Mekanikal Elektrikal

2.7. Mekanikal Elektrikal

Studi mekanikal elektrikal perlu dilakukan untuk mengetahui dan memilih jenis turbin dan komponen elektrik yang sesuai sehingga :

1) Dapat dioperasikan dengan baik sesuai umur teknis. 2) Mudah dioperasikan oleh operator lokal yang terlatih.

Jenis study yang dilakukan adalah :

1. Mengumpulkan dan menganalisa data spesifikasi komponen mekanikal elektrikal yang sesuai kebutuhan rencana pembangunan PLTM.

2. Memilih atau menetapkan jenis, ukuran dan turbin.

3. Memilih atau menetapkan jenis, dan ukuran alat transmisi mekanik.

4. Memilih atau menetapkan jenis dan kapasitas generator.

5. Memilih atau menetapkan jenis kontrol dan proteksi.

6. Menetapkan jalur jaringan distribusi dan fasilitas pendukung.

7. Mengumpulkan dan menganalisa data spesifikasi peralatan jaringan transmisi yang memenuhi standart kelayakan elektronika.

2.7.1 Turbin (turbine) Turbin dan generator berfungsi untuk mengubah energi air (potensial, 2.7.1 Turbin (turbine) Turbin dan generator berfungsi untuk mengubah energi air (potensial,

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut: Tabel 2.2. Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin

Jenis Turbin Range Kecepatan Spesifik (rpm)

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. Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu:

Tabel 2.3. Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin

Jenis Turbin

Kecepatan spesifik (rpm)

Referensi

Turbin pelton (1 jet) 0,243 Ns = 85.49/H (Siervo & Lugaresi, 1978) Turbin Francis 0,854 Ns = 3763/H (Schweiger & Gregory, 1989) Turbin Kaplan 0,486 Ns = 2283/H (Schweiger & Gregory, 1989) Turbin Crossfiow 0,505 Ns = 513.25/H (Kpordze & Wamick, 1983) Turbin Propeller 0,5 Ns = 2702/H (USBR, 1976)

Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan). Pemilihan jenis turbin didasarkan pada ketersediaan teknologi secara lokal dan biaya pembuatan/pabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe lainnya.

Jenisjenis turbin yang dipergunakan di bidang teknik hidroslistrik pada saat ini, adalah

a. Turbin Francis

b. Turbin Pelton

c. Turbin baling-baling dan Kaplan

d. Turbin Turgo

e. Turbin Crossflow atau Bank.

Tabel 2.4. Daerah Operasi Turbin Jenis Turbin

Variasi Head ( m )

Kaplan dan Propeller

2.7.1.1. Turbin Francis

Turbin-turbin Francis adalah jenis turbin yang paling banyak dipakai pada PLTA saat ini. Turbin Francis bekerja dengan aliran air yang bertekanan. Jadi untuk turbin Francis itu selalu mengalir penuh pada penggerak yang sama dengan selubung penuh air.

Penggerak turbin terdiri dari sebuah pisau melengkung yang dilas pada dua shroud. Deretan pisau bervariasi dari 12 sampai 22 tergantung pada kecepatan spesifik (nomor rendah untuk kecepatan-kecepatan spesifik di atas 300 rpm).

Cara kerja turbin Francis adalah Air dari pipa pesat masuk ke dalam selubung spiral di bawah tekanan dan mengalir melalui pintu-pintu kecil masuk ke dalam penggerak (runner). Setelah mengalir meninggalkan penggerak, air melalui sebuah tube sementara dan saluran buang. Tujuan dari tube sementara adalah untuk mengetahui kecepatan dari Cara kerja turbin Francis adalah Air dari pipa pesat masuk ke dalam selubung spiral di bawah tekanan dan mengalir melalui pintu-pintu kecil masuk ke dalam penggerak (runner). Setelah mengalir meninggalkan penggerak, air melalui sebuah tube sementara dan saluran buang. Tujuan dari tube sementara adalah untuk mengetahui kecepatan dari

2.7.1.2. Turbin Pelton Turbin ini terdiri dari sebuah piringan-piringan lingkaran pada pinggir- pinggirnya (periphery). Pada instalasi pembangkit listrik tenaga air ukuran besar, Turbin Pelton normalnya diperhitungkan memiliki head gross setinggi 150 meter. Namun, untuk instalasi mikro hidro Turbin Pelton dapat digunakan pada head yang lebih rendah. Diameter turbin Pelton berukuran kecil yang berputar dengan kecepatan tinggi dapat menghasilkan 1 kW listrik pada head tidak lebih dan 20 meter.

Prinsip kerja dan turbin Pelton adalah mengubah energi kinetik air yang masuk ke jet menjadi gaya rotasi angular dan menghantarkannya ke generator sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin Pleton termasuk turbin yang memilki efisiensi yang sangat baik, air yang terbuang setelah memberikan tekanan pada runner hanya menyisakan energi kinetik yang sangat sedikit.

2.7.1.3. Turbin Kaplan dan Baling-Baling Pengaturan umum untuk baling-baling dan turbin Kaplan adalah kurang lebih sama dengan turbin Francis. Jadi, selubung scroll, cincin stay dan tube sementara dalam keadaan similar seperti dalam selubung-selubung turbin Francis dan menjalankan fungsi yang sama. Perbedaan yang besar yaitu dimana turbin- turbin

Francis dicampurkan dengan turbin-turbin aliran. Baling-baling dan Kaplan merupakan turbin aliran aksial. Penggerak turbin ini menyurupai sebuah baling-baling yang terdiri dari pusat pada pinggirnya, dimana baling-baling berbentuk lengkung ditegakkan. Baling-baling bertindak seperti kantiliver-kantiliver didukung hanya pada pusat. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin Kaplan bervariasi dari 3 hingga 8 tergantung pada jangkauan kecepatan spesifik. Baling-baling berbentuk sebuah badan berongga semikonal permukaan luar dimana menjadi batas dari pemasukan air. Di dalam poros terdapat corong turbin.

2.7.1.4. Turbin Turgo Turbin Turgo merupakan salah satu turbin penggerak yang mirip 2.7.1.4. Turbin Turgo Turbin Turgo merupakan salah satu turbin penggerak yang mirip

Turbin Turgo memilki beberapa kerugian. Pertama, turbin Turgo lebih sulit pembuatannya dibandingkan dengan turbin Pelton karena bentuk baling-baling lebih kompleks. Kedua, tampilan turbin Turgo merupakan muatan aksial yang kokohpada runner dimana hares menyediakan kecocokan poros pada ujung lobangnya.

2.7.1.5. Turbin Crossflow Turbin Crossflow sering juga disebut dengan turbin Banki, Mitchell atau turbin Ossberger. Turbin Crossflow terdiri dari sebuah tong berbentuk penggerak (runner)terbuat dari dua bush piringan yang terhubung dengan lingkaran terdekat oleh beberapa gerigi yang melengkung. Turbin Crossflow memiliki penggerak horizontal pada bawah kotaknya (tidak seperti Pelton atau Turgo yang dapat memiliki runner horizontal atau vertikal). Pada operasiannya, pipa berbentuk kotak secara langsung memancarkan air sepanjang runner. Air mendorong gerigi dan memberikan banyak energi kinetik.

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:

1. 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.

2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.

2.7.2. Generator

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTM ini adalah:

1. Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushl&ss exitatiori) dengan penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing).

2. Induction Motor sebagai Generator (I MAG) sumbu vertikal, pada perencanaan turbin propeller open flume.

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm, 50 Hz, 3 phasa dengan keluaran tegangan 220 V/380 V. Efisiensi generator secara umum adalah:

1. Aplikasi < 10 KVA efisiensi 0,7 - 0,8

2. Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 0,8-0,85

3. Aplikasi 20 – 50 KVA efisiensi 0,85

4. Aplikasi 50-100 KVA efisiensi 0,85-0,9

5. Aplikasi > 100 KVA efisiensi 0,9 - 0,95 Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan PLTM menggunakan

pengaturan beban sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban. Apabila terjadi penurunan beban di konsumen, maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast load/dumy load. Sistem pengaturan beban yang digunakan pada perencanaan ini adalah

1. Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

2. Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMA

Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal, dan terbukti handal pada penggunaan di banyak PLTM. Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol (switch gear). Fasillitas operasi panel kontrol mikromum terdiri dari:

4. Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis, maupun manual

5. Stop/berhenti secara otomatis

6. Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan: over-under voltage, over- under frequensi.

7. Emergency shut down, biia terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)