bab 5 pltmh
Post on 05-Aug-2015
189 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB 5
ANALISA PERENCANAAN PLTMH
KABUPATEN MERANGIN
5.1. Sketsa System Lay Out
5.1.1. Perencanaan Sistem Lay out PLTMH Renah Pelaan
Gbr. 5. Rencana Lay Out PLTMH Renah Pelaan
5.2. Desain Kontruksi dan Perhitungan Sipil.
5.2.1. Bendungan
Gbr.9. Model Bendungan
22
Dam pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi
sungai (‘Intake’ pembuka) ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Bendungan
PLTMH yang direncanakan untuk semua lokasi memiliki besaran yang berbeda-beda
sesuai dengan debit yang dibutuhkan, dalam hal ini bendungan yang akan dibuat akan
mengacu kepada volume bak penenang, sesuai besar debit yang dibutuhkan dan lebar
bendungan akan mengikuti lebar sungai, ketinggian bendungan direncanakan rata-rata 3
meter dari dasar sungai. Hal ini dapat dilihat pada table 16. berikut ini.
Table 16. Dimensi Bendungan
DimensiLokasi
Renah Pelaan
Tinggi (m) 3.6
Panjang (m) 17
Tebal Atas (m) 0.65
Tebal Bawah ( m) 1.50
Type (m) Beton Bertulang
Untuk melihat gambar denah bendungan lihat lampiran.
5.2.2. Intake
Rencana bangunan penyadapan air, lebih dikenal sebagai bangunan intake berada pada
sisi kanan aliran Sungai. Stuktur intake berupa side intake, menggunakan konstruksi
pasangan batu kali (1:2) dengan plesteran semen. Bangunan intake dilengkapi trashrack
berupa rangkaian plat besi berbentuk jelusi sebagai penahan dan penyaring sampah serta
benda-benda yang tidak diharapkan terbawa bersama aliran air.
5.2.3. Bak Penenang
Bak penenang (forebay) terletak dekat bangunan reservo. Struktur bak penenang berupa
pasangan batu kali (1:2) terdiri dari bak pengendap (settling basin), saluran pelimpah
23
(spillway), trashrack, dan bak penenang sendiri. Bangunan ini sering kali dikenal dengan
istilah head tank, sebagai reservoir air yang terletak pada sisi atas untuk dialirkan ke unit
turbin yang terletak di bagian bawah
Gbr.9. Model Bak Penenang
Beda tinggi jatuhan air ini yang dikenal sebagai head. Volume bak 10 s/d 20 kali debit
yang masuk untuk menjamin aliran steady di pipa pesat dan mampu meredam tekanan
balik pada saat penutupan aliran di pipa pesat, dengan kecepatan vertical partikel
dianggap 0,03 m/s. Pada sisi penstock, struktur pondasi (anchor block) yang menyatu
dengan bak ditempatkan 15 cm diatas dasar bak penenang yang berfungsi untuk
menghadang batuan atau benda yang tidak diijinkan masuk kedalam turbin. Untuk
melihat dimensi ukuran bak penenang ini dapat dilihat dalam table 17. Dan untuk melihat
sketsa gambar desain bak penenang dapat dilihat pada lembar lampiran.
Table 17. Dimensi ukuran Bak Penenang
DimensiLokasi
Renah Pelaan
Tinggi (m) 2
Panjang (m) 4
Lebar (m) 3
Tebal (m) 0.3
Type (m) Beton Bertulang
24
5.2.4. Bak Pengendap (Settling Basin)
Gbr. 10. Bak Pengendap
Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari air. Fungsi
dari bak pengendap adalah sangat penting untuk melindungi komponen-komponen
berikutnya dari dampak pasir, tetapi banyak juga saluran yang tidak memakai ini sebab
dari bendungan yang berfungsi sekaligus sebagai pengendap dan penenang kemudian
masuk kedalam intek dan langsung disalurkan kedalam pipa pesat yang panjang. Hal ini
biasanya terjadi karena sisi sungai tidak memungkinkan untuk membuat saluran
pembawa. Untuk melihat dimensi ukuran bak penenang ini dapat dilihat dalam table 18.
dan untuk melihat sketsa gambar desain bak penenang dapat dilihat pada lembar
lampiran.
Table 18. Dimensi ukuran bak Pengendap
DimensiLokasi
Renah Pelaan
Tinggi (m) 2
Panjang (m) 4
Lebar (m) 3
Tebal (m) 0.3
25
Type (m) Beton Bertulang
5.2.5. Saluran Pembawa (Headrace)
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang
disalurkan. Kecepatan aliran pada saluran pembawa yang diizinkan dengan asumsi
ukuran butiran sediment 0,2 s/d 0,3 mm. untuk mencegah terjadinya sedimentasi dan
penggerusan tanah akibat kecepatan aliran maka digunakan kecepatan aliran yang
diizinkan adalah sbb:
Kecepatan max : 2 m/s, saluran pasangan batu tanpa plester.
Kecepatan min : 0,3 m/s, saluran pasangan batu plesteran dan 0,5 m/s saluran tanpa
plesteran.
Gbr.11. Saluran Pembawa Terbuka
Dalam perencanaan ini tidak menggunakan saluran pembawa terbuka tetapi memakai
sistemsaluran tertutup yang langlung menjadi pipa penstock.
26
5.2.4. Penstok
Gbr. 12. Penstok
Proses konversi energi dari energi potensial hidrolik menjadi energi kinetik yang akan
dirubah menjadi energi mekanik oleh unit turbin terjadi melalui pemanfaatan potensi air
yang berkumpul di bak penenang (head tank). Air dari bak penenang mengalir melalui
penstock (pipa pesat) menuju turbin yang terdapat di dalam rumah pembangkit.
Penstock yang diperlukan pada perencanaan PLTMH menggunakan pipa besi. Panjang
Penstock bervariasi sesuai besaran debit pada tiap titik yang akan dibangun PLTMH,
diperkuat struktur pondasi (anchor block) pada belokan pipa, berupa coran beton tumbuk.
Pada bagian ujung penstock dilengkapi expansion joint. Sebagai finishing, permukaan
luar penstock dicat untuk melindungi terhadap karat. Penstock ditempatkan pada jarak 4 x
D (diameter pipa pesat) dari muka air untuk menjamin tidak terjadinya turbulensi dan
pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air didalam pipa pesat.
Untuk menghitung ukuran pipa penstock (pipa pesat) digunakan rumus sebagai berikut:
Diameter pipa penstok dapat ditentukan dengan persamaan :
D11 = 1,273 x (Q / Vopt)0,5 (mm)……………………………….(7)
Debit air optimum di Sungai Batu Berdiri adalah Q = 0,35 m3/s yang dimanfaatkan
adalah 70% maka Q = 0,25 m3/s, panjang penstock 128 m, H = 33 m maka Ap = H/Lp =
33/128 = 0,25 Vopt = 2,3 m/s sehingga ;
D11= 1,273 x ( 0,25 / 2,3)1/2
27
D11= 0,41 mtr (diambil 40 cm)
Table 15. Ukuran Pipa Penstok
Lokasi Debit
(m3/s)
Panjang
penstock
(m)
Head
total
(m)
Velocity
optimum
(m/s)
Diameter
penstock
(m)
Tebal
pipa
(cm)
Renah
pelaan
0,25 128 37 2,3 0,4 0,2-0,3
5.2.5. Rumah Pembangkit
Rumah pembangkit merupakan tempat peralatan elektrikal-mekanik terpasang.Unit turbin
beserta sistem transmisi mekanik, generator, panel kontrol, dan ballast load terpasang di
dalam bangunan ini. Ukuran bangunan sesuai dengan kebutuhan dan besaran dari turbin
karena berhubungan dengan pondasi turbin, saluran buang dan besar dimensi generator,
biasanya untuk PLTMH besar rumah pembangkit antara (3 x 3 ) s/d (5 x 6)
m2 .berdasarkan hasil perhitungan maka untuk ukuran rumah pembangkit dapat dilihat
pada table 16 berikut ini, sedangkan untuk melihat sketsa gambar desain rumah
pembangkit dapat dilihat pada lampiran.
Table 20. Rencana Ukuran Rumah Turbin
No Lokasi Ukuran (m2) Keterangan
3 Renah pelaan 3 x 3 Bata permanen
5.3. Desain Kontruksi dan Perhitungan Mekanik
5.3.1. Pemilihan Jenis Turbin
Sebelum melakukan pemilihan jenis turbin terlebih dahulu dilakukan perhitungan head
efektif sebagai berikut :
He = Hg – (HLf + HLe + Hv) ………………………….(8)
dimana, He = Head efektif
Hg = Head kotor
HLf = kehilangan dari intek ke bak penenang
HLe = kehilangan di penstock
28
Hv = head di instalasi
5.3.1.1. Kehilangan Akibat Gesekan
HLf = (f x Lp x Vp2) / (2 x g x Dp) …………………..(9)
dimana, f = koefisien pada diameter pipa penstock dengan menggunakan diagram
moody diperoleh f = 0,03
Vp = Kecepatan aliran di penstock (m/s)
Vp = Q / ((3,14 x Dp2)/4)
Vp = 0,25 / ((3,14 x 0,402) / 4)
Vp = 1,99 m/s
Lp = Panjang Pipa Penstock (128 m)
Maka, HLf = (0,03 x 128 x 1,992) / (2 x 9,81 x 0,40)
HLf = 1,94 m
5.3.1.2. Kehilangan Akibat Sisi Masuk
HLe = (fe x Vp) / (2g)
dimana, fe = Koefisien pada bentuk inlet diambil rata-rata 0,5
maka, HLe = (0,5 x 1,99) / (2 x 9,81)
HLe = 0,05 m
5.3.1.3. Valve Losses
Hv = (fv x Vp) / (2g)
Dimana, fv = koefisien pada jenis valve . fv = 0,1 (butterfly valve)
Maka, Hv = ( 0,1 x 1,99) / (2 x 9,81)
Hv = 0,01 m
5.3.1.4. Losses Lain
Ho = 5 s/d 10 % x ( HLf + He + Hv)
Ho = 0,05 x ( 1,94 + 0,05 + 0,01)
Ho = 0,1 m
Dengan memasukkan harga-harga tersebut diatas maka diperoleh head efektif untuk
adalah :
29
He = Hg – (HLf + Hv + He + Ho)
He = 37 – (1,94+ 0,05 + 0,01 + 0,1) = 34,9 m
Hal tersebut diatas dapat dirangkum dalam table 17 berikut ini:
Table 17. Rugi rugi pada pipa penstock
Uraian Renah pelaan
Factor gesekan pipa (f) 0,03
Panjang pipa penstock (Lp) m 128
Kecepatan dalam pipa (m/s2) 1,99
Diameter penstock Dp(m) 0,4
Koefisien valve (fv) 0,1
Debit aliran Q(m3/s) 0,29
Head awal Hg (m) 37
Friction Losses Hfl(m) 1,94
Friction pipe Hv(m) 0,05
Losses sisi masuk Hi(m) 0,01
Losses lainnya Ho(m) 0,1
Head effektif 34,9
5.3.2. Kecepatan Putaran Spesifik dan Kecepatan Putaran Turbin
Sebelum melakukan perhitungan kecepatan putaran spesifik terlebih dahulu dilakukan
perhitungan pendekatan terhadap putaran turbin dengan menggunakan rumus :
N = 133 x (He)1/2…………………………………………….(10)
Sehingga putaran turbin untuk PLTMH di Sungai batu berdiri adalah:
N = 133 x (34,9)1/2
N = 785,7 rpm
Selanjutnya dilakukan perhitungan kecepatan spesifik turbin dengan menggunakan
rumus:
Ns = N x ((Q1/2) / (H0,75))
Maka, Ns = 785,7 x ((0,291/2) / (34,90,75)
Ns = 29,46 rpm
Berdasarkan besaran putaran spesifik hasil perhitungan maka dengan menggunakan
batasan putaran spesifikasi turbin pada tabel dibawah ini dapat dilakukan pemilihan jenis
turbin.
30
Tabel 18. Batasan putaran spesifik turbin
Jenis Turbin Putaran Spesifik
Turbin Pelton Ns-max ≤ 85,49 H- 0,24
Turbin Crossflow Ns-max ≤ 650 H-0,5
Turbin Francis Ns-max ≤ (20000 / (H + 20)) + 30
Turbin Francis Horizontal Ns-max ≤ 3200 H-2/3
Turbin Propeller Ns-max ≤ (20000 / (H + 20)) + 50
Turbin Tubular Ns-max ≤ (20000 / (H + 16))
Sumber : Nippon Koei CO. LTD, Panduan untuk pembangunan pembangkit listrik Mikrohidro
Dari perhitungan tersebut diatas dapat dilakukan pentabelan seperti berikut ini:
Tabel 19. Jenis Turbin dan Daya Turbin berdasarkan perhitungan.
No Lokasi N
(rpm)
Ns
(rpm)
Jenis
Turbin
Daya Turbin
(kw)
Daya Turbin
ηt = 0,77
1 Renah Pelaan 785,7 29,5 crossflow 127 97,79kw
5.4 Desain Kontruksi dan Perhitungan Elektrik
5.4.1 Diagram Satu Garis (Single Line)
Secara garis besar system diagram satu garis dari sumber pembangkit energi listrik
hingga sampai ke konsumen (rumah pelanggan) listrik adalah seperti berikut:
Gbr 13. Diagram Satu Garis Sumber Pembangkit
Dari Gambar terlihat perlu adanya penggunaan sebuah generator dan gardu hubung untuk
penaik tegangan dan penurun tegangan yang disebut transformator, agar energi listrik
dapat sampai pada konsumen (pelanggan) listrik.
Dalam system juga diperlukan peralatan proteksi untuk mengamankan energi listrik dari
sumber pembangkit hingga konsumen, yang meliputi PMT, Relay-relay, LA, CB dan
juga transformator arus serta transformator tegangan.
31
5.4.2 Generator
Generator yang dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik dari energi dari
turbin air adalah Generator Synchronous Exciter Independent dapat digunakan untuk
jaringan yang ada serta Generator Induction digunakan untuk jaringan dengan sumber
listrik lain, generator jenis ini menggunakan kapasitor untuk daya yang kurang dari 25
kW.
Output Generator ditunjukkan dengan kilo Volt Amper (kVA) yang dirumuskan dengan :
Pg = (9,8 x H x Q x η)/pf (kVA) ............................................(11)Dimana :
Pg = Keluaran generator (kVA).
H = Ketinggian air (m).
Q = Debit air (m3/det).
η = Efisiensi
pf = Faktor daya.
Dari hasil survey yang dilakukan bahwa potensi energi yang dihasilkan oleh air terjun
Sigerincing di Dusun Tuo, Batu Berdiri di Dusun Renah Plaan , dan Tuah Rajo di Desa
Rantau Suli adalah sebagai berikut :
Tabel 20 Daya Generator
No Nama Desa Nama Air Terjun Nama SungaiDaya
(KVA)
1 Renah Plaan Batu Berdiri Batu Berdiri 195,58
5.4.3 Transformator
Pada sistem jaringan distribusi 20 kV dibutuhkan sementara jaringan 380/220V,
dikarenakan jarak yang jauh dari pembangkit ke konsumen maka akan terjadi penurunan
tegangan dll, dengan alasan tersebut diatas perlu adanya pemasangan transformator,
32
dengan kata lain adanya sebuah Gardu disisi stasiun pembangkit yang fungsinya untuk
menaikkan tegangan 380/220V ke 20/11,5 kV dan transformator penurunan tegangan
yang dipasang pada area konsumen dan sebaliknya.
Transformator Distribusi step-up (menaikan) dan step-down tegangan harus pada
kontruksi 3 (tiga) Phasa dan kapasitas standar yang digunakan pada hasil survey ini
adalah menggunakan transformator 100 kVA dan 600 kVA.
Transformator Arus dan Tegangan juga digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan
dan arus pada transmisi (penyaluran) terhadap gangguan internal dan eksternal dengan
kemampuan 30 VA dan 50 VA.
5.4.4 Tiang
Penggunaan tiang sebagai penyangga transmisi 20 kV dari pembangkit sampai ke
transformator distribusi hingga konsumen sangat dibutuhkan. Jenis yang digunakan
adalah tiang kayu dengan tinggi tiang untuk tegangan 20 kV dan 380/220 V adalah 9 m
dan 7 m, serta jarak antar tiang untuk daerah pemukiman dan diluar pemukiman yaitu 50
m dan 80 m.
Jarak bebas minimum konduktor dari atas tanah untuk saluran tegangan 20 kV adalah 6
m, sedangkan untuk saluran tegangan rendah yaitu 4 m.
5.4.5 Konduktor
Ukuran konduktor dipilih dengan melihat jumlah beban sekarang, beban perkiraan,
hubung singkat, kapasitas arus konduktor, rugi tegangan, rugi daya dan kekuatan
mekanikal, dll. Jenis konduktor yang dipakai untuk tegangan 20 kV adalah konduktor
Twisted 4 x 70 mm2 dan tegangan rendah konduktor adalah Twisted 4 x 35
mm2 serta Twisted 4 x 16 mm2.
5.4.6 Pengaman
Pengaman jaringan menengah yang digunakan adalah sebagai berikut:
- Fuse pemutus 20 kV yang di sesuaikan dengan transformator.
- Relay-relay.
- Penangkal petir , dll
33
Pengaman jaringan rendah menggunakan :
- Rangkaian pemutus tegangan rendah, yang dioperasikan dengan tangkai untuk
kapasitas trafo 25 kVA.
- Kotak pengaman dengan fuse untuk transformator.
5.4.7 Pasangan Sambungan Rumah
Untuk pemasangan sambungan rumah menggunakan kabel twisted berinti aluminium
dengan diameter untuk aluminium sebesar 4 mm sampai 16 mm. Dari tiang kabel ditarik
langsung ke rumah konsumen dengan jarak bebas minimum 3 – 4 m, dan perlu
diperhatikan bahwa kabel dari bagian area yang paling kecil harus digunakan dengan
pertimbangan:
- Kapasitas dari kawat penghantar mampu untuk membawa arus beban puncak.
- Mampu menahan rugi-rugi tegangan pada kawat penghantar.
5.4.8 Pengkabelan dalam Rumah
Perencanaan daya untuk pemasangan pengkabelan rumah digunakan 450 watt,
menggunakan fuse 2 Ampere sebagai pengaman kelebihan daya.
Instalasi pengkabelan dapat dilihat pada gambar dibawah.
Gbr 14 Diagram Rangkaian Instalasi Rumah
34
top related