2.1 Proses Pembangkitan Tenaga Listrik Pembangkitan tenaga listrik semakin besar dilakukan dengan cara memutar generator sinkron sehingga di dapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik tiga fasa. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat dari mesin penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula ( prime mover ). Mesin penggerak generator yang banyak digunakan dalam praktk, yaitu : mesin diesel, turbin uap, turbin air dan turbin gas. Mesin-mesin penggerak generator ini mendapat energi dari:1. Proses pembakaran bahan bakar ( mesin-mesin termal ) 2. Air terjun ( turbin air )

Jadi sesungguhnya mesin penggerak generator melakukan konversi energi primer menjadi energi generator. Proses konversi energi primer menjadi energi mekanik menimbulkan produk sampingan berupa limbah dan kebisingan yang perlu dikandalikan agas tidak menimbulkan masalah lingkungan. Dari segi ekonomi teknik, komponen biaya penyedia tenaga listrik yang terbesar adalah biaya pembangkitan, khususnya biaya bahan bakar. Oleh sebab itu, berbagai tehnik untuk menekan biaya biaya bahan bakar terus berkembang, baik dari segi unit pembangkit secara individu maupun dari segi operasi sistem tenaga listrik secara terpadu. Pusat pembangkit listrik adalah tempat dimana proses pembangkitan tenaga listrik dilakukan. Mengingat proses pembakitan tenaga listrik merupakan proses konversi energi primer ( bahan bakar atau potensi air ) menjadi energi mekanik penggerak generator, yang selanjutnya energi mekanik ini diubah menjadi energi Universitas Sumatera Utara listrik oleh generator, maka dalam pusat listrik umumnya terdapat; 1. Instalasi energi primer, yaitu instalasi bahan bakar atau instalasi tenaga air. 2. Instalasi mesin penggerak generator, yaitu instalasi yang berfungsi sebagai pengubah energi primer menjadi energi mekanik penggerak genertor. Mesin penggerak generator ini dapat berupa ketel uap beserta turbin uap, mesin diesel, turbin gas, atau turbin air. 3. Instalasi pendingin, yaitu instalasi yang berfungsi mendinginkan instalasi mesin penggerak yang menggunakan bahan bakar. 4. Instalasi listrik, yaitu instalasi yang secara garis besar terdiri dari ; Instalasi tenaga tinggi, yaitu instalasi yang menyalurkan energi listrik yang dibangkitkan generator. Instalasi tegangan rendah, yaitu instalasi alat-alat bantu dan instalasi penerangan. Instalasi arus searah, yaitu instalasi yang terdiri dari baterai aki beserta pengisinya dan jaringan arus searah yang terutama digunakan untuk proteksi, kontrol dan telekomunikasi.

2.1.1 Jenis-Jenis Pusat Pembangkit Listrik Berdasarkan uraian diatas, di dalam prakteknya terdapat jenis-jenis pusat listrik sebagai berikut; 1. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA): pusat pembangkit listrik ini menggunakan tenaga air sebagai sumber energi primer. 2. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD): Pusat pembangkit listrik ini menggunakan bahan bakar minyak 3. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) : Pusat pembangkit listrik ini menggunakan bahan bakar batubara, minyak atau gas sebagai sumber energi primer. 4. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) : Pusat pembangkit listrik ini menggunakan bahan bakar gas atau minyak sebagai sumber energi primer. 5. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) : Pusat pembangkit listrik ini kombinasi PLTG dan PLTU. Gas buang dari PLTG dimanfaatkan untuk menghasilkan uap dalam ketel uap penghasil uap untuk penggerak

Universitas Sumatera Utara

turbin uap. 6. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) : PLTP merupakan PLTU yang tidak mempunyai ketel uap karena uap penggerak turbin uapnya didapat dari bumi. 7. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) : PLTN merupakan PLTU yang menggunakan uranium sebagai bahan bakar yang menjadi sumber energi primernya. Uranium menjalani proses fission ( fisi ) di dalam reaktor nuklir yang menghasilkan energi panas yang digunakan untuk menghasilkan uap dalam ketel uap. Uap ini selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin uap penggerak generator.

2.1.2 Instalasi Listrik dari Pusat Pembangkit Listrik Pada umumnya pusat listrik membangkitkan arus bolak balik tiga fasa dengan menggunakan generator sinkron. Gambar 2.1 menggambarkan diagram satu garis instalasi tenaga listrik sebuah pusat listrik yang sederhana. Gambar 2.1 Diagram 1 garis instalasi tenaga listrik sebuah pusat listrik sederhana. PMT/CB = Pemutus tenaga(Circuit Breaker); PMS/DS = Sakelar Pemisah (Diconnecting Switch) Tegangan generator yang paling tinggi yang dapat dibangkitkan adalah 23 kV. Pada saat ini, dalam tingkat riset sedang dikembangkan generator yang dapat membangkitkan tegangan sampai 150 kV. Universitas Sumatera Utara Pusat listrik yang sudah beroperasi secara komersial saat ini seperti gambar 2.1, yaitu tegangan dari generator dinaikkan dahulu dengan menggunakan transformator, baru kemudian dihubungkan ke rel melalui pemutus tenaga (PMT). Pemutu tenaga adalah sakelar tegangan tinggi yang mampu memutuskan arus gangguan. Arus gangguan besarnya mencapai beberapa ribu kali besarnya arus operasi normal. Di depan dan di belakang setiap pemutus tenaga harus ada pemisah (PMS), yaitu sakelar yang hanya boleh dioperasikan (ditutup dan dibuka) dalam keadaan tidak ada arus yang melaluinya, tetapi posisi pisau sakelar harus jelas terlihat. Hal ini berkaitan dengan masalah keselamatan kerja pada saat instalasi tegangan tinggi akan dibebaskan dari tegangan karena akan disentuh orang misalnya untuk pekerjaan pemeliharaan atau perbaikan. Semua generator sebagai penghasil energi dihubungkan dengan rel (busbar). Begitu pula semua saluran keluar dari rel pusat listrik dihubunkan dengan rel pusat listrik. Saluran keluar dari rel pusat listrik ada yang berfungsi mengirim tenaga listrik dalam jumlah besar ke lokasi lain dan ada yang berfungsi untuk menyediakan tenaga listrik di lokasi sekitar pusat listrik tersebut berada, bahkan selalu ada saluran (feeder atau penyulang) yang berfungsi menyediakan tenaga listrik bagi keperluan pusat listrik itu sendiri. Pusat listrik memerlukan tenaga listrik untuk lampu penerangan dan untuk menjalankan motor-motor listrik, seperti ; motor listrik penggerak, pompa air pendingin, motor listrik penggerak penyejuk udara, motor listrik pengangkat, dan lain-lain. Dalam pusat listrik ini juga ada instalasi listrik arus searah. Arus searah diperlukan untuk menggerakkan mekanisme pemutusan tenaga (PMT) dan untuk lampu penerangan darurat. Sebagai sumber arus searah digunakan baterai aki yang diisi oleh penyearah. 2.1.3 Masalah Utama dalam Pembangkitan Tenaga Listrik Proses pembangkitan tenaga listrik dalam prinsipnya merupakan konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator yang selanjutnya energi mekanik Universitas Sumatera Utara ini dikonversi oleh generator menjadi tenaga listrik. Proses demikian menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut: 1. Penyediaan energi primer.

Energi primer untuk pusat listrik termal adalah bahan bakar. Penyediaan bahan bakar meliputi : pengadaan, transfortasi dan penyimpangan, terutama yang memerlukan perhatian terhadap resiko kebakaran. 2. Penyediaan air pendingin

Masalah penyediaan air pendingin timbul pada pusat termal seperti PLTU dan PLTD. PLTU dan PLTD dengan daya terpasang di atas 25 MW banyak yang dibangun di daerah pantai karena membutuhkan air pendingin dengan jumlah yang besar sehingga pusat listrik ini dapat menggunakan air laut sebagai pendingin. Untuk unit-unit PLTD yang kecil, di bawah 3 MW, pendinginnya dapat menggunakan udara dengan menggunakan radiator. 3. Masalah limbah

PLTU batubara menghasilkan limbah berupa abu batu bara dengan asap yang mengandung gas SO2, CO2 dan NOx. Semua PLTU mempunyai limbah bahan kimia dari air ketel (blow down). PLTD dan PLTG mempunyai limbah berupa minyak pelumas. PLTA tidak menghasilkan limbah, malah limbah dari masyarakat yang masuk kesungai penggerak PLTA sering menimbulkan gangguan pada PLTA. 4. Masalah kebisingan

Pusat listrik termal menimbulkan seara keras yang merupakan kebisingan bagi masyarakat yang tinggal di dekatnya. Tingkat kebisingan harus dijaga agar tidak melampaui standar yang berlaku. 5. Operasi

Operasi pusat listrik sebagian besar 24 jam sehari. Delain itu biaya penyediaan tenaga listrik sebagian besar ( + 60%) untuk operasi pusat listrik, khususnya untuk membeli bahan bakar. Oleh karena itu, perlu dilakukan operasi pusat listrik yang seefisien mungkin. Jika pusat listrik beroperasi dalam sistem interkoneksi, ( yaitu pusat listrik yang beroperasi paralel dengan pusat-pusat listrik lain melalui saluran transmisi), maka pusat listrik ini harus mengikuti pola operasi sistem interkoneksi. 6. Pemeliharaan

Universitas Sumatera Utara Pemeliharaan peralatan diperlukan untuk : - Mempertahankan efisiensi - Mempertahankan keandalan - Mempertahankan umur ekonomis Bagian-bagian peralatan yang memerlukan pemeliharaan terutama adalah: - Bagian-bagian yang bergeser: seperti : bantalan, cincin pengisap (piston ring) dan engsel-engsel. - Bagian-bagian yang mempertemukan zat-zat dengan suhu yang berbeda seperti : penukar panas (heat exchanger) dan ketel uap - Kontak-kontak listrik dalam sakelar serta klem-klem penyambung listrik. 7. Gangguan dan kerusakan

Gangguan adalah peristiwa yang menyebabkan Pemutusan Tenaga (PMT) membuka (trip) diluar kehendak operator sehingga terjadi pemutusan pasokan tenaga listrik. Gangguan esungguhnya adalah peristiwa hubung singkat yang penyebabnya kebanyakan petir, dan tanaman. Gangguan dapat juga disebabkan karena kerusakan alat, sebaliknya gangguan ( misalnya yang disebabkan petir) yang terjadi berkali-kali akhirnya mengakibatkan alat ( misalnya transformator ) menjadi rusak. 8. Pengembangan pembangkit

Pada umumnya, pusat lstrik yang berdiri sendiri maupun yang ada dalam sistem interkoneksi memerlukan pengembangan. Hal ini disebabkan karena beban yang dihadapi terus bertambah sedangkan di pihak lain pihak unit pembangkit yang ada menjadi semakin tua dan perlu dikeluarkan dari operasi. 9. Perkembangan teknologi pembangkit

Perkembangan teknologi pembangkit umumnya mengarah pada perbaikan efisiensi dan penemuan teknik konversi energi yang baru dan penemuan bahan bakar baru. Perkembangan ini meliputi segi perangkat keras (hardware) seperti komputerisasi dan juga meliputi segi perangkat lunak ( software) seperti pengembangan model-model matematika untuk optimasi. 2.1.4 Sistem Interkoneksi Universitas Sumatera Utara Pusat pembangkit listrik yang besar, di atas 100 MW umumnya beroperasi dalam sistem interkoneksi. Pada sistem interkoneksi terdapat banyak pusat beban (yang disebut gardu induk ,disingkat GI )yang dihubungkan satu sama lain oleh saluran transmisi. Disetiap GI terdapat beban berupa jaringan distribusi yang melayani para konsumen tenaga listrik. Jaringan distribusi beserta konsumen ini merupakan suatu subsistem disribusi. Subsistem dari setiap GI umumnya tidak mempunyai hubungan listrik satu sama lain ( lihat Gambar 2.2) Gambar 2.2 memperlihatkan sebagian dari sistem interkoneksi yang terdiri dari sebuah pusat listrik, dua buah GI beserta subsistem distribusinya. Karena operasi pusat-pusat listrik dalam sistem interkoneksi saling mempengaruhi satu sama lain,maka perlu koordinasi operasi. Koordinasi operasi ini dilakkukan oleh ousat pengatur beban. Koordinasi terutama meliputi: a. Koordinasi pemeliharaan. b. Pembagian beban yang ekonomis. c. Pengaturan frekuensi. d. Pengaturan tegangan. e. Prosedur mengatasi gangguan. Gambar 2.2 Sebagian dari sistem interkoneksi, yaitu sebuah pusat listrik, dua GI beserta subsistem distribusi Universitas Sumatera Utara

2.1.5 Proses Penyediaan Tenaga Listrik

Setelah tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat listrik, maka tenaga listrik ini disalurkan ( ditransmisikan ) lalu didistribusikan para konsumen tenaga listrik. Proses penyediaan tenaga listrik bagi para konsumen ini secara singkat digambarkan oleh Gambar 2.3.Gambar 2.3 sesungguhnya merupakan salah satu bagian dari sistem interkoneksi yang digambarkan oleh Gambar 2.2 Gambar 2.3a Proses penyediaan tenaga listrik (pembangkitan dan penyaluran) Universitas Sumatera Utara Gambar 2.3b Proses penyedian tenaga listrik bagi para konsumen Dalam pusat listrik, energi primer dikonversikan menjadi energi listrik. Kemudian energi listrik ini dinaikkan tegangannya untuk disalurkan melaui saluran transmisi. Tegangan transmisi yang digunakan PLN:70 Kv,150kV, 275Kv, dan 500Kv. PT.Caltex Pacifik Indonesia yang beroperasi di daerah Riau menggunakan tegangan Kv.Saluran trnsmisi dapat berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. PLN menggunakan frekuensi 50 Hz.Sedangkan PT.Caltex menggunakan fekuensi 60 Hz. Di gardu induk ,tegangan diturunkan menjadi tegangan distribusi primer. Tegangan distribusi primer yang digunakan PLN adalah 20 kV. Sedangkan PT.Caltex Pasifik Indonesia menggunakan tegangan distrubusi primer 13,8 Kv. Dari GI, energi didistribusikan melalui penyulang-penyulang distribusi yang berupa saluran udara atau saluran kabel tanah. Pada penyulang penyulang distribusi ini trdapat gardu- gardu distribusi. Fungsi gardu distribusi adalah menurunkan tegangan distribusi primer menjadi tegangan rendah 380/220 Volt yang didistribusikan melalui jaringan tanah rendah ( JTR ). Konsumen tegangan listrik disambung dari JTR dengan menggunakan sambungan rumah ( SR ) .Dari SR,tegangan listrik masuk,masuk ke alat pembatas dan pengukur ( APP ) trlebih dahulu sebelum memasuki instansi rumah milik konsumen. APP berfungsi membatasi daya dan mengukur pemakaian energi listrik oleh konsumen. 2.1.6 Mutu Tegangan Listrik

Dengan makin pentingnya peranan tenaga listrik dalam keidupan sehari-hari, khususnya bagi keperluan industri,maka mutu tenaga listrik juga menjadi tuntutan yang makin besar dari pihak pemakai tenaga listrik. Mutu tenaga listrik ini meliputi: a. Kontinuitas penyediaan;apakah tersedia 24 jam sehari sepanjang tahun. b. Nilai tegangan ; apakah selalu ada dalam batas-batas yang diijinkan. c. Nilai frekuensi ; apakah selalu ada dalam batas-batas yang diijinkan. d. Kedip tegangan ; apakah besarnya dan lamanya masih dapat diterima oleh pemakai tenaga listrik.

Universitas Sumatera Utara

e. Kandungan harmonisa ; apakah jumkahnya masih dalam batas-batas yang dapat ditrima oleh pemakai tenaga listrik.

Unsur-unsur a sampai dengan e dapat direkam sehingga masalahnya dapat dibahas secara kuantitatif antara pihak penyedia dan pemakai tenaga listrik. Power network anaylzer tipe TOPAS 1000 Alat ini mampu melakukan perekaman: a. Arus dan tegangan dalam keadaan normal maupun transien. b. Harmonisa yang terkandung dalam tegangan. c. Kedip tegangan,variasi tegangan, dan kemiringan tegangan. d. Frekuensi.

2.1.7 Transmisi dan Distribusi

Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi membagikan tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah. Generator sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga listrik dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator tegangan tersebut dinaikkan menjadi 150-500 kV. Saluran tegangan Tinggi (STT) menyalurkan tegangan listrik menuju pusat penerima, disini tegangan siturunkan menjadi tegangan subtransmisi 70 kV. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan menengah 20 kV. Melalui trafo distribusi yang tersebar diberbagai pusat-pusat beban, tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang akhirnya diterima pihak pemakai. 2.2 Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

2.2.1 Prinsip Kerja PLTG Universitas Sumatera Utara GENERATOR Gambar 2.4 skema PLTG Secara garis besar diagram ini dimulai dari energi udara dan bahan bakar diubah menjadi energi gas. Energi gas yang dihasilkan dari proses pembakaran digunakan untuk memutar Turbin sehingga pada step ini ada perubahan energi dari energi gas menjadi energi mekanik. Karena Turbin dan Generator satu poros maka pada saat Turbin berputar maka Generator juga ikut berputar sehingga menghasilkan energi listrik, pada step ini terjadi perubahan energi yaitu dari energi mekanik menjadi energi listrik. Udara luar dihisap oleh compressor dan dialirkan ke combuster, demikian juga dengan bahan bakar yang dipompa oleh pompa bahan bakar menuju combuster juga. Pada combuster terjadi pertemuan antara udara, bahan bakar, dan panas yang ditimbulkan oleh ignitor sehingga terjadi pembakaran. Dari hasil pembakaran menghasilkan gas yang kemudian gas tersebut memutar Turbin dan juga memutar Generator karena satu poros sehingga timbulah listrik. Sisa gas yang digunakan untuk memutar Turbin sebagian keluar menuju Stack. Dari flow Diagram diatas dapat dimbil kesimpulan bahwa pada PLTG menggunakan Siklus Terbuka (Open Cycle) karena gas yang telah digunakan untuk memutar Turbin langsung dibuang ke Stack atau dimanfaatkan sebagai pemanas awal pada PLTGU. Dengan menggunakan analisa termodinamika dapat digunakan siklus brayton, pada siklus ini ada 2 prsoses isobaric dan 2 proses isentropic. Proses Pembangkitan PLTG Universitas Sumatera Utara Gambar 2.5 Proses Pembangkitan pada PLTG Sesuai dengan prisip kerja dari PLTG maka proses pembangkitan pada PLTG dapat ditunjukakan pada gambar 2.5 diatas. Komponen Utama dari PLTG 1. Kompresor. 2. Ruang baker (combuster) 3. Turbin. 4. Generator.

Selain peralatan utama seperti disebutkan diatas diperlukan juga peralatan pendukung, yaitu : 1. Air Intake

Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor. 2. Blow off Valve

Berfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk ke dalam kompressor utama atau membuang sebagian udara dari tingkat tertentu untuk menghindari terjadinya stall (tekanan udara yang besar dan tiba-tiba terhadap sudu kompresor yang menyebabkan patahnya sudu kompresor) 3. VIGV ( Variable Inlet Guide Fan )

Universitas Sumatera Utara Berfungsi untuk mengatur jumlah volume udara yang akan di kompresikan sesuai kebutuhan. 4. Ignitor

Berfungsi penyalaan awal atau start up. Campuran bahan bakar dengan udara dapat menyala oleh percikan bunga api dari ignitor yang terpasang di dekat fuel nozzle burner dan campuran bahan bakar menggunakan bahan bakar propane atau LPG. 5. Lube oil system

Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin bearing-bearing seperti bearing turbin, kompressor, generator. Memberikan minyak pelumas ke jacking oil system. Memberikan supply minyak pelumas ke power oil system. Sistem pelumas di dinginkan oleh air pendingin siklus tertutup. 6. Hydraulic rotor barring

Rotor bearing system terdiri dari : DC pump, Manual pump, Constant pressure valve, pilot valve, hydraulic piston rotor barring. Rotor barring beroperasi pada saat unit stand by dan unit shutdown ( selesai operasi ). Rotor barring on < 1 rpm. Akibat yang timbul apabila rotor barring bermasalah ialah rotor bengkok dan saat start up akan timbul vibrasi yang tinggi dan dapat menyebabkan gas turbin trip. 7. Exhaust fan oil vapour

Berfungsi utama membuang gas-gas yang tidak terpakai yang terbawa oleh minyak pelumas setelah melumasi bearing-bearing turbin, compressor dan generator. Fungsi lain adalah membuat vaccum di lube oil tank yang tujuannya agar proses minyak kembali lebih cepat dan untuk menjaga kerapatan minyak pelumas di bearing-bearing ( seal oil ) sehingga tidak terjadi kebocoran minyak pelumas di sisi bearing. 8. Power oil system

Berfungsi mensupply minyak pelumas ke : Universitas Sumatera Utara

1. Hydraulic piston untuk menggerakkan VIGV 2. Control-control valve ( CV untuk bahan bakar dan CV untuk air ) 3. Protection dan safety system ( trip valve staging valve )

Terdiri dari 2 buah pompa yang digerakkan oleh 2 motor AC. 9. Jacking oil system

Berfungsi mensupply minyak ke journal bearing saat unit shut down atau stand by dengan tekanan yang tinggi dan membentuk lapisan film di bearing. Terdiri dari 6 cylinder piston-piston yang mensupply ke line-line : 1. 2 line mensupply minyak pelumas ke journal bearing. 2. 2 line mensupply minyak pelumas ke compressor journal bearing. 3. 1 line mensupply minyak pelumas ke drive end generator journal bearing. 4. 1 line mensupply minyak pelumas ke non drive end generator journal bearing.