m3/sec) x Rated Head (m) x Efficiency Turbine

Sedangkan untuk kecepatan kurbine dapat digunakan rumus :

N = (NS . Hd 5/4)

Pt

Dimana :

NS = Spesific Speed (m-kw)

Hd = Design Head (m)

Pt = Turbine Output (kw)

Untuk pemasangan generatornya sendiri ada dua macam pemasangan yaitu :

1. Untuk daya kecil dipasang horizontal.

2. Untuk daya besar dipasang vertikal, karena diperlukan pondasi yang lebih kecil, dengan

sistem pondasi yang lebih rendah. Beberapa jenis Generator dengan as vertikal, Type

Conventional, Type Umbrella, Type Semi Umbrella, Support Type

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Air

C. PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga GAS )

PLTG Adalah pembangkit listrik dengan tenaga penggerak utama turbin berbahan bakar gas.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Gas

D. PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap )

Proses kerja dari PLTGU :

Karena temperatur gas buang dari PLTG cukup tinggi, panas yang dihasilkan tersebut dapat

dimanfaatkan untuk memanaskan ketel uap yang selanjutnya akan menghasilkan uap. Uap panas

tersebut dapat dipakai untuk industri. Selain itu uap panas tersebut juga dapat untuk menggerakkan

turbine uap untuk memutar generator.

Pada PLTGU > 100 MW temperatur gas buang bisa mencapai 1.250 0C. Sedangkan untuk

konfigurasi PLTGU :

1. 2 Gas buang, 2 HRSGm, & 1 Turbine Uap.

2. 3 Gas Turbine, 3 HRSG, & 1 Turbine Uap.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap

E. PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap )

PLTU adalah Pusat Listrik dengan penggerak utama turbin dengan uap yang diproduksi oleh

ketel melalui proses pembakaran. Dalam proses pembakaran ini bahan bakar yang digunakan biasanya

adalah gas, residu, batubara, gambut, sampah ataupun kayu akan tetapi bahan bakar yang sering

digunakan adalah batubara.

Sedangkan untuk ketel uap 2 prinsip utama yang lazim digunakan pada beban dasar PLTU adalah

:

1. Force Circulation (Ukuran ketel dapat lebih kecil)

2. Natural Circulation (Ukuran ketel besar, biasanya untuk antisipasi beban yang sering berubah-

ubah)

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Uap

F. PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro)

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang

menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun

alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air.

Prinsip dasar mikrohidro adalah memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh aliran air pada

jarak ketinggian tertentu dari tempat instalasi pembangkit listrik. Sebuah skema mikrohidro

memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat

dimanfaatkan. Beberapa komponen yang digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro baik

komponen utama maupun bangunan penunjang antara lain  :

1. Dam/Bendungan Pengalih (intake).

2. Bak Pengendap (Settling Basin).

3. Saluran Pembawa (Headrace).

4. Bak penenang (Forebay).

5. Pipa Pesat (Penstock).

6. Turbin.

7. Pipa Hisap, (draft tube).

8. Generator.

9. Panel kontrol.

10. Pengalih Beban (Ballast load).

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

G. PLT ANGIN (Pembangkit Listrik Tenaga Angin)

PLT Angin adalah pembangkit listrik yang menggunakan hembusan angin sebagai penggerak

utama turbin, suatu pembangkit listrik tenaga angin hanya dapat dipasang di area yang memberikan

percepatan angin yang konsisten dan cukup.

Daya listrik yang dihasilkan:

P(kW) = K x S (m2) x V3 (m/s)

Dimana V adalah kecepatan angin dan S adalah bidang sapu permukaan oleh baling-baling.

Akumulator biasanya dipasang untuk mengurangi sifat alami ketidakstabilan dari angin.

Akumulator juga dipergunakan untuk penyimpanan daya dan menyediakan daya listrik bahkan ketika

angin mengalami drop (tidak ada angin). Generator set yang dijadikan sebagai pembangkit cadangan

akan mengganti kerugian untuk ketiadaan angin berkepanjangan.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Angin

1. pemuat

2. baterai

3. inverter 1 32

4 USE

4. generator set.

H. PLTS (Pembangkit listrik Tenaga Surya)

Pembangkit listrik Tenaga Surya adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi sinar

matahari kemudian mengubahnya menjadi energi listrik.

Prinsip kerja dari panel surya adalah merubah energi sinar matahari menjadi arus listrik melalui

semikonduktor menggunakan teknologi Photo Voltaic. Jenis dari panel surya bermacam-macam, yang

umum digunakan, dari bahan pembuatnya dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu Silicon Amourphous,

polycrystalin silicon, monocrystalin.

Kemampuan panel surya ditentukan oleh banyaknya cahaya yang dikeluarkan dan sudut datang

dari cahaya yang diterima. Karena itu, untuk pemasangan panel surya juga harus memperhitungkan

arah yang paling banyak menerima sinar matahari sepanjang tahun.

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Surya

I. PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi)

Pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah pembangkit listrik (power generator) yang menggunakan

panas bumi (geothermal) sebagai energi penggeraknya.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit Listrik Tenaga

Uap (PLTU), hanya saja pada PLTU, uap dibuat di permukaan menggunakan boiler, sedangkan pada PLTP uap

berasal dari reservoir panas bumi. Pembangkit yang digunakan untuk merubah panas bumi menjadi tenaga listrik

secara umum mempunyai komponen yang sama dengan power plant lain yang bukan berbasis panas bumi, yaitu

terdiri dari generator, turbin sebagai penggerak generator, heat exchanger, chiller, pompa, dan sebagainya. Ada

tiga macam teknologi pembangkit listrik tenaga panas bumi yaitu dry steam, flash steam, dan binary cycle.

Saat ini terdapat tiga macam teknologi pembangkit listrik tenaga panas bumi (geothermal

power plants), pembagian ini didasarkan pada suhu dan tekanan reservoir.Yaitu dry steam, flash steam,

dan binary cycle. Ketiga macam teknologi ini pada dasarnya digunakan pada kondisi yang berbeda-

beda.

1. Uap Kering (dry steam)

Teknologi ini bekerja pada suhu uap reservoir yang sangat panas (>235 derajat celcius), dan air

yang tersedia di reservoir amat sedikit jumlahnya. Seperti terlihat digambar, cara kerja nya adalah uap

dari sumber panas bumi langsung masuk ke turbin melalui pipa. kemudian turbin akan memutar

generator untuk menghasil listrik. Teknologi ini merupakan teknologi yang tertua yang telah digunakan

pada Lardarello, Italia pada tahun 1904. Jenis ini adalah cocok untuk PLTP kapasitas kecil dan untuk

kandungan gas yang tinggi.

Gambar. Dry Steam Power Plant

2. Flash steam

Teknologi ini bekerja pada suhu diatas 1820C pada reservoir, cara kerjanya adalah Bilamana

lapangan menghasilkan terutama air panas, perlu dipakai suatu separator yang memisahkan air dan uap

dengan menyemprotkan cairan ke dalam tangki yang bertekanan lebih rendah sehingga cairan tersebut

menguap dengan cepat menjadi uap yang memutar turbin dan generator akan menghasilkan listrik. Air

panas yang tidak menjadi uap akan dikembalikan ke reservoir melalui injection wells.

Gambar 2.5.2. Flash Steam Power Plant

3. Binary cycle

Teknologi ini menggunakan suhu uap reservoir yang berkisar antara 107-1820C. Cara kerjanya

adalah uap panas di alirkan ke salah satu pipa di heat exchanger untuk menguapkan cairan di pipa

lainnya yang disebut pipa kerja. pipa kerja adalah pipa yang langsung terhubung ke turbin, uap ini akan

menggerakan turbin yang telah dihubungkan ke generator. dan hasilnya adalah energi listrik. Cairan di

pipa kerja memakai cairan yang memiliki titik didih yang rendah seperti Iso-butana atau Iso-pentana.

Gambar 2.5.3. Binary Steam Power Plant

HUBUNGAN TRANSFORMATOR

Transformator Daya merupakan alat yang memegang peran penting dalam Gardu Distribusi. Transformator daya ini mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah 20 kV / 380 V.

Pemberian label pada terminal transformator berdasarkan BS171 adalah sebagai berikut:

1. Lilitan yang mempunyai tegangan tertinggi, diberi label dengan huruf besar A, B, C dst.2. Lilitan yang mempunyai tegangan lebih rendah, diberi label dengan huruf huruf kecil a, b, c dst.3. Lilitan ketiga, diberi label 3A, 3B, 3C dst.

Subscript bilangan kecil ditambahkan ( sbg contoh A1) untuk menunjukkan awal dan akhir dari setiap lilitan, yaitu untuk menunjukkan polaritas, dan huruf A, B, C dan a, b, c biasanya ekivalen dengan warna phasa red, yellow dan blue. Jika suatu netral ditarik dari lilitan ini, terminal netral diberi tanda N atau n.

Lilitan-lilitan primer dan sekunder pada suatu transformator 3 phasa dapat dihubungkan dalam hubungan bintang (star) atau segitiga (delta) atau konfigurasi lain sebagai zig-zag. Karena itu memungkinkan banyak pasangan kombinasi konfigurasi lain seperti hubungan Y-Y, Y–∆, ∆-∆ dan ∆-Y. Karena itu adalah penting untuk memeriksa polaritas yang benar dari masing masing lilitan secara individu ketika lilitan itu terhubung bintang, delta atau zig-zag. Terutama bila membuat hubungan delta pada sisi sekunder, karena jika tidak dibuat hubungan yang benar, maka tegangan tegangan phasa pada sisi sekunder tidak akan berjumlah 0, dan suatu arus sirkulasi yang besar akan mengalir sekeliling jaringan listrik.

Gambar (a) memperlihatkan inti besi dengan tiga kaki yang mempunyai tiga lilitan primer dan tiga lilitan sekunder.

Gambar (b) menunjukkan hubungan yang membentuk pasangan bintang- bintang.

Gambar (c) menunjukkan diagram vektor tegangan primer dan tegangan sekunder.

Hubungan Antar Phasa

Transformator 3-phasa, teg tinggi hub bintang dan teg rendah hubungan segi-tiga.

Vektor diagram tegangan tegangan phasa sisi, dengan VA2B2 vertikal arah keatas. VA2B2 (vertikal titik titik) sebagai suatu referensi yang diinduksikan pada sekunder.

Diagram vektor tegangan pada transformator bintang-delta dengan pergeseran 30°.

Jam 0 = 0°; Jam 1 = terbelakang 300; jam 6 = 180°; jam 11 = terdahulu 300; Dalam setiap hal, lilitan tegangan tinggi diambil sebagai dasar jam 12.

KERJA PARALEL TRANSFORMER

1. Nilai perbandingan tegangan haruslah sama, maka perbandingan lilitan trafo pun harus sama.

Jika terdapat perbedaan tegangan, maka akan menimbulkan arus sirkulasi yang menyebabkan rugi-rugi I2R yang akan mengurangi daya output. Terlihat dalam rumus:

I=EA−EB

Z A+ZB

Dimana EA dan EB adalah tegangan tegangan sekunder hubungan terbuka (yaitu tegangan induksi) dan ZA serta ZB adalah total impedansi ekivalen transformator yang direferensikan pada sekunder transformator.

Impedansi suatu transformator umumnya adalah kecil, tetapi tetap akan menimbulkan suatu arus sirkulasi yang besar, sehingga output trafo paralel akan lebih kecil. Maka perbandingan tegangan transformator yang mengakibatkan timbulnya arus sirkulasi lebih dari 5% arus beban penuh transformator terkecil haruslah dicegah (tidak diizinkan).

2. Persentase impedansi harus sama.Gambar berikut ini memperlihatkan rangkaian ekivalen suatu transformator :

Masing-masing lilitan suatu transformator memiliki tahanan yang akan meningkatkan susut tegangan bila transformator tersebut dibebani.Tahanan tahanan tersebut diperlihatkan dalam gambar diatas sebagai R1 dan R2 serta X1 dan X2.

Dalam gambar diatas, kita telah mengabaikan pengaruh arus magnetisasi. Arus magnetisasi menghasilkan rugi rugi inti (besi ) dan tidak tergantung pada arus beban. Nilai arus magnetisasi ini adalah cukup kecil dibandingkan relative terhadap arus beban. Sehingga dapat diabaikan, kecuali dalam perhitungan efisiensi dan rugi-rugi.

Misal pada beban penuh R1 menyebabkan susut tegangan 1% pada primer. Dan diketahui Vp = 10 V. Bagaimana susut tegangan pada sekunder, bila perbandingan lilitannya adalah 1:2?N 1

N 2

=V p

V s

=12

maka Vs = 2Vp = 2.10 = 20 V

Susut tegangan menyebabkan: Vp = 10 – 1% = 10 – 1 = 9 V, Vs = 2Vp = 18 VDibuktikan bahwa Vs = 20 – 1% = 20 – 2 = 18 V (terbukti bahwa persentase impedansi memiliki nilai yang sama). Maka:I p R1

V p

=I s R2

V s dengan N=

N1

N2

=V p

V s

=I s

I p

R1= ¿❑2 I p R1 V s

I 2V p

= 1N 2 . R1=

R1

N 2 ¿

Dengan demikian, dapat dibuat rangkaian ekivalen dengan memindahkan R1 dan X1 pada primer ke sekunder, seperti gambar di bawah:

Jelas bahwa:

2ZT = √( R2+2 R1)

2+( X2+2 X1 )

2

Suatu nilai lain, 1ZT akan timbul jika kita mereferensikan seluruh nilai komponen komponen R dan X ke lilitan primer. Dalam hal tersebut,

1ZT = √( R1+1 R2 )

2+( X1+1 X 2)

2

Tetapi, untungnya. Nilai nilai 2ZT dan 1ZT lebih mudah dihubungkan oleh

2 ZT=1 ZT

N2

Dalam banyak perhitungan perhitungan, kita tidak mementingkan nilai ohm dari 1ZT atau 2ZT , tetapi pada pengaruh impedansi total tersebut terhadap pengaturan, arus hubung-singkat, dan sebagainya. Dan impedansi total dinyatakan sebagai suatu persentase, dengan mengekspresikan

impedansi susut tegangan pada beban penuh sebagai suatu persentasi tegangan terminal beban penuh nominal pada lilitan dimana Z tersebut direferensikan. Karena itu persentase impedansi adalah:

Z% =

I S2 ZT

V s % untuk sekunder, dan untuk primer

=

I P xNx 1 ZT xN

N2 xV 1

=

I P1 ZT

V 1 %Z% sekunder = Z% primerKarena itu Z% mempunyai nilai yang sama, ditinjau dari lilitan yang manapun, dan dengan demikian ia menunjukkan pada transformator secara keseluruhan, dan menghindari keharusan untuk mereferensikan impedansi dari satu lilitan ke lilitan yang lainnya.

3. Perbandingan reaktansi terhadap resistansi transformator harus sama.Walaupun faktor kerja secara keseluruhan ditentukan oleh beban, sudut phasa dari arus arus transformator yang terpisah dipengaruhi oleh perubahan kecil yang diakibatkan oleh perbandingan reaktansi dan resistansi ekivalen transformator. Dengan demikian secara ideal perbandingan reaktansi dan resistansi dari transformator yang bekerja parallel haruslah sama. Secara umum tidak mungkin untuk merancang transformator yang mempunyai kVA nominal berbeda dan persentase impedansi yang sama, dan pada saat yang sama juga mempunyai perbandingan reaktansi terhadap resistansi yang sama. Untungnya, pengaruh ketidaksamaan perbandingan X/R adalah kecil, dengan demikian lebih penting untuk merancang persentase impedansi yang sama untuk mencapai pembagian beban yang baik. Akan tetapi adalah sulit untuk merancang persentase impedansi yang sama jika kVA nominal mempunyai perbedaan yang besar.

Karena itu adalah biasa untuk membatasi kerja parallel transformator transformator dengan perbedaan output tidak melebihi perbandingan 3:1. Sebagai contoh, suatu transformator 750 kVA, seharusnya tidak bekerja parallel dengan transformator yang mempunyai kapasitas kurang dari 250 kVA atau lebih dari 2250 kVA.

LIGHTENING ARESTER

Dalam pusat listrik harus terdapat lightning arrester (penangkal petir) yang berfungsi untuk menangkal gelombang berjalan dari petir yang akan masuk ke instalasi pusat pembangkit listrik. Gelombang berjalan juga dapat berasal dari pembukaan dan penutupan pemutus tenaga atau circuit breaker (switching). Jika tidak terdapat gangguan, Lightening arester ini akan bersifat isolator. Tetapi jika terdapat gangguan, maka lightening arester ini akan berubah menjadi konduktor untuk menyalurkan arus lebih ke tanah.

Saluran udara yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan bagian instalasi pusat pembangkit listrik yang paling rawan sambaran petir dan karenanya harus diberi lightning arrester. Selain itu, lightning arrester harus berada di depan setiap transformator dan harus terletak sedekat mungkin dengan transformator. Hal ini perlu karena pada petir yang merupakan gelombang berjalan menuju ke transformator akan melihat transformator sebagai suatu ujung terbuka (karena transformator mempunyai isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga gelombang pantulannya akan saling memperkuat dengan gelombang yang datang. Berarti transformator dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surja yang datang. Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arrester harus dipasang sedekat mungkin dengan transformator.

Lightning arrester bekerja pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi untuk membuang muatan listrik dari surja petir dan berhenti beroperasi pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi agar tidak terjadi arus pada tegangan operasi, dan perbandingan dua tegangan ini disebut rasio proteksi arrester.

Tingkat isolasi bahan arrester harus berada di bawah tingkat isolasi bahan transformator agar apabila sampai terjadi flashover, maka flashover diharapkan terjadi pada arrester dan tidak pada transformator.

Gambar 1. Konstruksi sebuah lightning arrester buatan Westinghouse yang menggunakan celah udara (air gap) di bagian atas dipasang

Gambar 2. Lightning Arrester Tegangan Rendah Untuk Dipasang di Luar Gedung

Gambar 3. Lightning Arrester Tegangan Rendah Untuk Dipasang didalam Gedung

BAB 1

PENDAHULUAN

Pembangkitan tenaga listrik sebagian besar dilakukan dengan cara memutar generator sinkron

sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik tiga fasa. Energi mekanik yang diperlukan

untuk memutar generator sinkron didapat dari mesin penggerak generator/penggerak mula (prime

mover) yang dapat berupa mesin uap, turbin air, dan turbin gas.

Pusat listrik adalah tempat dimana proses pembangkitan tenaga listrik. Dalam pusat listrik

umumnya terdapat :

a. Instalasi energy primer, yaitu instalasi bahan bakar atau tenaga air.

b. Instalasi mesin penggerak generator, yaitu instalasi yang berfungsi sebagai pengubah energi primer

menjadi energi mekanik penggerak generator.

c. Instalasi pendingin, yaitu instalasi yang berfungsi mendinginkan instalasi mesin penggerak yang

menggunakan bahan bakar.

d. Instalasi listrik, yaitu instalasi yang secara garis besar terdiri dari : instalasi tegangan tinggi, instalasi

tegangan rendah dan instalasi arus searah.

Adapun jenis-jenis pusat listrik diantaranya : PLTA, PLTD, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTP,

PLTN.

Tegangan dari generator dinaikkan dahulu dengan transformator, baru kemudian dihubungkan

ke rel melalui pemutus tenaga (PMT). PMT adalah sakelar tegangan tinggi yang mampu memutus arus

gangguan. Di depan dan di belakang PMT harus ada pemisah (PMS), yaitu sakelar yang boleh

dioperasikan dalam keadaan tidak ada arus.

Adapun masalah utama dalam pembangkitan tenaga listrik diantaranya : penyediaan energi

primer, penyediaan air pendingin, masalah limbah, masalah kebisingan, masalah operasi, masalah

pemeliharaan, gangguan dan kerusakan, pengembangan pembangkitan, dan perkembangan teknologi

pembangkitan. Sedangkan mutu tenaga listrik yang perlu diperhatikan yaitu kontinuitas penyediaan,

nilai tegangan, nilai frekuensi, kedip tegangan, dan kandungan harmonisa.

Pusat listrik yang besar, di atas 100 MW, umumnya beroperasi dalam sistem interkoneksi. Pada

sistem interkoneksi terdapat banyak pusat listrik dan banyak usat beban (GI) yang dihubungkan satu

sama lain oleh saluran transmisi. Setelah tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat listrik, maka tenaga

listrik ini ditransmisikan lalu didistribusikan kepada para konsumen. Proses penyediaan tenaga listrik

ini secara singkat diperlihatkan pada gambar 1.3 yang merupakan salah satu bagian dari sistem

interkoneksi yang diperlihatkan pada gambar 1.2.

BAB 2

INSTALASI LISTRIK DARI PUSAT LISTRIK

2.1 Instalasi Listrik Generator

Generator yang umumnya digunakan dalam pusat listrik adalah generator sinkron tiga fasa.

Tegangan generator maksimum saat ini adalah 23 kV. Generator-generator dengan daya di atas 10

MVA umumnya mempunyai transformator penaik tegangan yang pada umumnya mempunyai

hubungan ∆-Y. Energi listrik yang dibangkitkan generator setelah tegangannya dinaikkan oleh

transformator disalurkan melalui PMT ke rel (busbar). Penyaluran daya dari generator sampai ke

transformator penaik tegangan dilakukan menggunakan kabel yang diletakkan pada saluran tanah dan

saluran di atas tanah (cable duct). Setelah keluar dari sisi tegangan tinggi transformator tersebut, energy

disalurkan melalui konduktor tanpa isolasi ke PMT dan dari PMT ke rel juga melalui konduktor tanpa

isolasi.

Bagian lain dari instalasi listrik generator adalah instalasi arus (medan) penguat yang

didapatkan dari generator arus searah yang umumnya terpasang satu poros dengan generator utama.

Hubungan listrik antara generator utama dengan generator arus penguat dilakukan melalui cincin geser

dan pengatur tegangan otomasi. Pengatur tegangan otomasi ini berfungsi mengatur besarnya arus

medan agar besarnya tegangan generator utama konstan.

2.2 Rel (Busbar)

Beberapa jenis susunan rel yaitu:

a. Rel tunggal

b. Rel ganda dengan satu PMT

c. Rel ganda dengan dua PMT

d. Rel dengan PMT 112

2.3 Saluran Kabel antara Generator dan Rel

Gambar 2.11 memperlihatkan bagaimana hubungan generator ke rel dilakukan, yaitu dengan

menggunakan kabel. Pada bagian ini umumnya terdapat transformator arus dan transformator tegangan

untuk keperluan pengukuran dan proteksi. Setelah melalui transformator, kabel dihubungkan ke PMT

dan PMS sebelum dihgubungkan ke rel.

2.4 Jenis-jenis Saklar

Dalam rangkaian listrik dengan tegangan diatas 1,5kV, saklar dibedakan menjadi tiga jenis:

a. Pemutus tenaga (PMT) atau circuit breaker (CB) adalah saklar yang mampu memutus arus gangguan hubung singkat.

b. Pemutus beban (PMB) atau load break switch (LBS) adalah saklar yang hanya mampu memutus arus sebesar arus beban.

c. Pemisah (PMS) atau insulating disconnecting switch yang hanya boleh dioperasikan tanpa arus.

Konstruksi saklar khususnya pemutus tenaga (PMT) tegangan tinggi mengandung teknik pemutusan busur listrik dan teknik pembersihan kontak kontaknya sendiri. Perkembangan konstruksi pemutus tenaga adalah:

a. Pemutus tenaga udarab. Pemutus tenaga minyak sedikitc. Pemutus tenaga gas SF6

d. Pemutus tenaga vakume. Pemutus tenaga medan magnetf. Pemutus tenaga udara tekan

2.5 Mekanisme Pemutus Tenaga (Switchgear)

Penutupan dan pembukaan PMT memerlukan gerakan mekanis yang cepat dan tegas, tidak boleh lambat dan ragu-ragu karena proses pemutusan busur listrik akan mengalami kegagalan. Untuk mendapatkan gerakan yang cepat dan tegas maka diperlukan suatu mekanisme (swicthgear) penggerak berdasarkan energi pegas atau energi udara tekan (pneumatic) atau energi tekan minyak (hydraulic).

2.6 Instalasi Pemakaian Sendiri

Setiap pusat listrik memerlukan energi listrik untuk pemakaian sendiri, yaitu untuk lampu penerangan, penyejuk udara, menjalankan alat alat pembantu unit pembangkit, pendukung pemeliharaan dan perbaikan pusat listrik, dan pengisian baterai aki yang merupakan sumber arus searah bagi pusat listrik.

2.7 Baterai

Pusat listrik memerlukan sumber arus searah untuk menjalankan motor pengisi pegas PMT, untuk mentrip PMT apabila terjadi gangguan, untuk melayani alat alat telekomunikasi, memasok isntalasi penerangan dalurat. Untuk pemeliharaan baterai yaitu pemantauan tegangan, berat jenis elektrolit, kebersihan ruangan, dan ventilasi ruangan.

2.8 Transformator

Transformator dengan tegangan di atas 60 kV, titik netralnya kebanyakan ditanahkan secara

langsung, ini dimaksudkan untuk menghemat biaya isolasi. Sedangkan untuk transformator yang

dibawah 60 kV titik netralnya ditanahkan melalui impedansi berupa tahanan atau kumparan yang

tujuannya unuk menghasilkan arus gangguan hubung tanah yang cukup besar.

Minyak transformator berfungsi sebagai media pendingin dan media isolasi, miyak ini terbuat dari

bahan organik, ikatan atom C dengan atom H, minyak ini mengalami suhu relatif tinggi dan mengalami

busur busurlistrik apabila ada on load tap changer (pengubah sadapan berbeban). Bagian bushing

transformator yang berdekatan dengan tngki yang terdiri darilpisan porselen dan kertas ini juga perlu

dipantau nilai isolasinya, karena jika nilainya terlalu rendah bisa terjadi hubung singkat ke tangki yang

dapat menyebabkan transformator meledak.

Macam-macam transformator diantaranya :

Transformator Penaik Tegangan Generator :

Trafo ini digunakan karena tegangan keluaran (output voltage) yang dihasilkan generator

sampai saat ini baru mencapai 23 KV.

Transformator penaik tegangan generator umumnya dianggap merupakan satu kesatuan

dengan generator, terutama dari segi proteksi.

Transformator Unit Pembangkit :

Digunakan pada unit pembangkit yang besar(di atas 10 MW).

Transformator ini mengambil daya langsung dari generator untuk memasok alat-alat bantu

unit pembangkit yang bersangkutan, misal : motor-motor pendingin, motor pompa minyak

pelumas, dan lain-lain.

Transformator Pemakaian Sendiri :

Mendapat pasokan daya dari rel pembangkit listrik, kemudian memasok daya ke rel

pemakaian sendiri.

Rel pemakaian sendiri digunakan untuk memasok instalasi penerangan, baterai ski, mesin-

mesin bengkel, mesin pengangkat dan alat-alat bantu unit pembangkit pada periode start.

Transformator Antar Rel :

Digunakan pada pembangkit tenaga listrik yang terdiri dari beberapa rel, dengan tegangan

operasi yang berbeda-beda.

Gambar. Macam – Macam Transformator

Pembumian Bagian-bagian Instalasi

Bagian-bagian dari instalasi pusat listrik yang harus dibumikan adalah bagian-bagian yang terbuat

dari logam dan berdekatan dengan bagian instalasi yang bertegangan, seperti : generator, saklar, kabel,

rel dan kumparan transformator. Pembumian dari bagian instalasi tersebut dilakukan dengan cara

menghubungkan bagian-bagian dengan titik-titik pembumian dalam pusat listrik yang bersangkutan

Sistem Eksitasi

PMT arus penguat generator utama harus dilengkapi dengan tahanan yang menampung energi

medan magnet, hal ini sangat perlu mengingat besarnya energi yang terkandung dalam medan magnet

generator utama yang apabila tidak dibuang ke dalam tahanan tersebut maka akan menyulitkan proses

pemutusan arus penguat generator utama.

Besarnya arus penguat generator utama dilakukan oleh pengatur tegangan otomatis untuk menjaga

agar nilai tegangan jepit generator konstan. Perkembangan sistem eksitasi generator cenderung ke

sistem eksitasi tanpa sikat, karena dengan adanya sikat menumbulkan kesulitan jika terjadi timbul

loncatan api pada putaran dan daya tinggi pada generator arus searah yang menghasilkan arus penguat.

Pada sistem eksitasi tanpa sikat ini, permasalahan akan timbul apabila terjadi gangguan hubung singkat

di rotor, hal tersebut harus dapat terdeteksi engan baik.

Sistem pengukuran dan Sistem Proteksi

Besaran yang diukur pada generator secara umum adalah sebagai berikut :

a) Tegangan

b) Arus

c) Daya aktif

d) Daya Reaktif

e) Energi Listrik

f) Sudut Fasa Cosφ

g) Frekuensi

Dalam melaksanakan pembangkitan, penyaluran dan distribusi tenaga listrik, gangguan tidak dapat

dihindari terutama hubung singkat antar fasa atau antar fasa dengan tanah. Gangguan semacam ini

menimbulkan arus yang sangat besar dan dapat merusak peralatan sehingga diperlukan proteksi untuk

mengamankannya.

Sistem proteksi harus dapat mengamankan dan dapat berfungsi untuk melokalisir peralatan

instalasi terhadap gangguan. Sistem proteksi ini hanya akan men-trif PMT yang berdekatan dengan

gangguan.

Sistem Proteksi terdiri dari :

Relai-relai untuk generator (Relai Arus Lebih, Relai Diferensial, Relai-Relai gangguan Hubung

Tanah, Relai Roto Hubung Tanah, Relai Penguatan Hilang, Relai Tegangan Lebih, Relai Arus

Urutan Negatif, Relai Suhu, Relai Fluks Berlebih).

Relai untuk Mesin Penggerak Generator.

Transformator (Relai Arus Lebih di Sisi Primer dan Sisi Sekunder, Relai Hubung Tanah, Relai

Diferensial, Relai Hubung Tanah Terbatas, Relai-Relai Bucholz, Relai Suhu, Relai Tekanan

Mendadak, Relai Tangki Tanah, Relai Arus Urutan Negatif).

Motor-motor Listrik dan Proteksi Motor Listrik

Dalam pusat listrik yang besar seringkali digunakan udara tekanan untuk keperluan pengaturan

yang diperlukan dalam bejana yang berisikan udara tekanan yang diisi oleh kompresor, maka disini

diperlukan motor penggerak kompresor.

Motor listrik yang besar atau yang berperan penting bagi kelangsungan operasi adalah sebagai

berikut :

a) PLTU

Motor penggerak pompa pengisi air ketel.

Motor penggerak pompa air peningin kondensator.

Motor penggerak penggiling batu bara.

Motor penggerak kipas penghisap udara.

Motor pemutar poros turbin.

Motor penggerak pompa sirkulasi minyak pelumas.

Motor penggerak penyemprot bahan bakar ke ketel.

b) PLTG

Motor penggerak pompa sirkulasi minyak pelumas.

Motor start turbin.

c) PLTA

Motor penggerak katup by pass dari katup utama turbin.

Motor penggerak pompa sirkulasi minyak pelumas bagi bantalan turbin dan generator.

Motor listrik diproteksi terhadap pembebanan lebih, hubung singkat dan tegangan rendah.

a) Relai Arus Lebih dan Sikring Lebur

Relai ini untuk memproteksi motor listrik terhadap pembebanan lebih atau hubung singkat

dengan karakteristik invers, pada arus besar sikring lebur ini bekerja lebih cepat yang

menggunakan elemen termal bimetal yang diperlukan untuk melindungi motor terhadap arus

lebih.

b) Relai Stall

Stall adalah fenomena dimana putaran motor sewaktu start tidak dapat dinaikan dengan cepat

karena beban yang terlalu berat.

c) Relai Tegangan Rendah

Jika tegangan pasokan rendah atau hilang, maka magnet pemegang kontak-kontak saklar akan

membuka kontak saklar.

d) Relai Arus Urutan Negatif

Relai ini mampu melakukan proteksi motor terhadap gangguan antar fasa, bebn lebih, arus

urutan negatif, rotor mcet.

Saluran Keluar

Saluran keluar pusat listrik terutama yang berupa saluran udara merupakan bagian dari sistem

tenaga listrik yang paling banyak mengalami gangguan, sistem proteksi pun harus dapat menjaga

selektivits proteksi yang agar jika terjadi gangguan jangan sampai men-trip PMT dan juga harus dapat

menjaga agar tidak merusak generator.

Untuk saluran dengan tegangan dibawah 40 kV, sistem proteksi saluran keluar umumnya

menggnakan : Relai arus lebih, Relai hubung tanah dan Relai arus urutan negatif.

Gangguan dan Pengaturan Tegangan

Gangguan adalah suatu peristiwa yang menyebabkan trip-nya PMT diluar kehendak operator,

gangguan ini disebabkan karena terjadinya hubung singkat, hubung singkat ini dapat terjadi antara fasa

dengan fasa atau fasa dengan tanah. Macam-macam gangguan dapat dikelompokan menjadi :

a) Gangguan temporer, yaitu peristiwa yang menyebabkan trip-nya PMT tetapi beberapa saat dan

jika PMT dimasukan kembali maka PMT normal lagi.

b) Gangguan permanen, gangguan yng menyebabkan trip-nya PMT, kemudian bila PMT

dimasukan kembali maka PMT nya trip lagi.

Gangguan temporer banyak terjadi pada saluran transmisi, penyebabnya adalah petir, dan pada

saluran distribusi gangguan yang terjadi disebabkan oleh robohnya pohon. Gangguan pda saluran udara

baik transmisi maupun distribusi lebih dari 80% bersifat temporer, sedangkan pada kabel >90% bersifat

permanen.

Pengaturan tegangan pada generator berkaitan dengan arus penguat generator. Apabila generator

beroperasi pararel dengan sistem yang besar, maka pengaturan arus penguat generator praktis dan tidak

banyak mengubah tegangan.

Pengaturan Frekuensi

Pengatur frekuensi disebut juga governor. Karena pengaturan frekuensi ini dilakukan dengan

mengatur daya aktif yang dibangkitkan generator dan harus mengatur kopel mekanis. Pengaturan kopel

mekanis ini dilakukan dengan cara :

Mengatur pemberian uap penggerak turbin dalam PLTU.

Mengatur pemberian air penggerak turin dalam PLTA.

Mengatur pemberian bahan bakar dalam ruang bakar turbin PLTG.

Mengatur pemberian bahan bakar oleh pompa ke mesin diesel dalam PLTD.

Untuk melakukan fungsinya maka governor mengukur frekuensi yang dihasilkan generator dengan

cara mengukur kecepatan putar poros generator.

Pada governor mekanis kecepatan putar poros generator yang sebanding dengan frekuensi yang

dihasilkan generator yang menghasilkan gaya sentrifugal. Sedangkan pada governor elektronik,

deteksi frekuensi dilakukan melalui generator kecil yang mempunyai magnet permanen sehingga

tegangan jepitnya sebanding dengan putarannya.

Bab 2 (2.17-2.25)

2.17 Pengaturan Tegangan

Pengaturan tegangan generator berkaitan dengan pengaturan arus penguat generator. Pengaturan tegangan prinsip kerjanya dilakukan oleh pengatur tegangan otomatis . tegangan otomatis ini mendapat masukan dari transformator tegangan yang mengukur tegangan jepit generator, tegangan jepit generator dibandingkan dengan tegangan referensi yang ada dalam pengaturan tegangan untuk diambil selisihnya. Selisih ini akan dijadikan acuan unutk mengeluarkan sinyal perintah kepada sirkuit eksitasi generator untuk menambah atau mengurangi arus penguat generator.

pada perkembangannya, pengatur tegangan mula-mula menggunakan sistem mekanis kemudian berkembang menggunakan sistem elektronik. Pada pengaturan tegangan elektronik fungsi dari komponen-komponen elektromekanik tersebut digantikan oleh komponen-komponen elktronik.

Pada pengaturan tegangan sistem elektronik, tegangan referensi didapat dari diode zener yaitu diode yang diberi tegangan terbalik sehingga arus yang didapatkan nilai tegangan besarnya konstan.

2.18 Pengaturan Frekuensi

Pengaturan frekuensi biasa disebut governor, karena pengaturan frekuensi dilakukan dengan mengatur daya aktif yang dibangkitkan generator. Maka governor harus mengatur kopel mekanis yang dihasilkan mesin penggerak generator. Pengaturan kopel ini dilakukan dengan cara :

a. Mengatur pemberian uap penggerak turbin dalam PLTUb. Mengatur pemberian air penggerak turbin dalam PLTAc. Mengatur pemberian bahan bakar dalam ruang bakar turbin PLTGd. Mengatur pemberian bahan bakar oleh pompa injeksi bahan bakar ke silinder mesin diesel

dalam PLTD

Governor mengukur frekuensi yang dihasilkan generator dengan mengukur kecepatan putar poros generator tersebut karena frekuensi yang dihasilkan generator sebanding dengan kecepatan putar poros generator.

Pada governor mekanis , kecepatan putar poros generator yang sebanding dengan frekuensi yang dihasilkan generator didapat dengan menggunakan bola-bola berputar yang menghasilkan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal ini dibandingkan dengan gaya mekanik yang didapat dari pegas referensi. Selisih antara kedua gaya menjadi sinyal penggerak sistem mekanik yang selanjutnya menambah uap, air, atau bahan bakar mesin penggerak generator.

Pada governor elektronik , deteksi frekuensi dilakukan melalui generator kecil yang mempunyai magnet permanen sehingga tegangan jepitnya sebanding dengan putarannya, karena generator kecil ini dikopel secara mekanis dengan poros generator utama maka putannya sebanding dengan putaran generator utama, sehingga tegangan jepit generator kecil ini sebanding dengan tegangan frejuensi generator utama. Selanjutnya tegangan jepit generator dibandingkan dengan tegangan jepit dan selisihnya menjadi sinyal penggerak sistem elektronik.

Untuk menghindari terjadinya osilasi (keadaan tidak stabil) pada governor, perlu adanya umpan balik. Adanya umpan balik menyebabkan timbul speed droop, yaitu turunya frekuensi yang diatur governor.

2.19 Perlindungan Terhadap Petir

Lighting arrester / penagkal petir yang berfungsi menagkal gelombang berjalan dari petir yang akan masuk keinstalasi pusat listrik

Penangkal petir harus ada didepan setiap transformator an harus terletaksedekat mungkin dengan transformator untuk mencegah terjadinya samberan petir. Penagkal petir akan bekerja pada tegangan tertentu duatas tegangan operasi untuk membuang muatan listrik dari surja petir dan akan berhenti beroperasi pada tegangan tertentu diatas tegangan operasi agar tidak terjadi arus ikutan pada tegangan operasi. Perbandingan dua tegangan ini disebut proteksi arrester.

Tingkat isolasi dari arrester harus berada dibawah tingkat isolasi dasar transformator agar apabila samapai terjadi flashover yang terjadi pada arrester dan tidak pada transformator

Salah satu perkembangan penagkal petir adalah oksida seng ZnO2 sebagai bahan yang menjadi katup atau valve arrester

2.20 Proteksi Rel (Busbar)

Rel pada pusat listrik merupakan bagian instalasi yang vital. Oleh karena itu gangguan apalagi kerusakan pada rel harus dihindarkan . langkah-langkah proteksi atau perlindungan bagi rel agar tidak terjadi gangguan yaitu:

a. Memasang kawat petir yang mempunyai sudut perlindungan yang cukup terhadap rel (>30 )b. Memasang lightning arrester untuk saluran udara dan transformator dengan jarak yang cukup

dekat c. Melakukan pentanahan / pembumian yang baik bagi semua struktur logamd. Memberi pagar yang rapat disekeliling rel agar tidak ada binatang yang dapat masuk yang

mungkin dapat menikbulakan gangguan, seperti : ayam, kambing, ular, sapi.

2.21 Instalasi Penerangan

Langkah-langkah maksimal agar pasokan daya untuk penerangan sedapat mungkin tidak pernah padam:

a. Pasokan daya untuk instalasi penerangan diambil dari transformator pemakaian sendiri, bukan dari transformator unit pembangkit shingga apabila unit pembangkit megalami gangguan maka pasokan daya untuk penerangan tidak terganggu.

b. Penyediaan unit pembangkit darurat seperti diuraikan pada pasal 3.8 bagi instalasi penerangan dan bagi keperluan lain yang vital seperti komputer untuk operasi.

c. Menyediakan instalasi arus searah untuk sebagian penerangan yang sangat penting dengan menggunakan lampu arus searah

2.22 Instalasi Telekomunikasi

Sarana telekomunikasi yang bisa digunakan dalam pusat listrik adalah :

1. Telepon umum, termasuk : faximile, telex, dan elctrinic mail2. Power line carrier, untuk komunikasi suara dan untuk mengirim data, termasuk untuk proteksi

sistem3. Serat optik yang dapat mengambil alih fungsi telepon umum maupun power line carrier

Pada pusat listrik harus ada mikroprosesor yang dapat berkomunikasi dengan komputer SCADA. Mikroprosesor ini dilengkapi dengan modem dan peripheral yang disebut remote terminal unit (RTU) termasuk juga da RAM dan ROM. Rtu mencatat berbagai data dan kejadian dari pusat listrik untuk dilaporkan ke komputer SCADA yang ada dipusat pengatur beban .

PLC adalah sistem telekomunikasi yang menggunakan sistem saluran transmisi sebagai media pengirim sinyal. PLC umumnya mempunyai chanel unutk komunikasi dan chanel unutk data. Chanel biasanya digunakan unutk SCADA dan intertriping relai proteksi.

Hubungan antara RTU dan komputer SCADA dilakukan dengan modem telekomunikasi yang berhubungan dengan saluran telekomunikasi. Teknologi terakhir menggunakan serat optik

2.23 Arus Hubung Singkat

Gangguan umumnya disebabkan karena terjadi hubung singkat, bagian sering mengalami gangguan adalah saluran udara. Gangguan hubung singkat menimbulkan arus hubung singkat yang sangat besar dan harus diperhitungkan dalam merencanakan instalasi listrik dari pusat listrik, khususnya dalam menentuka spesifikasi teknis pemutus tenaga (PMT).

Masalah arus hubung singkat ini perlu terus-menerus diamati dalam kaitannya dengan kemammpuan PMT yang dioperasikan, apabila pusat listrik ada dalam sistem interkoneksi maka perhitungan arus hubung singkat menjadi lebih sulit.

Perhitungan arus hubung singkat didasarkan atas simetris 3 fasa, karena dianggap gangguan ini yang menghasilkan arus hubung singkat terbesar. Tetpai gangguan tyang sering terjadi adalah gangguan satu fasa ke tanah, khususnya pada saluran udara.

Spesifikasi PMT harus memperhatikan besarnya arus hubung singkat yang harus diputusnya dan juga harus memperhatikan kamampuan termisnya dalam arti berapa lama PMT dapat dilalui oleh arus hubung singkat yang hatus diputusnya.

2.24 Pengawatan Sekunder

Pengawatan sekunder menggambarkan sirkuit listrik yang ada disisi sekunder transformator arus dan transformator tegangan disisi tegangan rendah. yang digunakan untuk pengukuran juga digunakan untuk mengoperasikan relai untuk keperluan proteksi. Relai kemudian menutup kontak-kontak dalam sirkuit arus searah dari baterai aki unyuk mentrip PMT dan menyalakan lampu indikator serta membunyikan alarm.

Dalam praktek pengawatan sekunder unutk arus searah dilaksanakan dengan menggunakan kabel yang menempel pada dinding panel kontrol atau panel proteksi. Pada panel yang sama mungkin juga ditempelkan pengawatan sekunder arus bolak-balik 380/220 v misalkan unutk keperluan penerangan.

2.25 Pemeliharaan Instalasi Listrik

a. Cara pemeliharaan Pemeliharaan bertujuan untuk mempertahankan efesiensi, keandalan dan umur ekonomis. Dalam perkembangannya pemeliharaan dilaksanakan sebagai berikut :1. Pemeliharaan bila ada gangguan atau kerusakan2. Pemeliharaan periodik

Pemeliharaan ini berdasarkan jangka waktu tertentu berdasarkan buku petunjuk pabrik atau statistik kerusakan atau statistik gangguan

3. Pemeliharaan prediktif Pengamatan beberapa data kemudian dilakukan analisis data untuk menentukan kapan perlu dilakukan pemeriksaan atau pemeliharaan suatu alat. Data yang perlu analisis adalah tahanan isolasi, getaran poros, suhu kumparan dan suhu bantalan dll.

b. Bagian yang harus dipelihara1. Generator

2. Motor listrik

3. Transformator

4. Pemutus tenaga atau saklar-saklar

5. Baterai aki

6. Semua kontak sambungan

7. Titik pentanahan

8. Sistem proteksi

2. 27 Perkembangan Isolasi Kabel

a. Kabel Tegangan RendahDalam pusat listrik terdapat kabel tegangan rendah untuk menyalurkan daya dan kabel

tegangan rendah untuk keperluan pengawatan sekunder dan untuk keperluan kontol.Kabel egangan rendah untuk penyaluran daya ada yang mempunyai luas penampang

konduktor 2,5 mm2 (terbuat dari tembaga) sampai luas penampang 150 mm2 (terbuat dari tembaga ataupun alumunium) di man yang mempunyai penampang 2,5 mm2 digunakan untuk keperluan lampu penerangan sedangkan yang mempunyailuas penampang di atas 10 mm2

(terbuat dari tembaga)digunakan untuk motor-motor listrik.Semua kabel penyalur daya, terutama yang melalui tempat terbuka, harus

diperhitungkan terhadap tekanan mekanis dan bila perlu diletakkan dalam saluran kabel (cable duct) atau dalam pipa.

Untuk kabel daya harus ada lapisan penguat, terutama jika dipasang di dalam rumah, lapisan ini biasanya lapisan PVC (Poly Viny / Chlorida) dan pelat baja.

b. Kabel Tegangan TinggiKabel tegangan tinggi (di atas 1 kV) yang umumnya dipasang dalam tanah, pada

mulanya menggunakan isolasi kertas yang diresapi minyak (oil impregnated). Untuk tegangan di atas 70 kV, digunakan minyak bertekanan sebagai isolasi.

Dalam perkembangannya, banyak digunakan isolasi cross link polyethylene yang dalam praktek sering disebut sebagai isolasi XLPE. Dangan penggunaan kabel berisolasi XLPE, proses penyambungan kabel menjadi lebih mudah dibandingkan proses penyambungan kabel berisolasi kertas dengan resapan minyak maupun dengan kabel berisolasi minyak bertekanan. Ada 4 macam teknik penyambungan kabel berisolasi XLPE, yaitu : Teknik Molding Teknik Premolded Teknik Panas-susut (heat shrink) Teknik Slip-on

Keempat teknik tersebut di atas dapat diterapkan pada pemasangan kotak ujung kabel, yang berfungsi sebagai terminasi kabel. Kotak sambung maupun kotak ujung (terminasi) kabel berisolasi XLPE harus kedap air dan juga harus melindungi isolasi XLPE tersebut dari dari sinar matahari.

2. 28 Kurva Kapabilitas Generator

Generator menghasilkan daya aktif yang dinyatakan dalam MW dan daya reaktif yang dinyatakan dalam MVAR. Kapasitas generator dinyatakan dalam MVA di mana :

MVA = √ MW2+MVAR2

Komponen daya aktif MW diatur dengan mengatur kopel penggerak/pemutar generator, sedangkan komponen daya reaktif diatur dengan mengatur arus penguat generator.

Pada mesin penggerak generator yang berupa turbin air, pengaturannya dilakukan dengan mengatur banyaknya air penggerak turbin. Sedangkan pada mesin penggerak generator yang berupa turbin uap, pengaturan kopel ini dilakukandengan mengatur banyaknya uap yang masuk ke turbin uap.

Pengaturan daya reaktif dilakukan dengan mengatur arus penguat generator. Hal ini dilakukan dengan mengatur tahanan pengatur dalam sirkuitnarus penguat.

Di bagian induktif, yaitu di bagian mana generator menghasilkan daya reaktif, arus penguat harus besar, namun karena ada keterbatasan system eksitasi dalam menghasilkan arus penguat, maka lanjutan busur lingkaran CB “dipatahkan” menjadi lengkung BA.

Di bagian kapasitif tidak dibutuhkan arus penguat yang besar jika dibandingkan di bagian induktif, artinya apabila arus penguat diperlemah, suatu saat generator akan member daya reaktif kepada system yang sifatnya kapasitif.. Pada keadaan kapasitif, dimana arus penguat nilainya kecil, ada resiko generator lepas dari sinkronisasi (out of sinkron) sehingga generator tersebut menjadi generator asinkron.

2. 29 Generator Asinkron

Pada PLTA dengan daya relative kecil (kurang dari 1% terhadap daya yang dibangkitkan system) seringkali digunakan generator asinkron, yaitu motor asinkron yang dimasukkan kedalam system kemudain diputar oleh turbin air sehingga motor asinkron ini berputar lebih cepat daripada putaran sinkronnya (mempunyai nilai slip negative)

Jika ada gangguan, relai pengaman akan men-trip PMT generator dan memberhentikan turbin airnya.

2. 30 Generator sebagai Motor Start pada Turbin Gas

Untuk menstart turbin gas diperlukan daya mekanis untuk memutar poros turbin dan juga poros dari kompresoragar didapat udara bertekanan yang akan dicampur dengan bahan bakar dalam ruang bakar yang untuk selanjutnya akan dinyalakan agar menghasilkan gas hasil pembakaran penggerak turbin sehingga akhirnya turbin bergerak.

Daya mekanis yang diperlukan untuk menstart turbin tersebut di atasbisa berasal dari mesin diesel yang distart dengan menggunakan baterai aki atau dari motor listrik yang disediakan khusus untuk menstart.

Generator utama memberikan dayanya kepada rel 150 kV. Rel 6,6 kV adalah rel untuk alat-alat bantu seperti motor penggerak pompa air pendingin dan motor pengisi air ketel. Rel 400 Volt adalah rel untuk memasok berbagai alat bantu seperti :SEE : Peralatan eksitasi statis yang diperlukan sawaktu startSFC : Pengubah frekuensi statis yang diperlukan untuk menstart generator sebagai motor start.

Pada waktu menstart turbin gas dengan cara menjadikan generator sebagai motor start, generator tersebut harus dilengkapi dengan kumparan asinkron kemudian distart sebagai motor asinkron. Pada proses start ini, generator tersebut diberi pasokan 400 volt dengan frekuensi rendah yang diatur oleh SCF. Setelah generator ini mulai berputar sebagai motor asinkron, frekuensinya secara bertahap dinaikan sehingga putaran generator terus naik dan apabila sudah mendekati putaran sinkron kemudian diberi penguatan oleh SEE sehingga generator ini mencapai tegangan untuk parallel dengan system. Kemudian generator tersebut diparalel dengan system melalui proses sinkronisasi. Setelah generator ini parallel dengan system, langkah selanjutnya adalah menghidupkan turbin gas.

2. 31 Rekaman Kerja PMT

Alat perekam kerja PMT ini harus dihubungkan ke closing coil, trip coil, serta kontak-kontak bantu PMT dengan memperhatikan pengawatan sekunder PMT. Hasil rekaman kerja PMT ini harus dianalisis dengan mengacu pada buku petunjuk pemeliharaan PMT bersangkutan. Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah :a. Waktu pembukaan PMT harus secepat mungkin, yaitu sekitar tiga cycle atau 60 milidetik, untuk system dengan frekuensi 50 Hz.b. Keserempakan pembukaan ketiga kontak utama

2. 32 Pentanahan dan Tahanan Pentanahan

Dalam sebuah instalasi listrik ada 4 bagian yang harus ditanahkan atau sering juga disebut dibumikan. Empat bagian dari instalasi listrik ini adalah :a. Semua bagian instalsi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusiab. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester.c. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisid. Tidak netral dari transformator atau titik netral generator

Ada empat alat pentanahan, antara lain :1) Batang pentanahan tunggal (single grounding rod)2) Batang pentanahan ganda (multiple grounding rod)3) Anyaman pentanahan (grounding mesh)4) Pelat pentanahan (grounding plate)

Tahanan jenis berbagai macam tanah dan tahanan pentanahannya

2. 33 Instalasi Kontrol

Instalasi control diperlukan untuk mengendalikan pusat listrik. Oleh Karen itu instalsi control harus bisa menyajikan berbagai data dan informasi yang terdapat dalam pusat listrik yang perlu dikendalikan oleh operator. Data dan informasi ini antara lain :1. Dari Generator

Tegangan, arus, daya aktif, daya rektif, frekuensi, factor daya, posisi PMT, posisi PMS, suhu kumparan stator, dan suhu bantalan.

2. Dari transformator penaik tegangan generatorTegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, posisi PMT, posisi PMS, suhu minyak dan kadar air dalam minyak.

3. Dari mesin penggerak generatorTergantung macam mesin penggerak generatornya, besaran yang dikontrol bervariasi, tetapi secara garis besar meliputi tekanan, suhu, vibrasi, dan tingkat keasaman (pH) misalnya dari air ketel PLTU.

Instalsi control juga berinteraksi dengan isntalsi proteksi. Misalnya jika PMT generator pada PLTU trip karena relai diferensial yang bekerja, maka instalsi control yang bersangkutan diberi tahu oleh instalasi proteksi mengenai kejadian ini, kemudian instalasi control ini melakukan langkah-langkah pengaturan yang diperlukan, sesuai program automatic control yang ada padanya. Langkah-langkah ini berbeda dengan apabila yang men-trip PMT adalah relai arus lebih.

2. 34 Instalasi Pneumatik dan Hidraulik

Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Perkataan pneumatik berasal bahasa Yunani “ pneuma “ yang berarti “napas” atau “udara”. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau digerakkan oleh udara mampat. Pneumatik merupakan cabang teori aliran atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem

saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat. Pneumatik menggunakan hukum-hukum aeromekanika, yang menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara atmosfir) dengan adanya gaya-gaya luar (aerostatika) dan teori aliran (aerodinamika). Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara bertekanan).

Hidrolik dapat dinyatakan sebagai alat yang memindahkan tenaga dengan mendorong sejumlah cairan tertentu. Komponen pembangkit aliran fluida bertekanan disebut pompa, dan komponen pengubah tekanan hidrolik menjadi gerak mekanik (lurus/rotasi) disebut elemen kerja (silinder/motor hidroulik).