Dasar Teori Pembangkit Listrik Tenaga Air

BAB II DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SKALA PIKO

2.1. Pengertian PLTA Skala Piko Berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air dibedakan atas : 1. Large-hydro : lebih dari 100 MW 2. Medium-hydro: antara 15 – 100 MW 3. Small-hydro : antara 1 – 15 MW 4.

Mini-hydro : Daya diatas 100 kW, tetapi dibawah 1 MW

5. Micro-hydro: antara 5kW – 100 kW 6. Pico-hydro : daya yang dikeluarkan 5kW Pembangkit listrik tenaga air skala piko merupakan pembangkit listrik yang menghasilkan keluaran daya listrik tidak lebih dari 5 kW. Pembangkit ini memiliki beberapa keunggulan, seperti : 1.

Biaya pembuatannya relatif murah.

2.

Bahan-bahan pembuatannya mudah ditemukan di pasaran.

3.

Ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan bakar fosil.

4.

Pembangunannya dapat dipadukan dengan pembangunan jaringan irigasi.

5.

Perkembangan teknologinya relatif masih sedikit, sehingga cocok digunakan dalam jangka waktu yang lama.

Universitas Sumatera Utara

6.

Tidak membutuhkan perawatan yang rumit dan dapat digunakan cukup lama.

7.

Ukurannya yang kecil, cocok digunakan untuk daerah pedesaan yang belum terjangkau jaringan aliran listrik PLN.

2.2. Prinsip Pembangkitan Tenaga Air Pembangkitan tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator. Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut : P = ρ.Q.h.g

(2.1)

Dimana : P = daya keluaran secara teoritis (watt) ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Q = debit air (m3/s) h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s2)

Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air, oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis.

Universitas Sumatera Utara

2.3. Prinsip Pembangkitan Listrik Tenaga Air Skala Piko Pembangkit listrik tenaga air skala piko pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan generator menghasilkan listrik. Gambar 2.1 merupakan proses pembangkitan listrik tenaga air skala piko.

Gambar 2.1 Proses PLTA skala piko Pada saluran irigasi ini terdapat penyaringan sampah untuk menyaring kotoran yang mengambang diatas air, kolam pengendap untuk mengendapkan kotoran, saluran pembuangan untuk membuang kelebihan air yang mengalir melalui saluran akibat banjir melalui pintu saluran pembuangan. Akhir dari saluran ini adalah sebuah kolam penenang (forebay tank) yang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali air agar kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu kolam penenang ini berfungsi juga untuk menenangkan aliran air

Universitas Sumatera Utara

yang akan masuk ke dalam pipa pesat. Pipa pesat (penstock) ini akan mengalirkan air ke rumah pembangkit (power house) yang terdapat turbin dan generator di dalamnya. Besar volume air yang masuk ke pipa pesat diatur melalui pintu pengatur. Turbin pada proses pembangkitan listrik ini berputar karena adanya pengaruh energi potensial air yang mengalir dari pipa pesat dan mengenai sudusudu turbin. Berputarnya turbin kemudian akan mengakibatkan generator juga berputar sehingga generator dapat menghasilkan listrik sebagai keluarannya. Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : Pin turbin = ρ.Q.h.g

(2.2)

Sedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut : Pout turbin = ρ × Q × h × g × ηturbin

(2.3)

Sehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah sebagai berikut : Preal = ρ × Q × h × g × ηturbin × ηgenerator × ηtm

(2.4)

Dimana : Pin turbin = daya masukan ke turbin (kW) Pout turbin = daya keluaran dari turbin (kW) Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (kW) ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Q = debit air (m3/s)

Universitas Sumatera Utara

h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s2)

2.4. Komponen - komponen PLTA Skala Piko Komponen PLTA skala piko sama dengan komponen pada PLTA mikrohidro, yang secara umum terdiri dari : 2.4.1. Bendungan (Weir) dan Intake Pada umumnya instalasi PLTA skala piko merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai atau saluran irigasi langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dapat berupa bendungan (weir) yang melintang sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari. 2.4.2. Saluran Pembawa (Head Race) Saluran pembawa berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke bak penenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria:  Nilai ekonomis yang tinggi  Efisiensi fungsi  Aman terhadap tinjauan teknis  Mudah pengerjaannya  Mudah pemeliharaannya

Universitas Sumatera Utara

 Struktur bangunan yang memadai  Kehilangan tinggi tekan (head losses) yang kecil

2.4.3. Pipa Pesat (Penstock) Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan

(coordination

point).

Pemilihan

material

berdasarkan

pertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugi-rugi (fiction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi. 2.4.4. Pintu Saluran Pembuangan Pintu saluran pembuangan ini berfungsi untuk membuang air apabila terjadi kelebihan volume air pada saluran pembawa. 2.4.5. Kolam Penenang (Forebay Tank) Kolam penenang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali air agar kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu kolam penenang ini juga berfungsi untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke dalam pipa pesat. 2.4.6. Pintu Pengatur Pintu pengatur berfungsi untuk mengatur volume air yang akan masuk dari kolam penenang ke pipa pesat.

Universitas Sumatera Utara

2.4.7. Rumah Pembangkit (Power House) Pada rumah pembangkit ini terdapat turbin, generator dan perlatan lainnya. Bangunan ini menyerupai rumah dan diberi atap untuk melindungi peralatan dari hujan dan gangguan-gangguan lainnya. 2.4.8. Saluran Buang (Tail Race) Saluran buang berfungsi mengalirkan air keluar setelah memutar turbin. 2.4.9. Turbin Air Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. • Pengelompokkan Turbin Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Pada Tabel 2.1 menunjukkan pengelompokan turbin.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Pengelompokan turbin High Head

Turbin Impuls

Medium head

Pelton

Crossflow

Turgo

Multi-Jet

Low head

Crossflow

Pelton Turgo

Turbin Reaksi

Francis

Propeller Kaplan

1. Turbin Impuls Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah sama dengan turbin tekanan karena aliran air yang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. 1.1 Turbin Pelton Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang

Universitas Sumatera Utara

disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi. Gambar 2.2 merupakan bentuk dari turbin pelton.

Gambar 2.2 Turbin Pelton

Universitas Sumatera Utara

1.2 Turbin Turgo Turbin turgo dapat beroperasi pada head 30 m s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Pada Gambar 2.3 menunjukkan bentuk turbin turgo.

Gambar 2.3 Turbin Turgo 1.3 Turbin Crossflow Turbin

cross-flow

merupakan

jenis

turbin

yang

dikembangkan oleh Anthony Michell (Australia), Donat Banki (Hongaria) dan Fritz Ossberger (Jerman). Michell memperoleh hak paten atas desainnya pada 1903. Turbin jenis ini pertama-tama diproduksi oleh perusahaan Weymouth. Turbin ini juga sering disebut sebagai turbin Ossberger, yang memperoleh hak paten pertama pada 1922. Perusahaan Ossberger tersebut sampai

Universitas Sumatera Utara

sekarang masih bertahan dan merupakan produsen turbin crossflow yang terkemuka di dunia. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 liter/s hingga 10 m3/s dan head antara 1 m s/d 200 m. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Gambar 2.4 merupakan bentuk turbin crossflow.

Gambar 2.4 Turbin crossflow

2. Turbin Reaksi Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner

Universitas Sumatera Utara

turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. 2.1. Turbin Francis Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air

bertekanan

rendah

di

bagian

keluar.

Turbin

Francis

menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Gambar 2.5 menunjukkan sketsa dari turbin francais.

Gambar 2.5 Sketsa turbin francis

Universitas Sumatera Utara

2.2 Turbin Kaplan & Propeller Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Gambar 2.6 merupakan bentuk dari turbin Kaplan.

Gambar 2.6 Turbin kaplan

• Pemilihan Turbin Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerah operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih mendalam. Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller dikelompokkan menjadi : •

Low head power plant

•

Medium head power plant

•

High head power plant

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.2 merupakan daerah operasi turbin. Tabel 2.2 Daerah operasi turbin Jenis Turbin

Variasi Head (m)

Kaplan dan Propeller

2 < H < 20

Francis

10 < H < 350

Pelton

50 < H < 1000

Crossflow

6 < H < 100

Turgo

50 < H < 250

• Kriteria Pemilihan Jenis Turbin Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :  Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.  Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

Universitas Sumatera Utara

 Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi. Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai "kecepatan spesifik, Ns", yang didefinisikan dengan formula :

Ns =

N. P rpm H 5/4

(2.5)

Dimana : NS = kecepatan spesifik N = kecepatan putaran turbin (rpm) P = maksimum turbin output (kW) H = head efektif (m) Output turbin dihitung dengan formula : P = 9.81 × Q × H × ηturbin

(2.6)

Dimana : P

= daya Turbin (kW)

Q

= debit air (m3/s)

H

= efektif head (m)

Universitas Sumatera Utara

ηturbin = efisiensi turbin = 0.8 - 0.85 untuk turbin pelton = 0.8 - 0.9 untuk turbin francis = 0.7 - 0.8 untuk turbin crossflow = 0.8 - 0.9 untuk turbin propeller/Kaplan Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air ditunjukkan pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Kecepatan spesifik beberapa turbin Turbin Pelton

12 ≤ Ns ≤ 25

Turbin Francis

60 ≤ Ns ≤ 300

Turbin Crossflow

40 ≤ Ns ≤ 200

Turbin Propeller

250 ≤ Ns ≤ 1000

Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan). Pada Gambar 2.7 menunjukkan diagram aplikasai berbagai jenis turbin.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.7 Diagram aplikasi berbagai jenis turbin (head vs debit)

2.4.10. Generator Sinkron Generator sinkron merupakan mesin listrik arus bolak-balik yang berfungsi untuk merubah energi mekaniks dalam membentuk putaran menjadi energi listrik arus bolak-balik. Generator sinkron mempunyai dua bagian pokok, yaitu bagian stator atau bagian dari generator sinkron yang tidak bergerak dan bagian rotor atau bagian generator sinkron yang berputar atau bergerak. Pada generator sinkron yang berukuran besar, bagian stator dipergunakan sebagai tempat belitan medan magnet. • Prinsip Dasar Generator Sinkron Generator sinkron bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Generator sinkron mempunyai belitan jangkar yang merupakan elemen

Universitas Sumatera Utara

diam pada stator dan belitan eksitesi itu dimagnetisasikan oleh arus searah yang dipasok oleh sumber arus searah dari luar atau dari generator itu sendiri dengan jalan mengambil sebagian arus yang keluar dari stator lalu diserahkan sebagai penguat. Jika stator generator sinkron diputar pada suatu kecepatan tertentu yang disebut dengan putaran sinkron, belitan medan magnet pada rotor tersebut dialiri arus searah, sehingga menghasilkan fluksi yang turut berputardan memotong belitan jangkar yang terdapat pada bagian stator. Akibat adanya perubahan fluksi persatuan waktu yang dirasakan oleh belitan jangkar, maka pada belitan jangkar akan terjadi tegangan induksi. • Konstruksi Generator Sinkron Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitnya GGL arus bolak balik arus bola-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang. Suatu generator sinkron secara umum terdiri dari : 1. Stator adalah bagian dari mesin yang diam dan berbentuk silinder

Universitas Sumatera Utara

2. Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar juga berbentuk silinder 3. Celah udara adalah ruangan antara stator dan rotor. 1. Stator Secara umum stator terdiri dari kerangka stator, inti stator, dan slot. a. Rangka Stator Rangka stator berfungsi sebagai tempat melekatnya stamping jangkar dan kumparan jangkar. Pada rangka stator terdapat lubang pendingin dimana udara dan gas pendingin disirkulasikan. Rangka stator biasanya dibuat dari besi campuran baja atau plat baja giling yang dibentuk sedemikian rupa sehingga diperoleh rangka yang sesuai dengan kebutuhan. b. Inti Stator Inti stator melekat pada rangka stator dimana inti ini terbuat dari laminasi-laminasi besi khusus atau campuran baja. Hal ini diperbuat untuk memperkecil rugi arus Eddy. Tiap laminasi diberi isolasi dan diantaranya dibentuk celah sebagai tepat aliran udara. c. Slot Slot adalah tempat konduktor berada yang letaknya pada bagian dalam sepanjang keliling stator. Bentuk slot ada 3 yaitu Slot Terbuka, Slot Setengah Terbuka, Slot Tertutup.

Universitas Sumatera Utara

2. Rotor Sebagai tempat belitan penguat yang membentuk kemagnetan listrik kutub Utara-Selatan pada inti rotor. Ada 2 macam bentuk rotor, yaitu : a. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor) Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy, kumparan-kumparan medannya terdiri dari bilah tembaga

persegi.

Kutub

menonjol

ditandai

dengan

rotor

berdiameter besar dan panjang sumbunya pendek. Gambar 2.8 menunjukkan bentuk rotor kutub menonjol.

Gambar 2.8 Rotor kutub menonjol

b. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder) Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub pun sedikit yang dapat dibuat.

Universitas Sumatera Utara

Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat panjang. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol (salient pole rotor). Gambar 2.9 merupakan bentuk rotor kutub silinder.

Gambar 2.9 Rotor kutub silinder

• Prinsip Kerja Generator Sinkron Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetik. Setelah rotor diputar oleh penggerak mula (prime mover), dengan demikian kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus searah maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks) yang berputar, kecepatannya sama dengan putaran kutub. Garis-garis gaya fluks yang berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar distator, sehingga menimbulkan EMF atau GGL atau tegangan induksi, yang besarnya :

E = −N

dΦ dt

(2.7)

Universitas Sumatera Utara

• Kecepatan Putaran Generator Sinkron Kecepatan putaran suatu generator sinkron tergantung kepada penggerak mulanya, Seperti pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA), penggerak mulanya berupa turbin. Jadi apabila putaran turbinnya tinggi, maka putaran pada generator juga akan tinggi. Dan jika sebaliknya, jika putaran turbin rendah maka putaran pada generator juga akan rendah. Putaran pada generator selalu dijaga konstan agar frekuensi dan tegangan yang dihasilkan generator sinkron tetap konstan. Untuk menentukan besarnya frekuensi yang dihasilkan oleh generator dapat dicari berdasarkan besarnya jumlah putaran dan banyaknya jumlah pasang kutub pada generator sinkron, sehingga diperoleh hubungan : F=

P.n 120

(2.8)

Dimana : F = frekuensi listrik (Hz) P = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan putaran rotor (rpm)

Umumnya frekuensi listrik yang dihasilkan suatu generator sinkron di Indonesia 50 Hz. Ini berarti untuk generator sinkron yang mempuyai satu pasang kutub diperlukan sebanyak 25 putaran setiap detik atau sama dengan 60 x 25 = 1500 putaran per menit. Untuk menjaga frekuensi yang dihasilkan generator sinkron sebesar 50 Hz dan untuk generator sinkron yang mempunyai jumlah kutub pada

Universitas Sumatera Utara

rotornya lebih dari satu pasang maka jumlah putarannya ini disesuaikan dengan persamaan di atas. Kecepatan putaran juga sangat berpengaruh terhadap tegangan yang dihasilkan generator sinkron. Jika putarannya turun, maka tegangan generator sinron juga akan turun dan apabila putarannya bertambah maka akan mengakibatkan bertambahnya tegangan yang dihasilkan oleh generator. Jadi jika putaran generator sinkron bertambah maka akan mengakibatkan bertambahnya kemampuan pembangkitan daya dari generator sinkron. Tetapi biasanya dalam pengoperasiannya jumlah putaran generator sinkron dijaga konstan dan yang diatur biasanya adalah arus penguat medannya. • Daya yang dihasilkan Generator Sinkron Generator untuk pembangkit

listrik tenaga air

skala piko

menggunakan generator sinkron 1 phasa. Generator ini memiliki kecepatan rata-rata antara 70 – 1500 rpm. Daya yang dihasilkan oleh generator 1 phasa dihitung dengan persamaan : P = V. I. cos φ

(2.9)

Dimana : P

= daya yang dihasilkan generator (watt)

V

= tegangan terminal generator (volt)

I

= arus (ampere)

cos φ = faktor daya

Universitas Sumatera Utara

2.4.11. Jaringan Distribusi Jaringan distribusi terdiri dari kawat penghantar, tiang, isolator dan transformator. Jaringan tersebut dapat menggunakan kawat penghantar berbahan aluminium atau bahan campuran lain. Pada jaringan distribusi tegangan rendah biasanya digunakan kawat penghantar berisolasi. Tiang pada saluran distribusi dapat berupa tiang baja, beton atau kayu. Isolator digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang aktif atau bertegangan jika penghantar yang digunakan merupakan konduktor tanpa isolasi. a. Penghantar Jaringan distribusi dapat menggunakan kawat penghantar jenis ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), tembaga atau bahan campuran antara aluminium dan tembaga. Ukuran kawat penghantar dipilih berdasarkan faktor ekonomi, arus beban dan jatuh tegangan yang dapat ditimbulkan serta faktor keamanan pendistribusian daya listrik. Rugi-rugi daya dalam saluran satu phasa dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini : Ploss = I2 x L x ((RP/km) + (RN/km))

(2.10)

Dimana : Ploss = Daya rugi dalam saluran (watt) I = Arus beban (ampere) L = Panjang penghantar (km) RP/km = Tahanan kabel phasa per km (Ω/km) RN/km = Tahanan kabel netral per km (Ω/km)

Universitas Sumatera Utara

Efisiensi saluran dihitung dengan persamaan di bawah ini :

η = Pout Pin

(2.11)

× 100%

Dimana :

η = efisiensi saluran Pout = Daya penerima (watt) Pin = Daya pengirim (watt) Tegangan jatuh pada saluran satu phasa dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini : Vd = 2 x I x L x (RΩ/km cos φ + XΩ/km sin φ)

(2.12)

Dimana : Vd = Tegangan jatuh satu phasa (volt) I = Arus beban satu phasa (ampere) L= Panjang penghantar (km) RΩ/km = Tahanan penghantar per km (Ω/km) XΩ/km = Reaktans penghantar per km (Ω/km) Sedangkan besar tegangan ujung penerima dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini : Vpenerima = Vsumber – Vd

(2.13)

Dimana : Vpenerima = tegangan pada ujung penerima (volt)

Universitas Sumatera Utara

Vsumber = tegangan pada sumber (volt) Vd = tegangan jatuh (volt) Untuk menghitung persen jatuh tegangan pada saluran dapat digunakan persamaan berikut ini : % Vd =

Vrnl − Vr fl Vr fl

× 100%

(2.14)

Dimana : %Vd = persen tegangan jatuh (volt) Vrnl = tegangan pada sumber (volt) Vrfl = tegangan pada beban penuh (volt)

b. Tiang Jenis tiang yang digunakan pada jaringan distribusi antara lain adalah : - Tiang baja - Tiang beton - Tiang kayu Diantara ketiga jenis tiang tersebut yang paling sering digunakan adalah tiang beton karena tidak memerlukan biaya pemeliharaan, sedangkan tiang kayu dan baja membutuhkan biaya pemeliharaan yang besar seperti pengecatan ulang.

Universitas Sumatera Utara