Kondensor Generator Listrik KOMPONEN UTAMA PLTU

II.2.3 Kondensor

Kondensor merupakan peralatan untuk mengembunkan kembali uap yang telah dimanfaatkan untuk memutar turbin uap. Hal ini diperlukan untuk menghemat sumber air yng ada di sekitarnya serta menjamin kemurnian air yang digunakan dalam sistem turbin uap agar tidak terjadi pengendapan maupun kotoran-kotoran yang dapat merusak. Sebagai pendingin kondensor biasanya menggunakan air dingin seperti air sungai, laut atau air tanah yang sudah diproses melalui water treatment terlebih dahulu. Gambar 2.16 Kondensor Uap

II.2.4 Generator Listrik

Generator AC yang akan dibahas adalah generator yang termasuk jenis mesin serempak mesin sinkron dimana frekwensi listrik yang dihasilkan sebanding dengan jumlah kutup dan putaran yang dimilikinya. Listrik yang dihasilkan adalah listrik arus bolak balik listrik AC. Mesin penggerak prime mover nya dapat berasal dari tenaga air, tenaga uap, mesin diesel, dan sebagainya. Generator AC banyak kita jumpai pada pusat-pusat listrik dengan kapasitas yang relatif besar. Misalnya pada PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, PLTG, dan lain lain. air pendingin masuk ke pipa sekat arah aliran air air pendingin dari pipa pompa air pendingin pipa uap dari turbin air hasil kondensasi Air pendingin menjadi panas keluar pipa Universitas Sumatera Utara Disini umumnya generator AC disebut dengan alternator atau generator saja. Selain generator AC dengan kapasitas yang relatif besar tersebut, kita mengenal pula generator dengan kapasitas yang relatif kecil. Misalnya generator yang dipakai untuk penerangan darurat, untuk penerangan daerah-daerah terpencil yang belum terjangkau PLN, dan sebagainya. Generator tersebut sering disebut home light atau generator set. Dibandingkan dengan generator DC, generator AC lebih cocok untuk pembangkit tenaga listrik berkapasitas besar. Hal ini didasarkan atas pertimbangan- pertimbangan, antara lain : • Timbulnya masalah komutasi pada geberator DC • Timbulnya persoalan dalam hal menaikkanmenurunkan tegangan pada listrik DC. Hal ini menimbulkan persoalan untuk hantaran dalam pengiriman tenaga listrik transmisidistribusi, masalah penampang kawat, tiang transmisi, rugi- rugi, dan sebagainya. • Listrik AC relatif lebih mudah untuk diubah menjadi listrik DC. • Masalah efisiensi mesin dan lain-lain pertimbangan. Konstruksi generator AC lebih sederhana dibandingkan generatoe DC. Bagian-bagian terpenting dari generator AC adalah : • RANGKA STATOR, dibuat dari besi tuang. Rangka stator merupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain. • STATOR, bagian ini tersusun dari plat-plat seperti yang digunakan juga pada jangkar dari mesin-mesin arus searah stator yang mempunyai alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat terjadinya GGL induksi. • ROTOR, rotor merupakan bagian yang berputar. Pada rotor terdapat kutub- kutub magnet dengan lillitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat. • SLIP RING atau CINCIN GESER, dibuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros rotor. Jumlah slip ring ada dua buah yang masing-masing slip ring dapat menggeser sikat arang yang masing- masing merupakan sikat positif dan sikat negatif, berguna untuk mengalirkan arus penguat magnet ke lilitan magnet pada rotor. Universitas Sumatera Utara • GENERATOR PENGUAT, generator penguat adalah suatu generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus. Biasanya yang dipakai adalah dinamo shunt. Generator arus searah ini biasanya dikopel terhadap mesin pemutarnya bersama generator utama. Akan tetapi sekarang banyak generator yang tidak menggunakan generator arus searah dari luar sebagai sumber penguat, sumber penguat diambil dari GGL sebagian kecil belitan statornya. GGL tersebut ditransformasikan kemudian disearahkan dengan penyearah elektronik sebelum masuk pada bagian penguat. Generator generator sinkron umumnya dibuat sedemikian rupa sehingga lilitan tempat terjadinya GGL tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medan magnet berputar. Generator semacam ini disebut generator kutub dalam. Keuntungan generator kutub dalam ialah bahwa untuk mengambil arus listrik tidak dibutuhkan cincin geser dan sikat arang. Hal ini disebabkan lilitan-lilitan tempat terjadinya GGL itu tidak berputar. Genertor sinkron tersebut terutama sangat cocok untuk mesin-mesin dengan tegangan yang tinggi dan arus yang besar. Untuk mengalirkan arus penguat ke lilitan penguat yang berputar tetap diperlukan cincin geser dan sikat arang. Meskipun demikian bukan berarti bahwa hal tersebut memberatkan karena arus penguat magnet tidak begitu besar dan tegangannya pun rendah. Bagian-bagian terpenting dari stator adalah rumah stator, inti stator dan lilitan stator. Inti stator adalah sebuah silinder yang berlubang, terbuat dari plat-plat dengan alur-alur di bagian kelilling dalamnya. Didalam alur-alur itu dipasang lilitan statornya. Ujung-ujung lilitan stator ini dihubungkan dengan jepitan-jepitan penghubung tetap dari mesin. Bagian-bagian terpenting dari rotor adalah kutup-kutup, lilitan penguat, cincin geser dan sumbu as. Konstruksi generator yang umum digunakan adalah jenis kutub dalam dan yang selanjutnya dibicarakan adalah konstruksi generator kutub dalam ini. Kelebihan generator kutub dalam pada intinya adalah bahwa genrator ini dapat menghasilkan tenaga listrik yang sebesar-besarnya, karena tegangan yang terbentuk dapat langsung diambil dari lilitan statornya. Secara umum kutub magnet mesin sinkron dibedakan atas : 1. Kutub magnet dengan bagian kutub yang menonjol salient pole. Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran rendah, dengan jumlah kutub yang banyak. Universitas Sumatera Utara 2. Kutub magnet dengan bagian kutub yang tidak menonjol non salient pole. Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran tinggi, dengan jumlah kutub yang sedikit. Kira-kira 23 dari seluruh permukaan rotor dibuat alur-alur untuk tempat lilitan penguat. Yang 13 bagian lagi merupakan bagian yang utuh, yang berfungsi sebagai inti kutub Menurut teori listrik, GGL induksi yang dihubungkan pada kumparan dalam medan magnet ialah : E = 4.44 . f . ф . N Volt E = 2,22 . f . ф . Z Volt Dimana : E : GGL induksi Volt f : Frekwensi listrik Hz ф : besarnya fluks magnet Weber N : jumlah lilitan Z : jumlah sisi lilitan f = 120 .n P Dimana: f : frekuensi listrik P : banyaknya kutub magnet n : putaran generator per menit Jadi jika nilai f dimasukkan ke persaman diatas maka : E = 4.44 . 120 .n P . ф . N Volt Karena nilai P dan N tidak berubah pada generator maka harga-harga yang tidak berubah akan dijadikan menjadi suatu ketetapan yang kita sebut dengan Konstanta K sehingga persamaan lebih mudah untuk dipahami. E = K . n . ф Dimana : E : GGL induksi Volt K : konstanta ф : besarnya fluks magnet Weber Universitas Sumatera Utara Banyak penyediaan listrik terdiri atas sistem tiga fase, dan terdapat tiga pasangan elektromagnet yang terpisah serta tiga set kumparan yang juga terpisah. Antara masing-masing fase terdapat selisih 120 derajat listrik antara arus ketiga fase. Ketiga fase itu biasanya ditandai u-v-w, atau juga r-s-t, dan dapat menurut hubungan delta atau hubungan bintang. Tegangan antara dua fase adalah V. Khusus pada hubungan bintang, terdapat titik bintang, yang diberi tanda 0. Tegangan antara fase dan titik bintang adalah 3 V . Daya sebuah generator 3 phasa dinyatakan dalam rumus berikut : P = 3 V L L − .I cosφ. Atau P = 3 V N L − . I . cosφ V dalam satu phasa Di mana : P : daya W V L L − : tegangan phasa-phasa V V N L − : tegangan phasa-netral V I : arus beban A Cosφ : faktor daya Gambar 2.17 Rangkaian listrik generator tanpa beban Universitas Sumatera Utara Keteraangan : If : arus kumparan medan atau arus penguat Rf : hambatan kumparan medan Ra : hambatan armatur Xl : reaktansi bocor Vt : tegangan outputterminal Ea : gaya gerak listrik armatur Pada generator sinkron keadaan jalan tanpa beban menandung arti bahwa arus armatur Ia = 0. Dengan demikian besar tegangan terminal adalah : Vt = Ea = Eo Gambar 2.18 Rangkaia listrik generator berbeban Pada generator sinkron berbeban, maka pada kumparan armatur timbul Ia dan Xm akibatnya timbul penurunan GGL armatur tanpa beban. Tegangan terminal Vt yang timbul adalah : Vt = Ea – I Ra + j Xs Vt = Ea – Ia Zs Daya nominal sebuah generator biasanya dinyatakan dalam kW, atau MW, ataupun dalam kVA atau MVA. Daya nominal ditentukan oleh suhu kerja dari kumparan, sedangkan faktor daya biasanya adalah 0,8. Efisiensi sebuah generator dinyatakan dalam rasio keluaran dibagi masukan. Keluaran yang bermanfaat merupakan seluruh masukan dikurangi rugi-rugi. Terdapat dua jenis rugi-rugi yaitu : mekanikal dan elektrikal. Rugi-rugi mekanikal termasuk gesekan bantalan dan udara, sedangkan Universitas Sumatera Utara rugi-rugi elektrikal terdiri atas rugi-rugi besi dan tembaga. Semua rugi-rugi akan mengakibatkan terjadinya panas yang harus dihilangkan melalui pendinginan. II.2.4.1 Pengaturan beban aktif dan reaktif Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekwensi yang praktis kontan. Penyimpangan frekwensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekwensi dalan sistem, sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun rektif selalu berubah sepanjang waktu. Hal dengan hal ini, maka untuk mempertahankan frekwensi dalam batas toleransi yang diperbolehkan, penyediaanpembangakitan daya reaktif dalam sistem harus disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan atas daya aktif, harus selalu disesuaikan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator. Penambahan kopel pemutar generator memerlukan tambah bahan bakar pada unit pembangkit termis dan pada unit PLTA memerlukan penambahan air. Oleh karenanya produksi MWH memerlukan bahan bakar pada unit pembangkit termis dan memerlukan sejumlah air pada unit PLTA. Menurut hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanis penggerak generator dengan perputaran generator yaitu : T G - T B = H x dt d ω Dimana : T G : Kopel penggerak generator T B : Kopel beban yang membebani generator H : Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya ω : kecepatan sudut perputaran generator sedangkan frekwensi yang dihasilkan generator adalah : f = π ω 2 Hal ini berarti bahwa pengaturan frekwensi dalam sistem berarti pula pengaturan kopel penggerak generator atau juga berarti pengaturan daya aktif dari generator. Ditinjau dari segi mesin penggerak generator ini berarti bahwa pengaturan frekwensi sistem adalah pengaturan pemberian bahan bakar pada unit termis dan pengaturan pemberian air pada unit PLTA. Ditinjau dari segi beban sistem, frekwensi akan turun Universitas Sumatera Utara apabila daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi kebutuhan beban dan sebaliknya frekwensi akan naik apabila ada surplus daya aktif dalam sistem. Secara tidak langsung penyediaan daya reaktif dapat pula mempengaruhi frekwensi sistem, karena penyediaan daya reaktif mempunyai pengaruh besar terhadap kenaikan tegangan yang selanjutnya dapat menyebabkan kenaikan beban daya aktif. Dalam penyediaan tenaga listrik bagi para pelanggan, tegangan yang konstan seperti halnya frekwensi yang konstan, merupakan salah satu syarat utama yang harus dipenuhi. Oleh karenanya masalah pengaturan tegangan merupakan masalah operasi sistem tenaga listrik yang perlu mendapat penanganan tersendiri. Pengaturan tegangan erat kaitanya dengan pengaturan daya reaktif dalam sistem. Berbeda dengan frekwensi yang sama dalam semua bagian sistem, tegangan tidak sama dalam setiap bagian sistem, sehingga pengaturan tegangan adalah lebih sulit dibandingkan dengan pengaturan frekwensi. Kalau frekwensi praktis hanya dipenuhi oleh daya nyata MW dalam sistem, di lain pihak tegangan dipenuhi oleh : A. Arus penguat generator eksitasi B. Daya reaktif beban C. Daya reaktif yang didapat dalam sistem selain generator, misalnya dari kondensator dan dari reaktor D. Posisi tap transformator Dalam sistem tenaga listrik ada dua variabel yang dapat diatur secara bebas, disebut variabel pengatur control variabel, yaitu daya nyata MW dan daya reaktif MVAR. Seperti telah diuraikan diatas, pengaturan daya nyata akan mempengaruhi frekwensi, sedangkan pengaturan daya reaktif akan mempengaruhi tegangan. Butir a sampai d tersebut diatas adalah cara untuk mengatur daya reaktif yang harus disediakan dalam sistem. Secara singkat dapat dikatakan bahwa : MW merupakan variabel pengatur frekwensi. MVAR merupakan variabel pengatur tegangan. Universitas Sumatera Utara

BAB III KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

III.1 BAHAN BAKAR Energi dari Matahari diubah menjadi energi kimia dengan fotosintesa. Namun, sebagaimana kita ketahui, bila kita membakar tanaman atau kayu kering, menghasilkan energi dalam bentuk panas dan cahaya, kita melepaskan energi matahari yang sesungguhnya tersimpan dalam tanaman atau kayu melalui fotosintesa. Kita tahu bahwa hampir kebanyakan di dunia pada saat ini kayu bukan merupakan sumber utama bahan bakar. Kita umumnya menggunakan gas alam atau minyak bakar di rumah kita, dan kita menggunakan terutama minyak bakar dan batubara untuk memanaskan air menghasilkan steam untuk menggerakan turbin untuk sistim pembangkitan tenaga yang sangat besar. Bahan bakar tersebut – batubara, minyak bakar, dan gas alam –sering disebut sebagai bahan bakar fosil. Berbagai jenis bahan bakar seperti bahan bakar cair, padat, dan gas yang tersedia tergantung pada berbagai faktor seperti biaya, ketersediaan, penyimpanan, handling, polusi dan peletakan boiler, tungku dan peralatan pembakaran lainnya. Pengetahuan mengenai sifat bahan bakar membantu dalam memilih bahan bakar yang benar untuk keperluan yang benar dan untuk penggunaan bahan bakar yang efisien. Uji laboratorium biasanya digunakan untuk mengkaji sifat dan kualitas bahan bakar. III.1.1 Jenis Jenis Bahan Bakar Bagian ini menerangkan tentang jenis bahan bakar cair, padat dan gas. III.1.1.1 Bahan Bakar Cair Bahan bakar cair seperti minyak tungku furnace oil dan LSHS low sulphur heavy stock terutama digunakan dalam penggunaan industri. Berbagai sifat bahan bakar cair diberikan dibawah ini. - Densitas, didefinisikan sebagai perbandingan massa bahan bakar terhadap volum bahan bakar pada suhu acuan 15°C. Densitas diukur dengan suatu alat yang disebut hydrometer. Pengetahuan mengenai densitas ini berguna untuk penghitungan kuantitatif dan pengkajian kualitas penyalaan. Satuan densitas adalah kgm 3 . - Specific Gravity, Didefinisikan sebagai perbandingan berat dari sejumlah volum minyak bakar terhadap berat air untuk volum yang sama pada suhu tertentu. Densitas bahan bakar, relatif terhadap air, disebut specific gravity. Specific gravity air Universitas Sumatera Utara