RENCANA PENINGKATAN KAPASITAS DAYA LISTRIK DARI 20 kVA MENJADI 60 kVA PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI DESA PADASUKA KABUPATEN CIANJUR-JAWABARATM. Hariansyah, Ir., M.TPLTMH di desa Padasuka, telah dibangun pada tahun 1982, dengan kapasitas daya sebesar 25 kVA. Pada mulanya digunakan untuk mensuplai daya listrik perkebunan teh, dan penduduk setempat. Bertambahnya beban listrik membuat kapasitas daya listrik yang ada sudah tidak mampu lagi mensuplay beban, sehingga direncanakan untuk menambah kapasitas daya listrik. Sehingga perlu dilakukan studi analisis lebih lanjut. Tujuan yang ingin di capai adalah meningkatkan daya listrik terpasang dari 25 kVA, menjadi 60 kVA, sesuai kemampuan daya teoritis PLTMH, debit air tersedia, saluran penghantar air, menghasilkan data beban listrik tersambung, sehingga dapat direncanakan kapasitas turbin dan generator, serta type jaringan listrik, dan menghasilkan tegangan listrik yang konstan antara -5% s.d + 10 % dari tegangan listrik efektif sesuai Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL 2000). Metodologi yang dilakukan adalah melakukan pengukuran ulang debit air ( Q), diamater pipa pesat (d), tinggi jatuh air ( H), mendata jumlah beban terpasang, hingga dapat menentukan turbin dan generator. Hasil yang diperoleh debit air (Q) di sungai mencapai 3,9 m3/dt, , serta tinggi jatuh air 12 m, sehingga daya teoritis PLTMH yang dapat dibangkitkan sebesar 450 kW. Sementara debit air yang digunakan sebesar 0,9 m3/dt, dengan ketinggian jatuh air 12 meter, efisiensi turbin 0,88 dan efisiensi generator 0,9, maka daya yang diperoleh sebesar 105 kW. Berdasarkan hasil survai pendataan beban listrik jumlah daya terpasang direncanakan sebesar 50,325 kW, sehingga dapat dipilih type turbin Francis dan generator sinkron kapasitas 60 kW atau 75 kVA.1. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang MasalahPLTMH mulai dibangun pada tahun 1982 di desa Padasuka, Kecamatan Pegalaran Kabupaten Cianjur Jawa Barat. Pada mulanya digunakan untuk keperluan perkebunan Teh. Tenaga penggerak berupa kincir air over shoot untuk menggerakan dynamo listrik. Unjuk kerja PLTMH sangat buruk, efisiensi daya listrik hanya 40 %, tidak aman dan mudah rusak. Daya listrik yang dibangkitkan 20 kVA pada sistem tegangan listrik 380/220 volt. (Yayasan Mandiri, 2007).Beberapa upaya yang telah dilakukan adalah memodifikasi instalasi PLTMH, mulai perbaikan bendungan, konstruksi kincir air menggunakan plat baja, tetapi masih banyak masalah karena berat dan tidak balance menyebabkan bantalan poros mudah rusak, selain dari itu putaran kincir air sangat rendah ( 512 rpm), membutuhkan sistem transmisi daya yang komplek, dan hasilnya tidak memuaskan, frekuensi listrik tidak stabil dan merusak peralatan elektronik. Sementara beban listrik setiap tahunya terus bertambah dari tahun 2002, 20 kVA dan pada tahun 2006 menjadi 45 kVA (Yayasan Mandiri, 2007).Tujuan yang ingin dicapai adalah, meningkatkan daya listrik terpasang dari 25 kVA, menjadi 60 kVA, sesuai kemampuan daya teoritis PLTMH, debit air tersedia, saluran penghantar air, menghasilkan data beban listrik tersambung, sehingga dapat direncanakan kapasitas turbin dan generator, serta type jaringan listrik, dan menghasilkan tegangan listrik yang konstan antara -5% s.d + 10 % dari tegangan listrik efektif sesuai Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL 2000).1.TINJAUAN PUSTAKA Pengertian PLTMH adalah pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air sebagai media utama untuk penggerak turbin dan generator. Tenaga mikro hidro, dengan skala daya yang dapat dibangkitkan 5 kilo watt hingga 50 kilo watt. Pada PLTMH proses perubahan energy kinetic berupa (kecepatan dan tekanan air), yang digunakan untuk menggerakan turbin air dan generator listrik hingga menghasilkan energi listrik(NOTOSUDJONO, D. 2002). 2.1Prinsip kerja PLTMHSecara teknis, mikrohidro mempunyai tiga komponen utama yaitu air sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu melalui pipa pesat menuju rumah instalasi (powerhouse). Di rumah instalasi, air tersebut akan menumbuk turbin sehingga akan menghasilkan energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Putaran poros turbin ini akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Secara skematis ditunjukkan pada gambar 2.1. berikut ini :

Gambar 2.1 Skema PLTMHCara kerja PLTMH sebagai berikut:a. Aliran sungai dibendung agar mendapatkan debit air ( Q) dan tinggi jatuh air (H), kemudian air yang dihasilkan disalurkan melalui saluran penghantar air menuju kolam penenang,b. Kolam penenang dihubungkan dengan pipa pesat, dan pada bagian paling bawah di pasang turbin air.c. Turbin air akan berputar setelah mendapat tekanan air ( P ), dan perputaran turbin dimanfaatkan untuk memutar generator,d. Setelah mendapat putaran yang constan maka generator akan menghasilkan tegangan listrik, yang dikirim kekonsumen melalui saluran kabel distribusi ( JTM atau JTR).2.2 Pendekatan Analisis Pendekatan analisis yang digunakan umumnya bersifat parametrik ZUHAL, 1981). Secara teoritis daya yang dapat dibangkitkan oleh PLTMH dilakukan dengan pendekatan :

Dimana : : Masa jenis air (kg/m3) Q : Debita air dalam (m3/dt) H : Tinggi jatuh air dalam (m)Daya teoritis PLTMH tersebut di atas, akan berkurang setelah melalui turbin dan generator, yang diformulasikan sebagai berikut :

Dimana : eff T : Efisiensi Turbin antara ( 0,8 s/d 0,95) eff G : Efisiensi Generador ( 0,8 s/d 0,95)

Perkiraan beban tersambung ( SUBROTO, I . 2002).

Dimana : n = banyaknya pelanggan P = Daya listrik pada tiap pelanggan ( Watt)

Kecepatan medan putar di dalam generator sinkron dinyatakan oleh persamaan :(THERAJA, BL. 2001).

Dimana :ns = Kecepatan medan putar (rpm)f = Frekuensi (Hz)p = Jumlah kutub motor induksiKecepatan putar rotor tidak sama dengan kecepatan medan putar, perbedaan tersebut dinyatakan dengan slip :

Dimana :s = slipns = kecepatan medan putar stator (rpm)nr = kecepatan putar rotor (rpm)Dan daya maksimum yang di hasilkan dirumuskan :

Dan efisiensi dituliskan :

2.3 Survei potensi Peninjauan lapangan untuk survai potensi ini bersifat pengecekan/konfirmasi hasil desk study terhadap situasi-kondisi lokasi yang sebenarnya. Survai potensi ini sering juga disebut sebagai survai identifikasi lokasi. Disamping mengidentifikasi lokasi, di dalam survai potensi juga dilakukan evaluasi, modifikasi dan sebagainya sehingga prospek selanjutnya dari rencana lokasi tersebut dapat diperkirakan. Tidak selalu bahwa lokasi yang dimaksud akan mempunyai prospek untuk dilanjutkan ke tahap berikutnya. Ada kalanya suatu lokasi terlihat sulit untuk dikembangkan, kemungkinan karena faktor kondisi air sungainya, situasi topografinya, sulit dan jauh dari lokasi penduduk. Kegiatan pokok di dalam lapangan (survai, pengukuran, dan lain-lain) pada survai potensi antara lain sebagai berikut :( WIBAWA,U. 2006)a. Gambaran pencapaian lokasi, kondisi yang ada.b. Pengukuran debit sesaat dari aliran air sungai. c. Pengukuran tinggi jatuh (head).d.Menentukan beberapa alternatif susunan konfigurasi dari PLTMH, yaitu gambaran di lapangan mengenai posisi-posisi lokasi bangunan utama PLTMH (bendung, intake, saluran, kolam, pipa pesat, gedung pembangkit, tail race, switchyard, jalan masuk, rute jaringan, dll).e. Survai-survai yang berhubungan dengan aspek-aspek tersebut di atas yakni topografi, hidrologi, geologi/geoteknik, sistem kelistrikan, metode pusat beban, sosial-ekonomi, fasilitas-fasilitas yang mendukung, sumber material dan data pendukung lainnya.Adapun karakteristik potensi untuk menentukan tingkat prospek pengembangan PLTMH adalah sebagai berikut : (MASONYI, 2007)a. Kapasitas lebih dari 100 kW.b. Kemiringan dasar sungai minimum 2 % atau debit air relatif besar.c. Jarak PLTMH ke pusat beban, maksimum 20 km.d. Teknis pelaksanaan mudah.Tahap survai potensi dalam hal ini harus dapat menghasilkan prediksi secara awal bahwa potensi PLTMH yang dimaksud cukup layak untuk dikembangkan.2.3.1 Tinggi Jatuh air (Head) Penentuan debit dan head pada PLTMH mempunyai arti yang sangat penting dalam menghitung potensi tenaga listrik.Seperti pada gambar 2. Variabel debit diwakili oleh jumlah rata-rata bulan kering dalam satu tahun. Artinya dicari areal-areal yang jumlah bulan keringnya kecil atau bahkan tidak ada bulan keringnya sama Pengukuran debit air (Q) sungai pada dasarnya terdapat banyak metode pengukuran debit air. Untuk sistem konversi energi air skala besar pengukuran debit bisa berlangsung bertahun-tahun. Sedangkan untuk sistem konversi energi air skala kecil waktu pengukuran dapat lebih pendek, misalnya untuk beberapa musim yang berbeda saja. (WIBAWA,U. 2006). Tingkat kemiringan yang diwakili oleh indikator gradien skematik, semakin miring areal, semakin besar kemungkinan untuk ditemukannya head yang cukup untuk PLTMH.

Gambar 2.2. Pengukuran tinggi jatuh airGradien skematik rata-rata dirumuskan sebagai berikut : . (WIBAWA,U. 2006)

Dimana :h1 = Elevasi titik tertinggi (m)h2 = Elevasi titik terendah (m)A = Luas areal (m2) 1.3.2 Pengukuran Debit airTerdapat banyak metode pengukuran debit air. Sistem konversi energi air skala besar pengukuran debit dapat berlangsung bertahun-tahun. Sedangkan untuk sistem konversi energi air skala kecil waktu pengukuran dapat lebih pendek, misalnya untuk beberapa musim yang berbeda saja. . (WIBAWA,U. 2006) Menegukur luas permukaan sungai, dan kecepatan aliran air sungai dapat dilakukan seperti langkah langkah pengukuran berikut: ( SUBROTO, I . 2002).a. Pengukuran kedalaman sungai dilakukan di beberapa titik berbeda X1 Xn (seperti ditunjukkan gambar 2.3).b. Lebar sungai (l) dimisalkan 10 m.c. Hitung kedalaman rata-rata, menggunakan rumus:

d. Luas diperoleh dengan mengalikan kedalaman rata-rata dengan lebar sungai, yaitu : A = X(rata). l Mengukur kecepatan aliran sungai (v), langkah langkah pengukuran:. Carilah bagian sungai yang lurus dengan panjang sekitar 20 meter, dan tidak mempunyai arus putar yang menghambat jalannya pelampung. ( SUBROTO, I . 2002)A. Ikatlah sebuah pelampung kemudian dihanyutkan dari titik t0 t1 seperti terlihat pada gambar 2.3 berikut.

a. Pengukuran luas permukaan sungai b. Pengukuran kecepatan aliran air sungai Gambar 2.3 Pengukuran luas permukaan dan kecepatan aliran sungaiB. Hal ini dilakukan 5 kali berturut turut kemudian catat waktu tempuh pelampung tersebut (t0 t1) dengan menggunakan stopwatch.C. Hitunglah waktu tempuh rata-rata dari pelampung tersebut, yaitu : trata = (sigma t) / nD. Kecepatan aliran air sungai (v) diperoleh dengan membagi jarak sungai (s) dengan waktu tempuh rata-rata dari pelampung tersebut, yaitu : (t0 t1), v = s / trata Setelah luas dan kecepatan aliran sungai diketahui, maka besar debit pada sungai tersebut dapat dianalisis: Q = A x v (m3/det)3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian. Lokasi penelitian dilaksanakan di Desa Padasuka Kecamatan Pegalaran Kabupaten Cianjur Jawa Barat. Lama waktu penelitian selama satu tahun ( Juni 2006 hingga Juni 2007), dimulai survai lapangan hingga laporan akhir. 3.2 Pelaksanaan Survay Lapangan.Pelaksanaan survey dan kerja lapangan meliputi: a. Pengukuran ulang head (h) dan debit air (Q). b. Pengecekan kondisi bendungan c. Pengecekan pipa pesat d. Pengecekan turbin dan generator serta proteksinya e. Pendataan beban listrik dikonsumen.3.3 Alat dan Bahan Kerja Survey Lapangan.Beberapa unit alat dan bahan kerja yang perlu disipakan:a. Alat keselamatan kerja, seperti P3K, sepatu boat, tali pendaki gunung, sarung tangan, dan helm atau topi.b. Alat Kerja, rol meter, alat tulis, slang plastic, papan mistar, serta beberapa alat pendukung lainnya.3.4 Alat Ukur dan PengujianBeberapa alat ukur dan alat pengujian yang digunakan adalah, debit meter 1 unit, spidometer 1 unit, volt meter, amper meter dan watt meter masing-masing satu unit, osiloskop kapasitas 20MHz, unit dan taco meter 1 unit, serta beberapa Mini Circuit Breaker. 3.5 Perlengkapan Fasilitas Penelitian Perlengkapan fasilitas yang digunakan untuk melakukan penelitian terdiri: a. Perlengkapan Teknik Sipil berupa bendungan air, saluran penghantar dan kolam air.b. Perlengkapan Mekanik berupa, pipa pesat, turbin, gear box, dan governor.c. Perlengkapan Listrik berupa generator singkron, alat control dan proteksi serta alat-alat pengukuran listrik ( volt meter, amper meter, cos phi meter, watt meter dan frekuensi meter serta beberapa alat ukur lainnya.d. Alat-alat pendukung lainnya. 3.6 Pengolahan Data.Setelah data terkumpul dilakukan pengolahan dan analisis data, agar pelaksanaan dan keputusan yang diterapkan menjadi efisien. Data yang diperoleh berupa:a. Data heat dan debit airb. Data beban konsumen terpasangc. Data saluran penghantar air d. Data turbine. Data pipa pesatf. Data Generatorg. Data Jaringan Listrik Tegangan Rendah ( JTR).4. HASIL DAN BAHASAN4.1 Data Debit dan Tinggi jatuh air. Setelah dilakukan pengukuran ulang diperoleh tinggi jatuh air 12 meter dan debit air di sungai Cisuka pada musim kemarau 2,6 m3/dt dan pada musim hujan mencapai 5,2 m3/dt, dan rata-rata debit harian 3,9 m3/dt. Mengacu persamaan (2.1), maka daya listrik yang dapat dibangkitkan secara teoritis : P = 9,8 x 3,9 x 12 = 460 kW. Debit air dan tinggi jatuh air diperlihatkan pada gambar 4.1 berikut.

Sumber: Foto Lalu & M. Hariansyah, Juni 2006.Gambar 4.1 Pengukuran Debit air Sungai

4.2 Data Beban KonsumenBeban konsumen di Desa Padasuka dibedakan menjadi 2 kelompok, beban pada rumah permanen 450 VA atau 383 Watt, pada factor kerja 0,85 standar PT.PLN, rumah semi permanen 250 VA atau 213 Watt. Tercatat 63 rumah permanen sudah termasuk 4 unit bangunan fasilitas social, dan 123 rumah semi permanen. Mengacu kepada persamaan diatas diperoleh perkiraan daya tersambungPT = ( 63 x 383) + ( 123 x 383) = 50,325 kW, perkiraan pada saat beban maksimum.Kondisi beban tersambung diperlihatkan pada table 4.1 berikut.

Tabel 4.1 Data Beban Terpasang

Sumber: Olah Data M. Hariansyah,20061.3 Data saluran penghantar Air.Debit air yang ada di sungai Cisuka, tidak dimanfaatkan semua untuk menggerakkan turbin, dari bendungan air disalurkan melalui saluran penghantar air, dengan ukuran panjang saluran air 328 meter, lebar permukaan atas saluran 1,4 meter, lebar bagian bawah 1,0 meter, dan kecepatan aliran air di dalam saluran penghantar air 0,83 m/dt. Mengacu pada persamaan (2.10 hingga 2. 14) diperoleh debit yang masuk kesaluran penghantar: Q = (1,2 m2 x 0,83 m/dt ) = 0,996 m3/dt. Saluran penghantar air diperlihatkan pada gambar 4.2 berikut.

Sumber: Foto Lalu , PLTMH Padasuka, Januari 2007.Gambar 4.2 Saluran penghantar air1.3 Data Pipa Pesat dan data Turbin.Panjang pipa pesat dari kolam penampung air hingga keturbin 44 meter, dengan ketinggian jatuh air 12 m, kemiringn pipa pesat 30o, serta diameter dalam pipa pesat 600 mm, dan diameter luar 760 mm, menggunakan pipa baja. Kecepatan air di dalam pipa pesat 3,52 m/dt. Sehingga debit air yang mengenai sudu turbin mengacu persamaan ( 2.10 1.14) sebesar:Q = 0,283 m2 x 3,52 m/dt = 0,996 m3/dt.Turbin yang dipergunakan untuk memutar generator jenis turbin air Franciss, dengan karaketristik ketinggian jatuh air yang ideal untuk turbin ini 8 hingga 100 m, kapasitas 100 kVA, dan putaran 512 rpm, sehingga diperlukan gearbox tranmisi putaran dari 512 rpm menjadi 1.500 rpm untuk memutar generator, dan efisiensi turbin mencapai 88 %. Mengacu pada persamaan (2.2), maka daya listrik yang keluar dari turbin:PT = 9,8 x 0,996 x 12 x 0,88 = 117 kWGenerator yang digunakan adalah generator sinkron, dengan kapasitas daya 80 kVA, tegangan listrik efektif 400/232 volt, frekeunsi 50 Hz, dan efisiensi 90 % ,putaran 1500 rpm, buatan Hitachi, tahun 2005. Mengacu persamaan (2.2), maka daya keluar dari generator adalah:PG = PT. effg = 117 x 0,9 = 105 kW, adalah daya keluaran maksimum PLTMH Padasuka.Foto pipa pesat dan turbin air serta generator desa Padasuka diperlihatkan pada gambar 4.4 berikut.

Sumber: Foto Lalu , PLTMH Padasuka, Maret, 2007. Gambar 4.3 Pipa pesat, turbin dan Generator4.5 Pengukuran Tegangan, arus dan beban listrik.Data jaringan listrik menggunakan system radial, panjang jaringan dari Power house ke pusat beban terjauh 720 meter, dengan drop tegangan 1,03 % masih dalam batas standar PUIL 2000 yaitu sebesar 5 %. Hasil pengamatan grafik arus dan tegangan menggunakan osiloskop 20 MHz, Yokogawa, 2 Chanel, dan grafik pengamatan beban diperlihatkan pada gambar 4.4 berikut. Pengamatan dilakukan oleh operator petugas PLTMH pada saat beban puncak pukul 24.00 s.d 00.00, pada tanggal 22 Juni 2007. Hasil pengamatan dibuat dalam bentuk tabel beban, kemudian dibuat grafik beban listrik, dapat dilihat pada tabel 2 berikut.

Gambar 4.4. Gelombang arus dan tegangan output dari PLTMHPemakaian energy listrik selama 24 jam diperlihatkan pada table berikut.Tabel 2. Pengukuran Besran Listrik

Dan bentuk dari grafik beban listrik diperlihatkan pada gambar 4.5 berikut.

Gambar 4.5 Grafik Daya listrik setiap jam4.6 Efisiensi PLTMH Efisiensi adalah perbandingan daya output maksimum dengan daya input yang dapat dibangkitkan. Mengacu persamaan ( 2.7) dihasilkan efisiensi :

Dari perhitungan diatas didapatkan efisiensi sebesar 79 %.4.7 Manfaat Untuk Masyarakat. Manfaat penerapan PLTMH di Indonesia adalah sebagai berikut : ( MARTIN J. 2000)Meningkatkan Kualitas hidup masyarakat: a. Memberikan penerangan (lampu), dengang kualitas lebih baik, sehingga jam belajar dan beraktifitas lebih panjang;b. Membukakan akses pada informasi (radio, Televisi, internet);c. Memberikan akses pada sumber air minum dan pertanian d. Menciptakan bisnis baru didesa (jadi distributor/service center yang mampu dilakukan oleh Koperasi,e. Menciptakan lapangan kerja di desa (penjualan dan service center memerlukan banyak tenaga lokal);f. Menciptakan Tenaga Teknisi di desa.g. Mengatur tata lahan air, untuk irigasi pertanian.Gambar 4.6 menunjukkan manfaat PLTMH di masyarakat khususnya di pedesaan.

Sumber: Foto, M. Hariansyah. Agustus 2007. ( Padasuka-Kab. Cianjur)Gambar 4.6. Manfaat PLTMH untuk masyarakat Pedesaan5. KESIMPULAN Berdasarkan uraian yang telah dikemukakan di atas, maka kesimpulan yang dapat diambil dari peningkatan kapasitas daya listrik dari PLTMH di Padasuka dari 25 kVA menjadi 60 kVA dapat dilakukan dengan cara:a. Debit air sungai yang tersedia cukup besar yaitu 3,9 m3/dt, sementara yang dimanfaatkan hanya 0,996 m3/dt, dan dapat menghasilkan daya listrik 105 kW. pada ketinggian jatuh air 12 meter, efisiensi turbin 88%, dan generator 90%, sehingga dari debit 0,996 m3/dt tersebut di atas masih banyak yang terbuang.b. Beban maksimum 42 kW, terjadi pada pukul 09.00 12.00 dan 17.00 22.00, dan rata-rata konsumsi energy listrik sebanyak 702 kWh perhari, sementara daya terpasang 60 kVA atau 51 kW.c. Tegangan listrik yang dibangkitkan pada saat melayani beban maksimum dan minimum berkisar 378 382 volt ( system phasa-ke phasa), masih memenuhi ketentuan PUIL 2000 yaitu ( - 5 % s.d + 10 % ) dari tegangan efektif.