ENERGY

KOMPONEN ELEKTRIKAL DAN MEKANIKAL








TABLE OF CONTENT

DISAIN SISTEM ELEKTRIKAL 1
3 DESIGN SISTEM ELEKTRIKAL 3
3.1 Umum 3
3.2 AC atau DC? 4
3.3 Generator AC 6
3.3.1 Umum 6
3.3.2 Generator Sinkron 6
3.3.2.1 Prinsip kerja (type brushless) 6
3.3.3 Generator Asinkron (induksi) 8
3.3.3.1 Prinsip kerja 9
3.3.3.2 Output satu fasa dari generator tiga fasa (C2C Connection) 12
3.3.3.3 Syarat Mesin Induksi Sebagai Generator 13
3.3.4 Perbandingan Generator Sinkron dan Asinkron 14
3.3.5 Pemilihan jenis generator dan power output 16
3.3.6 Kecepatan dan jumlah kutub generator 17
3.4 Sistem Kontrol 19
3.4.1 Flow control 19
3.4.2 Load Control 21
3.4.2.1 Electronic Load Controller (ELC) 22
3.4.2.2 Induction Generator Controller (IGC) 24
3.5 Sistem Transmisi dan Distribusi 26
3.5.1 Umum 26
3.5.2 Underground atau overhead 27
3.5.3 Tegangan tinggi atau tegangan rendah 27
3.5.4 Pemilihan rute transmisi dan distribusi 27
3.5.5 Konduktor 28
3.5.5.1 Menentukan ukuran konduktor 29
3.5.5.2 Kelendutan konduktor (sag) 31
3.5.5.3 Ruang bebas penghantar 32
3.5.5.4 Jarak antara konduktor (spacing) 33
3.5.6 Tiang Listrik (poles) 34
3.5.6.1 Jenis material 34
3.5.6.2 Tinggi tiang listrik 35
3.5.6.3 Jarak bentang tiang (span) 36
3.5.6.4 Penyangga tiang (guy wire) 36
3.5.7 Transformator 37
3.5.7.1 Tipe transfomator 37
3.5.7.2 Kapasitas dan pemilihan transformer 38
3.5.8 Instalasi konsumen 40
3.5.8.1 Service Connection 40
3.5.8.2 Instalasi rumah 41


BAB I
DESIGN SISTEM ELEKTRIKAL
3.1 Umum
hampir semua PLTMH yang dibangun diperuntukan untuk menghasilkan energi listrik, walaupun ada sebagian kasus dimana turbin PLTMH digunakan langsung untuk menggerakan mesin, seperti mesin penggilingan, maupun pompa air (water supply system). Oleh karena itu perencanaan untuk aspek kelistrikan berperan sangat penting dalam sebuah proyek PLTMH. Selain itu survey lapangan ke penduduk (konsumen) perlu dilakukan dengan akurat terutama mengenai peruntukan penggunaan listrik. Untuk keperluan produktif dimana akan digunakan motor listrik (beban induktif) misalnya, dibutuhkan generator dengan kemampuan menahan starting current yang besar. Topografi dan penyebaran penduduk berperan penting dalam menetukan panjangnya jaringan transmisi.
Penguasaan dasar-dasar kelistrikan, instalasi dan peraturan keselamatan merupakan hal pokok yang harus dimiliki oleh seorang perencana dan teknisi yang terlibat dalam implementasi sebuah proyek mikro hidro
Komponen dan sistem elektrikal pada sebuah MHP merupakan bagian yang dianggap paling sensitif. Pada dasarnya komponen pada sistem elektrikal pembangkit mikro hidro dapat dikelompokan menjadi sebagai berikut;
a. Generating and Control Unit
1. Generator (sinkron atau Asinkron)
2. Sistem kontrol dan aksesorisnya
1. Flow control
• Hydraulic unit : cylinder, actuator (counter weight), servo motor, sensor, dll
• Cubicle : module controller, system proteksi, meter dll
• Metering unit (CTs, VTs, kWh, fuses, dll)
2. Load control (ELC atau IGC)
• Cubicle (meter, control, proteksi)
• Ballast load
3. Kabel daya dan aksesori
1. Kabel daya : Generator – Panel – Ballast
2. Grounding system : elektroda, konduktor
3. Penangkal petir dan aksesori

b. Transmisi dan Distribusi
1. Transformator (jika dipakai) dan aksesorinya
2. Gardu induk (switchboard)
3. Transmisi dan distribusi
1. Tiang = pole bracket, suspension, strain clamp
2. System pentanahan (grounding)
3. Penangkal petir

c. Instalasi Pelanggan (service connection)
1. kabel penyalur dan aksesorinya (strain clamp, konektor,dll)
2. kWh Meter, MCB, dan sekring
3. Instalasi rumah
- kabel instalasi, isolator, klem/pralon kabel, T-dos
- stop kontak, saklar (ganda/tunggal)
- fitting lampu (duduk/gantung), kayu roset

Pembangkitan daya yang optimum dan kinerja pembangkit tergantung desain yang benar dari komponen pendukung, salah satunya desain sistem elektrik yang harus direncanakan dengan teliti dan hati-hati.
3.2 AC atau DC?
Tujuan pemakaian dan kondisi lapangan merupakan aspek penting yang harus diperhatikan dalam memilih jenis generator yang akan digunakan untuk sebuah PLTMH. pembangkit dengan generator DC sebagian besar digunakan untuk sistem battery charging, energy disimpan dalam battery dan diisi (charge) secara berkala dimana setiap rumah memiliki batere penyimpan. Hal-hal yang menjadi pertimbangan aplikasi mikro hidro dengan sistem DC diantaranya adalah:
• Potensi air yang tersedia kecil <2 kW sehingga sistem DC dianggap lebih ekonomis. Generator dapat menggunakan dinamo mobil biasa serta tidak dibutuhkan peralatan kontrol listrik seperti untuk generator AC. Untuk potensi yang >2 kW generator DC harus dipesan khusus dan bisa lebih mahal dari generator/motor AC.
• Lokasi rumah penduduk berdekatan sehingga transportasi batere untuk di charge bisa lebih efektif.
• Listrik yang akan digunakan hanya untuk keperluan terbatas seperti penerangan dan radio dengan daya kecil. Sedangkan untuk motor listrik atau peralatan listrik berdaya besar harus menggunakan inverter dan batere yang besar dimana harganya cukup mahal.



Gambar 3.1. Battery charging system dengan inverter untuk mensuplai beban AC
Hampir semua pembangkit listrik PLN menggunakan generator AC dan listrik didistribusikan ke pemakai dalam bentuk AC, oleh karena itu sebagian besar peralatan listrik dan elektronik industri maupun rumah tangga yang tersedia dipasaran menggunakan sistem AC. Inilah salah satu alasan pokok dimana sistem AC lebih banyak dipilih dan digunakan dalam pembangkit mikro hidro. Selain itu mengkonversikan arus searah (DC) menjadi arus bolak balik (AC) membutuhkan peralatan tambahan inverter yang cukup mahal dimana ada kerugian (losses) yang pada akhirnya efisiensi sistem menjadi lebih kecil.

Terlepas dari hal itu, melihat dari segi teknis maupun ekonomis masing – masing pilihan memiliki kelebihan dan kekurangan yang dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam merencanakan sebuah PLTMH. Sebagai contoh adalah sistem battery charging, walaupun secara teknis memungkinkan, sistem ini sangat jarang sekali aplikasinya mengingat keterbatasan dan kenyamanan manusia dalam pemakaiannya.
Gambar 3.2 .PLTMH untuk Battery charging system

Sistem AC Sistem DC
Kelebihan
1. sebagian besar peralatan listrik dan elektronik menggunakan sistem AC dan tersedia melimpah dipasaran dengan harga yang murah.
2. generator AC (sinkron dan asinkron) diproduksi secara masal dan mudah ditemukan dengan harga murah dengan kapasitas daya beberapa ratus watt sampai mega watt
3. transportasi dan transformasi listrik mudah untuk dilakukan dengan konduktor dan transformator
4. tidak diperlukan peralatan penyimpan energi (battery/accumulator)
5. listrik bisa langsung digunakan tanpa menggunakan peralatan tambahan (inverter)
6. pengaturan dan pengukuran listrik AC mudah dilakukan dengan ketersediaan berbagai peralatan dipasaran seperti MCB dan kWh meter


Kekurangan
1. diperlukan alat pengontrol untuk menjaga tegangan dan frequensi tetap konstan yang pada akhirnya menambah komponen biaya
2. energi listrik tidak dapat disimpan seperti pada sistem DC
Kelebihan
1. energy listrik dapat disimpan dalam battery sehingga kapasitas pembangkit (load factor) dapat dioptimalkan
2. energi dapat dipindahkan/dibawa langsung ke pemakai melalui battery tanpa harus menggunakan penghantar
3. generator DC lebih simple dan dilengkapi dengan Automatic Voltage Regulator (AVR) sehingga tidak diperlukan kontroler, yang pada akhirnya dapat lebih murah.
4. generator dapat menggunakan generator mobil atau truk untuk kapasitas kecil yang harganya murah dan mudah didapat
5. kebanyakan peralatan sistem (turbin dan generator) dalam ukuran kecil sehingga lebih mudah dipindahkan jika diperlukan.
6. umumnya digunakan untuk kapasitas kecil <5 kW, sehingga daerah yang tidak memiliki potensi air yang cukup besar dapat mengaplikasikannya.
Kekurangan
1. hanya untuk beban tertentu saja, tidak dapat digunakan untuk kegiatan produktif (productive and use)
2. batere cukup mahal dan memiliki usia pakai yang pendek jika tidak dirawat dengan baik
3. kurang praktis, dimana batere harus diisi ulang tiap kali habis.
4. peralatan listrik DC khususnya peralatan rumah tangga masih jarang diproduksi

Penjelasan lebih lanjut akan lebih menitikberatkan pada sistem AC dimana digunakan lebih luas dengan aplikasi yang lebih banyak.
3.3 Generator AC
3.3.1 Umum
Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah daya poros turbin (putaran) menjadi daya listrik. Untuk aplikasi mikro hidro dengan sistem AC ada dua tipe generator yang biasa digunakan yaitu generator sinkron dan asinkron (induksi) 1 fase maupun 3 fase.


















Gambar 3.3 jenis generator yang biasa digunakan untuk aplikasi mikrohidro
3.3.2 Generator Sinkron
Generator sinkron banyak digunakan pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik besar. Secara teknis, designnya telah mengalami penyempurnaan yang meningkatkan bertujuan untuk meningkatkan performansi, efisiensi dan perwatannya.
3.3.2.1 Prinsip kerja (type brushless)
Arus Searah (DC) yang mengalir pada kumparan rotor (bagian yang berputar) akan menciptakan medan magnet homogen, apabila rotor yang dihubungkan dengan as generator itu diputar dengan kecepatan konstan, maka pada kumparan stator (bagian yang tidak berputar) akan dibangkitkan tegangan AC.
Pada generator dengan eksitasi sendiri, arus DC untuk mensuplai rotor dibangkitkan melalui AVR (Automatic Voltage Regulator) dan exciter. Exciter sendiri pada dasarnya merupakan generator kecil yang menyatu dengan generator utama. Pada saat start, dimana stator generator utama belum bertegangan, arus DC dihasilkan oleh tegangan residu/sisa di AVR. Apabila rotor generator utama diputar, pada rotor generator exciter yang terletak satu poros dengan rotor generator utama akan berputar juga dan membangkitkan tegangan AC 3 Fasa. Tegangan AC 3 fasa ini disearahkan oleh jembatan diode sehingga menghasilkan arus searah untuk mensuplai rotor generator utama. Tegangan yang dibangkitkan pada stator generator sebanding dengan arus pada rotor generator utama.
Pada stator generator utama yang dihubungkan ke beban, tegangan akan berubah sesuai dengan besarnya beban. Untuk menjaga agar tegangan selalu konstan, AVR akan mengatur besar kecilnya arus yang harus di suplai ke rotor generator utama sesuai dengan perubahan beban yang terjadi.


Gambar 3.4. Wiring diagram brushless exciter



Gambar 3.5 Mekanisme kerja AVR dan exciter

Pada generator dengan sikat arang (brushes type) mengunakan metode exsitasi dengan thyristor, dimana arus DC disuplai melalui slip ring dari thyristor dengan trafo exsitasi. Karena pengunaan, konstruksi dan perawatannya yang rumit generator tipe ini jarang digunakan pada aplikasi mikrohidro.


Gambar 3.6 wiring diagram brush type exciter
3.3.3 Generator Asinkron (induksi)
Mesin induksi merupakan mesin arus bolak-balik (AC) yang paling luas digunakan. Penamaannya berdasarkan pada kenyataan bahwa arus motor rotor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, melainkan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
Generator asinkron (induksi) merupakan mesin induksi (motor) yang digunakan sebagai generator dengan bantuan eksitasi dari luar, baik dengan menggunakan kapasitor (isolated system) maupun terhubung dengan jala-jala PLN. Dari karakteristik kopel kecepatan, mesin induksi dapat dijadikan sebagai generator jika berada pada daerah rem sinkron lebih dan daerah rem arus lawan (nr>ns) dimana slip bernilai negative.
Gambar 3.7 Daerah operasi mesin Induksi
3.3.3.1 Prinsip kerja
Untuk memahami prinsip kerja generator asinkron, dapat dimulai dengan mengerti prinsip operasi mesin induksi sebagai motor.

Operasi sebagai Motor
Belitan stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa, akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns= 120f / p). medan magnet putar pada stator ini akan memotong batang konduktor pada rotor yang akan menginduksikan tegangan dan arus yang pada akhirnya akan menghasilkan torsi. Sesuai dengan hokum Lentz, rotor akan berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan kecepatan putaran rotor dengan kecepatan medan putar stator ini disebut slip.


Dimana ns = kecepatan sinkron (kecepatan medan putar stator)
nr = kecepatan rotor

mesin induksi (motor) tanpa beban slip-nya akan sangat kecil, lebih kecil dari 0.01 (1%). Untuk sebuah mesin dengan daya 1 kW. Slip beban penuh akan berkisar antara 0.05 (5%). Jadi bila beban bertambah, arus induksi pada rotor akan semakin besar, putaran rotor akan cenderung menurun sehingga slip akan semakin besar. Pada umumnya semakin besar mesin maka slipnya semakin kecil.

Rotor harus selalu berputar di bawah atau diatas kecepatan sinkronnya, jika tidak maka tak ada torsi yang dihasilkan. Kecepatan rotor dibawah kecepatan sinkronnya maka mesin beroperasi sebagai motor dan jika putaran rotor lebih besar dari kecepatan sinkronnya (nr>ns) slip akan bernilai negative dan mesin beroperasi sebagai generator.

Generator Induksi Tersambung dengan Jaringan (PLN)
Jika kumparan stator tersambung dengan jaringan tiga fasa, tetapi rotor diputar oleh penggerak dari luar (misal turbin air) diatas kecepatan sinkronnya (nr>ns) maka slip akan bernilai negative. Torsi akan disuplai ke rotor bukannya dari rotor (operasi sebagai motor) dan mesin akan beraksi sebagai generator dan mensuplai daya ke jaringan. Bagaimanapun, mesin masih mengambil arus magnetisasi dari jaringan untuk menghasilkan medan putar (daya reaktif). daya keluaran penuh yang dibangkitkan (full load power) dicapai pada slip yang sama dengan slip beban penuh sebagai motor tetapi dengan nilai negative.

Gambar 3.8 skematik diagram generator induksi tersambung dengan jaringan

Generator Induksi Beroperasi Sendiri (stand alone)
Prinsip kerjanya sama dengan generator tersambung dengan jaringan, tetapi dalam hal ini untuk keadaan dimana generator induksi beroperasi sendiri, maka arus magnetisasi diambil dari kapasitor. Oleh karena itu untuk mendapatkan tegangan operasi yang dikehendaki pada frekuensi yang diinginkan, jumlah kapasitor yang dipasang harus dipilih dengan hati-hati.

Untuk membangkitkan tegangan pada generator, harus ada remanensi magnet pada rotor. Remanensi magnet adalah magnetisasi awal yang ada pada besi rotor yang pada umumnya cukup untuk menghasilkan tegangan kecil, < 5 volt pada kecepatan sinkron tanpa tersambung pada kapasitor. Mungkin remanensi magnet tidak cukup, yang dapat disebabkan karena mesin digunakan untuk mensuplai daya resistif yang besar (mesin kolaps). Remanensi magnet tegantung pada jenis material (baja) yang digunakan pada rotor. Baja dengan bahan campuran cenderung memiliki tingkatan remanensi magnet yang rendah.

Jika tidak ada remanensi magnet yang cukup untuk mengeksitasi generator, tambah kecepatan generator, karena pada frekuensi yang lebih besar magnetisasi yang diperlukan untuk mengeksitasi akan lebih kecil. Pada kebanyakan kasus cara ini akan cukup untuk mengeksitasi generator. Bagaimanpun jika hal ini gagal, remanensi magnet dapat ditingkatkan dengan menyambungkan sebuah supla daya DC selama beberapa detik melalui dua terminal generator, sebelum menjalankan mesin sampai kecepatan yang dikehendaki. Suplai daya DC dapat berupa bateri mobil (aki) atau bateri kering biasa yang dihubung seri.



Gambar 3.9 konstruksi mesin induksi



Gambar 3.10 Bagian-bagian mesin induksi
3.3.3.2 Output satu fasa dari generator tiga fasa (C2C Connection)
Motor induksi satu fasa dapat digunakan sebagai generator, tetapi berdasarkan pengalaman masalah terjadi untuk mencapai eksitasi dan dalam menentukan ukuran dan penyambungan kapasitor yang dikehendaki. Apalagi, motor induksi satu fasa lebih mahal dari pada yang tiga fasa dan hanya tersedia dalam ukuran daya kecil. Untungya ada cara dimana mesin induksi tiga fasa dapat digunakan sebagai generator satu fasa yaitu dengan menggunakan sambungan C2C.
• Gunakan mesin induksi 3 fasa biasa (220/380 V) dan sambungkan dalam hubungan Delta
• Hitung kapsitansi per phasa (kapasitor yang dibutuhkan)
• Sebagai ganti menyambungkan “C” pada tiap pasa; tetapi sambungkan 2xC pada salah satu fasa, C pada fasa yang lain dan fasa ketiga tanpa kapasitor (C2C)

Gambar 3.11 C2C connection
3.3.3.3 Syarat Mesin Induksi Sebagai Generator
Ada beberapa hal yang perlu dipenuhi untuk dapat menggunakan mesin induksi sebagai generator, diantaranya adalah;
1. adanya daya input dari luar untuk memutar rotor.
Daya input ini dapat berupa apa saja, baik turbin air maupun motor bakar.
2. kecepatan putar rotor lebih besar dari kecepatan medan putar stator/kecepatan sinkronnya (nr>ns)
3. adanya sumber daya reaktif dari luar.
Untuk menjaga keberadaan medan magnet stator dibutuhkan sumber daya reaktif dari luar. Dapat berupa kapasitor maupun diambil dari jaringan (PLN).
4. adanya remanensi magnet.
Contoh
Sebuah motor induksi 7.5 kW, 50 Hz, 230/400 V, full load speed 1450 rpm, 4 kutub. Tentukan;
a. full load slip
b. pada kecepatan berapa mesin beroperasi sebagai generator
Jawab;
a. full load speed motor nr =1450 rpm
kecepatan sinkron
= 1500 rpm

= 0.033

b. karena slip full load pada saat beroperasi sebagi generator adalah sama dengan nilai slip motor tetapi negative, maka s = ­ 0.033
dengan meyusun persamaan diatas didapatkan :
maka
nr = 1500 (1 – { -0.033})
nr = 1550 rpm
3.3.4 Perbandingan Generator Sinkron dan Asinkron
Terlepas dari karakterisitik teknis dan non teknis, masing-masing generator memiliki kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya sebagai mesin konversi energi. Berikut perbandingan kelebihan dan kekurangan dari mesin –mesin tersebut

Item Generator Sinkron Generator Asinkron
Ketersediaan Biasanya perlu dipesan khusus dan untuk daya kecil sulit ditemukan dipasaran Mudah didapat pada hampir semua kategori daya
Konstruksi Cukup rumit, kadang dilengkapi dengan slip rings, diode dan rangkaian external Kompak dan simple.
Harga Untuk daya kecil <50 kW harganya lebih mahal dibanding daya yang sama untuk generator asinkron Harga relative murah tetapi kapasitor harus diganti setelah waktu tertentu (±2 tahun)
Perawatan Perawatan dilakukan pada field winding dan sikat arang/brush (jika ada) Perawatan dilakukan pada stator, pendinginan, tetapi tidak diperlukan untuk rotor type squirrel cage
Sinkronisasi Diperlukan synchronizer untuk parallel ke jaringan Tidak dibutuhkan alat sinkronisasi

Independensi Operasi Operasi independent memungkinkan operasi independent tidak memungkinkan, karena dibutuhkan exsitasi dari luar (jaringan atau kapasitor)

Penyesuaian Power Factor Operasi pada power factor yang dikehendaki memungkinkan disesuaikan dengan respon load factor Power factor ditentukan oleh output generator dan tidak dapat disesuaikan
Arus exsitasi Menggunakan exsitasi DC Diambil dari jaringan atau menggunakan kapasitor
Motor start (inductive load) Tahan terhadap arus start up motor Tidak tahan untuk arus starting yang besar (bisa kolaps dan kehilangan remanensi magnet )
Overspeed Tidak tahan terhadap overspeed (belitan bisa terbakar) jika terjadi lebih dari waktu tertentu 100 % kecepatan nominalnya masih tahan
Penyesuaian tegangan dan frekuensi Memungkinkan Tidak memungkinkan. Ditentukan oleh tegangan dan frekuensi suplai (kapasitor atau jaringan)
Efisiensi Efisiensi pada part maupun full load bagus >85% Efisiensi rendah <70%















Generator Sinkron Generator Asinkron
Gambar 3.12 Karakteristik tegangan Vs Arus beban Generator


Gambar 3.13 Analisa biaya generator sinkron dan asinkron+kapasitor
3.3.5 Pemilihan jenis generator dan power output
Tabel berikut dapat dijadikan sebagai acuan pemilihan generator untuk lokasi yang dipilih sesuai dengan spesfikasi teknik nya:

Daya terpasang s.d 10 kW 10 – 30 kW >30 kW
Tipe generator dan fasa Sinkron atau asinkron
1 atau 3 fasa Sinkron atau asinkron
3 fasa Sinkron

3 fasa

Untuk aplikasi mikrohidro dengan generator sinkron disarankan untuk digunakan tipe brushless, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi perawatan dan kompleksitas dari generator dengan brush.
Selain itu, ada beberapa factor yang mempengaruhi ukuran daya generator, diantaranya adalah temperature, ketinggian, factor koreksi dari electronic kontroler, dan power factor beban. Koefisien untuk faktor-faktor tersebut diberikan pada tabel dibawah;

Max. ambient temperature in oC 20 25 30 35 40 45 50 55
A Temperature Factor 1.10 1.08 1.06 1.03 1.00 0.96 0.92 0.88

Altitude 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
B Altitude Factor 1.00 0.96 0.93 0.90 0.86 0.83 0.80 0.77

C ELC Correction Factor 0.83*

D Power Factor When load is light bulbs only 1.0
When load includes tube light and other inductive loads 0.8

Table 1. Generator rating factor

Perhitungan untuk menentukan ukuran generator dilakukan berdasarkan rumusan berikut :
Power Output in kW
Generator KVA = ----------------------------- (generator sinkron)
A x B x C x D

Power Output in kW
Generator KVA = -----------------------------(generator Asinkron)
A x B

Setelah didapatkan nilai kVA generator, disarankan untuk ditambah safety factor 30% yang bertujuan untuk;

• Memungkinkan jika output turbin lebih besar dari yang direncanakan
• Jika motor besar (>10% daya generator) disuplai dari pembangkit, maka generator harus mampu menahan arus start.
• Ketika menggunakan ELC generator selalu beroperasi full load.
3.3.6 Kecepatan dan jumlah kutub generator
Kecepatan generator ditentukan dengan rumusan berikut;

Untuk generator sinkron

Dimana:
ns = kecepatan generator (rpm)
f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub

Untuk generator Asinkron

Dimana :
• ns = kecepatan sinkron (kecepatan medan putar stator)

• nr = kecepatan rotor (sebagai generator)
• s = slip

Catatan : nr yang digunakan dalam perhitungan slip adalah kecepatan rotor pada saat full load sebagai motor (diberikan supplier/pabrik). Lihat contoh perhitungan pada bagian Syarat Mesin Induksi Sebagai Generator diatas.

Untuk generator sinkron, kecepatan ditentukan oleh jumlah kutub dan frekuensi Semakin tinggi kecepatannya ukuran menjadi semakin kecil dan harganya juga lebih murah. Tabel berikut merupakan kecepatan standard untuk generator sinkron:

Kutub Putaran (rpm)
50 Hz 60 Hz
4 1,500 1,800
6 1,000 1,200
8 750 900
10 600 720
12 500 600
14 429 514
16 375 450
18 333 400
20 300 360
24 250 300

Table 2. kecepatan standar generator sinkron



Table 3. motor performance data yang biasa diberikan oleh pabrikan
3.4 Sistem Kontrol
sistem kontrol berfungsi untuk menyeimbangkan energi input dan energi output dengan cara mengatur input (flow) atau mengatur output (listrik), sehingga sistem akan seimbang. Dengan berubahnya beban terhadap waktu, peran sistem kontrol sangat penting untuk menjaga stabilitas sistem, terutama kualitas listrik yang dihasilkan oleh pembangkit (tegangan dan frekuensi).
3.4.1 Flow control
Flow control dapat diartikan sebagai pengaturan besarnya daya hidrolik (debit air) yang masuk ke turbin dengan mengatur bukaan katup turbin (guide vane).

Gambar 3.14 Typical sistem flow control pada system MHP (cross flow turbine)

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan flow control untuk sistem mikrohidro;
• Mengingat flow control cukup rumit dan mahal untuk aplikasi mikro hidro dengan daya kecil<100 kW, oleh karena itu penggunaan flow control umumnya dipakai pada pembangkit besar >100 kW.
• Perubahan beban konsumen relative kecil (stabil). Reaksi flow control terhadap perubahan beban relatif lambat sehingga akan terjadi shock pada generator ketika beban yang besar tiba tiba disambungkan, akibatnya putaran generator menurun sehingga tegangan dan frekuensi juga turun selama beberapa saat (<1 menit) sampai flow control bereaksi dan guide vane membuka sesuai dengan besarnya beban yang dipasang.
• Penstock memiliki ketahanan terhadap water hammer. Jika sebagian besar beban lepas atau semua beban lepas sama sekali maka actuator akan menutup guide vane turbine sehingga aliran tertahan dan membalik, tekanan air pada penstock akan meningkat secara dramastis (water hammer) sehingga sangat beresiko terhadap ketahanan penstock. Dalam hal ini perlu perhitungan yang sangat teliti dalam menetukan setting closing time flow control dan kekuatan penstock. Perlu diingat bahwa untuk turbin pelton dimana penghentian putaran turbin dilakukan dengan jet deflector yang mengalihkan/membelokan aliran untuk tidak menumbuk bucket runner (tidak menghentikan) maka dalam hal ini tidak ada efek water hammer pada penstock.
• Generator memiliki ketahanan terhadap runaway speed.
Jika beban lepas dan guide vane belum menutup penuh aliran air yang masuk, turbine pada keadaan full power dan putaran generator menjadi sangat cepat (runaway speed) keadaan ini sangat berbahaya bagi generator. Overspeed dengan kecepatan (n x Rated speed) selama waktu tertentu dan melebihi ketentuan dari manufacturer generator akan mengakibatkan belitan generator terbakar.
Generator jenis ini biasanya harus dipesan khusus atau menggunakan generator yang dikhususkan untuk aplikasi tenaga air. Generator untuk aplikasi system tenaga lain (diesel, uap dan gas) biasanya memiliki ketahanan rendah terhadap overspeed, karena mereka didesain untuk beroperasi pada kecepatan yang konstan.

Merupakan suatu kontradiksi untuk membuat closing time guide vane turbine (cross flow) antara cepat atau lambat, berikut diberikan gambaran mengenai dampak dari closing time cepat dan lambat;

Closing time Generator Penstock
Cepat Sangat dikehendaki untuk menghindari overspeed yang cukup lama Tidak dikehendaki sehubungan dengan efek watter hammer jika aliran pada penstock dihentikan seketika
Lambat Tidak dikehendaki,
Semakin lama guide vane menutup maka overspeed pada generator menjadi berbahaya Dikehendaki,
Mengurangi efek water hammer yang berlebihan

Berdasarkan kenyataan tersebut maka system flow control murni memerlukan perhitungan dan perencanaan yang sangat teliti untuk mentoleransi kondisi tersebut diatas. Adapun beberapa hal yang dapat dilakukan untuk mengatasi dan mengurangi akibat tersebut diatas adalah dengan;
1. menggunakan flywheel, sehingga pada saat beban bertambah dengan signifikan putaran akan reltif stabil. Disamping itu ketika beban tiba-tiba lepas putaran generator akan relative teredam dengan daya dari flywheel sehingga kondisi overspeed dapat diminimalisasi
2. sistem kombinasi antara flow control dengan load control
system ini utamanya bertujuan untuk menghindari keadaan overspeed generator pada saat terjadi pelepasan beban (load rejection) dan efek water hammer pada penstock akibat penutupan guide vane secara tiba-tiba. Pada saat terjadi pelepasan beban guide vane akan ditutup secara perlahan-lahan sehingga efek water hammer dapat diminimalisasi pada saat yang sama daya yang dihasilkan generator akan dipindahkan pada beban tiruan (ballast load) sehingga kecepatan generator akan stabil sampai turbin dan generator pada kondisi aman (berhenti)
3. menggunakan generator yang tahan terhadap overspeed maksimum yang dapat terjadi



Gambar 3.15 Blok diagram flow control (entec DTC-14)
3.4.2 Load Control
Ketika terjadi perubahan beban pada konsumen, misalnya pada malam hari (lebih dari jam 10 malam) dimana beban pembangkit berkurang secara signifikan maka keadaan seperti berikut ini akan terjadi (tanpa flow control);
a. Putaran generator akan naik karena daya hidrolik yang masuk tetap sama (jika pembangkit tidak menggunakan flow control)
b. Dengan naiknya putaran generator maka frekuensi dan tegangan juga akan naik (khususnya generator tanpa AVR). Keadaan ini dapat membahayakan peralatan listrik dan elektronik (lampu putus, peralatan elektronik terbakar)

Untuk mengatasi hal Ini selain dengan digunakannya flow control maka dapat juga digunakan load control. Load control pada dasarnya adalah suatu alat yang menyeimbangkan antara beban konsumen dengan daya input hidrolik, dimana digunakan ballast load sebagai kompensator sehingga frekuensi dan tegangan generator stabil tanpa merubah aliran yang masuk keturbin.

Daya Input = Daya konsumen + Daya ballast load

Perlu diingat bahwa load control (ballast) tidak dapat menambah output daya pembangkit!
3.4.2.1 Electronic Load Controller (ELC)
Pada generator sinkron biasanya telah dilengkapi dengan AVR (automatic Voltage Regulator) untuk menstabilkan tegangan generator pada saat beban berubah. ELC digunakan untuk mengontrol frekuensi generator sinkron pada range yang diharapkan, dengan cara membuat beban generator konstan, yaitu dengan membaginya antara beban dikonsumen dan beban di ballast load.
Gambar 3.16 Distribusi power pada ELC dengan thyristor sebagai electronic switch

ELC mengatur arus yang mengalir ke ballast load dengan menyesuaikan sudut fasa (phase angle) pada saat konduksi dimulai pada tiap siklus. Pada saat beban dikonsumen berkurang thyristor memotong gelombang tegangan dan mendistribusikannya ke ballast load, akibatnya gelombang tegangan mengalami distorsi sesuai dengan beban yang didistribusikan ke ballast load. Untuk peralatan elektronik yang sensitive terhadap distorsi tegangan, hal ini merupakan kondisi yang tidak diharapkan. Distorsi ini tidak dapat dihindari (belum ditemukan cara) tetapi dapat diminimalisasi dengan dua step ballast load dimana distorsi dapat di perkecil.



Gambar 3.17 Distorsi gelombang tegangan pada ELC
a. Tegangan line tanpa distrosi (sempurna), apabila menggunakan flow control
b. Tegangan line dengan load control satu step ballast
c. Tegangan line dengan load control dua step ballast (dua tahap)



Gambar 3.18 Sebuah ELC dan ballast load udara

Gambar 3.19 Single line diagram PLTMH dengan ELC
3.4.2.2 Induction Generator Controller (IGC)
Pada prinsipnya, IGC mempunyai prinsip kerja yang sama dengan ELC yaitu menyeimbangkan beban pada output generator antara beban konsumen dengan ballast load untuk menjaga output tetap konstan. Hanya saja IGC digunakan untuk Generaotr Asinkron (motor sebagai generator) dengan parameter yang di kontrol adalah Tegangan. Untuk eksitasi dan suplai daya reaktif digunakan rangkaian kapasitor (capasitor bank).
pemilihan ukuran kapasitor harus dilakukan dengan teliti untuk menjaga frekuensi dan tegangan output pada batasan yang di tentukan. Besarnya kapasitor yang disambungkan pada generator asinkron sangat menentukan frekuensi dan tegangan output. Adapun parameter yang diperhitungkan dalam menentukan ukuran kapasitor ddapatkan dari data generator yang diberikan manufacturer, seperti berikut ini:
• Daya motor (Rated Output power)
• Arus beban penuh (Full-load Current)
• Tegangan nominal (Rated Voltage)
• Power factor

Dengan rumus : ---- sehingga

Penyambungan kapasitor terhadap generator dapat dilakukan dengan beberapa kombinasi sebagai berikut;

(a)

(b)
Gambar 3.20 penyambungan kapasitor pada generator asinkron; a). star b). delta



Gambar 3.21 sebuah generator induksi dan IGC dengan rangkaian kapasitor (bagian atas)
3.5 Sistem Transmisi dan Distribusi
3.5.1 Umum
Pada umumnya lokasi power house sebuah MHP terletak cukup jauh dari pusat beban (konsumen). Oleh karena itu kebutuhan akan sistem transmisi dan distriubsi dalam hal ini akan diperlukan. System transmisi perlu direncanakan dengan baik untuk memenuhi kriteria teknis, keamanan dan aspek ekonomi. Adapaun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan system distribusi adalah sebagai berikut;
• Maksimum variasi tegangan yang diijinkan dari tegangan tanpa beban dan dan beban penuh
• Maksimum kehilangan daya yang diijinkan
• Proteksi dari petir dan kerusakan lain
• Stabilitas struktur dalam keadaan angina kencang (atau dalam temperature yang ekstrim; panas, hujan)
• Keamanan untuk manusia dan pekerjaan dekat dengan jaringan

Salah satu tujuan perencanaan sistem transmisi adalah menemukan ukuran konduktor yang sesuai, sehingga didapat kehilangan daya dan perkiraan biaya yang dibutuhkan.



Gambar 3.22 Typical sistem transmisi dan distribusi listrik pada sebuah MHP


3.5.2 Underground atau overhead
Jaringan overhead lebih banyak digunakan, karena dengan menggunakan udara sebagai isolasi kabel, kabel lebih murah serta biaya instalasi lebih sederhana dan mudah. Dibanyak negara berkembang kabel tanpa isolasi lebih banyak tersedia daripada kabel underground (bawah tanah).

Kabel tanpa isolasi lebih beresiko terhadap petir dan pohon yang tumbang. Daerah sepanjang jalur kabel harus bebas dari tumbuhan dan harus diperiksa secara periodik. Tiang listrik mungkin memiliki usia yang terbatas dan harus diganti mungkin sekitar 15 tahun sekali. Selain itu jaringan overhead kurang efisien daripada underground untuk ukuran konduktor yang ditentukan, hal ini karena jarak yang lebar antara konduktor meningkatkan kerugian induktif.

Kabel underground harus disolasi dengan baik dan terlindungi dari pergerakan tanah, penggalian tanah, bangunan baru, dll. Sekali dipasang, seharusnya jaringan harus bekerja tanpa perawatan sampai material isolasi rusak, biasanya lebih lama dari 50 tahun. Perhitungan untuk jaringan overhead dan underground pada dasarnya sama. Tetapi implikasi biaya dan perawatan harus benar-benar diperhatikan. Berdasarkan pengalaman dan beberapa aspek teknis serta ekonomis, untuk di Indonesia lebih baik dipakai jaringan overhead (udara).
3.5.3 Tegangan tinggi atau tegangan rendah
Untuk transmisi tegangan tinggi dimana digunakan trafo untuk menaikan tegangan (step-up) dan trafo untuk menurunkan tegangan (step-down). Dengan tegangan yang lebih besar arus yang mengalir dalam konduktor lebih kecil sehingga dapat digunakan konduktor yang lebih kecil dimana harga akan lebih murah. Harga yang lebih murah untuk konduktor berlawanan dengan harga dua trafo yang dibutuhkan, satu pada awal jalur transmisi dan satu pada akhir jalur transmisi. Biaya dengan sistem tegangan tinggi tidak hanya trafo tapi juga perawatan trafo (pengecekan isolasi dan penggantian oli). Selain itu isolasi yang lebih mahal dibutuhkan untuk penempatan kabel pada penyangga tiang (support poles). Sebaliknya transmisi tegangan rendah tanpa trafo lebih mudah dibuat dan dirawat oleh masyarakat lokal.

Pada umumnya ditemukan bahwa jaringan transmisi tegangan rendah lebih ekonomis dari pada tegangan tinggi untuk jalur transmisi kurang dari 2 km. pada umumnya karena sistem yang jauh lebih sederhana, sistem tegangan rendah (LV) lebih dipilih bahkan untuk jarak yang lebih besar dari 2 km. bahayanya dengan jarak yang panjang adalah tegangan yang rendah pada ujung konduktor (voltage drop) untuk menghindari hal ini biasanya digunakan kabel yang lebih besar.
3.5.4 Pemilihan rute transmisi dan distribusi
Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam sistem transmisi dan distribusi listrik adalah penempatan jalur jaringan. Hal ini sangat penting untuk memastikan operasional secara teknis dan non teknisnya terutama faktor keamanan bagi lingkungan. Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penempatan jalur transmisi adalah sebagai berikut;
1. jalur transmisi terletak pada lokasi yang mudah untuk diakses sehingga memudahkan dalam pengawasan dan pemeliharaan. Biasanya jalur yang dipilih adalah sepanjang jalan raya dimana mobilitas bisa lebih mudah dilakukan.
2. ditempatkan pada lokasi tanah yang kokoh dan relative stabil. Kondisi tanah yang labil beresiko pada stabilitas tiang penyangga (pole).
3. legalitas dan pembebasan lahan yang digunakan jalur transmisi tidak mengalami masalah. Ada sebagian penduduk yang tanahnya tidak mau dilewati jaringan listrik dengan alasan keamanan dan ekonomi (pertanian, perkebunan, dll), oleh karena itu sebaiknya sosialisasi dan kompensasi harus dilakukan jika terjadi konflik mengenai lahan yang digunakan
4. tempatkan jalur transmisi dengan jarak yang aman dengan gedung dan pohon. Masalah yang cukup banyak terjadi adalah jaringan transmisi yang tertimpa pohon dan kecelakaan yang terjadi pada gedung yang dekat dengan kabel jaringan yang umunya telanjang. Oleh karena itu pengawasan dan antisipasi akan hal ini harus diperhatikan terutama karena menyangkut keselamatan nyawa manusia.
5. pilih jalur yang paling pendek. Hal ini menyangkut alasan ekonomi dan teknis dimana dengan jalur yang panjang akan dibutuhkan kabel yang lebih panjang dan tiang yang lebih banyak. Selain hal itu dengan semakin panjangnya jaringan kehilangan daya dan penurunan tegangan (voltage drop) akan lebih besar.
6. jangan tempatkan tiang listrik pada sisi bukit atau bidang yang miring. Hal ini dilakukan untuk mencegah bahaya longsor yang dapat merusak jaringan transmisi

Gambar 3.23 hindari penempatan tiang listrik dekat dengan bukit atau bidang miring

7. Minimalkan belokan pada jaringan transmisi. Pada kondisi dimana konduktor mengalami perubahan dari lurus menjadi berbelok, maka akan ada gaya menyamping (lateral force) pada tiang yang cenderung akan membuat miring. Oleh karena itu akan dibutuhkan struktur penguat tiang (guy & anchor), yang pada akhirnya menambah biaya dan pekerjaan.
3.5.5 Konduktor
Merupakan suatu fakta bahwa arus akan lebih mudah mengalir pada penampang yang lebih besar, dimana resistansinya lebih kecil.



Gambar 3.24 aliran arus pada penampang konduktor
Untuk keperluan transmisi dan distribusi listrik ada dua material yang umumnya digunakan yaitu; aluminium dan tembaga. Berikut perbandingan antara dua jenis bahan konduktor tersebut.

Item Tembaga Aluminium
Kekuatan Lebih kuat Relative mudah putus, kekuatannya 75% dari konduktor tembaga
Hantaran arus Bagus, resistansi lebih kecil Kurang, untuk nilai resistansi yang sama, ukurannya lebih besar 1.6 kali konduktor tembaga
Berat Lebih berat Ringan, sama dengan 55% berat tembaga untuk ukuran yang sama
Harga Lebih mahal murah

Dalam aplikasi sistem transmisi saat ini banyak digunakan konduktor campuran yaitu Alluminium Conductor Steel Reinforced (ACSR). Konduktor jenis ini dari segi biaya lebih murah, selain itu daya tariknya lebih kuat dari pada konduktor murni aluminium. Jenis lain konduktor dari bahan aluminium yang juga sering digunakan adalah AAAC (all aluminium alloy conductor) dan AAC (all aluminium conductor) yang mempunyai ketahanan tarikan dan karakterisitik bahan yang berbeda.
3.5.5.1 Menentukan ukuran konduktor
Konduktor dapat merupakan salah satu komponen biaya yang tinggi dalam sistem transmisi energi listrik. Pemilihan ukuran konduktor dilakukan untuk meminimalisaisi biaya yang dibutuhkan dan kehilangan daya yang diakibatkannya. Biaya besar yang seharusnya tidak diperlukan dapat terjadi dengan pemilihan konduktor yang terlalu besar, apalagi dengan konduktor yang lebih besar akan lebih berat dan struktur penyangga juga harus lebih kuat yang pada akhirnya manambah pekerjaan dan biaya.
Dalam menentukan ukuran konduktor harus diperhatikan besarnya daya yang dibawa, perkiraan peningkatan beban, voltage drop, kekuatan mekanik, dan kehilangan daya.



Table 4. spesfikasi dan karakteristik konduktor ACSR (sumber:www.sural.com)



Gambar 3.25 Ukuran kabel (AWG) dan kapasitas arusnya
3.5.5.2 Kelendutan konduktor (sag)
Dalam pemasangan konduktor, harus dinerikan regangan/kelendutan konduktor dengan memperhatikan kekuatan tarikan maksimum bahan konduktor yang diijinkan dan tarikan pada strukutur penyangga, beban angin pada konduktor, dll. Selain itu kelendutan juga bertujuan untuk menjaga jarak yang aman antara konduktor dengan permukaan tanah. Berdasarkan kriteria desain mekanikal maka dapat dihitung;
• Lendutan minimum, yaitu besar lendutan berdasar gaya tarik maksimum, yaitu sebesar 25% kekuatan putus dari masegger (faktor keamanan sebesar 4) pada 20oC ditambah gaya angin maksimum
• Lendutan maksimum, yaitu besar lendutan pada kenaikan suhu 50oC, diperhitungkan dari lendutan pada gaya tarik mula sebesar gaya tarik maksimum pada 20oC ditambah gaya angin maksimum
• Lendutan desain, adalah lendutan yang dilaksanakan dalam pemasangan jaringan, yaitu sebesar lendutan pada suhu 35oC (suhu udara), diperhitungkan dari gaya tarik mula, sebesar gaya tarik maksimum pada 20oC ditambah gaya angin maksimum.



Gambar 3.26 Kelendutan (Sag) dan komponen yang berhubungan

Nilai tarikan maksimum konduktor dapat diperoleh dari pabrikan pembuat kabel berdasarkan material dan diameter kabel yang digunakan, adapun kelendutan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:

Dimana:
S = kelendutan (sag) (m)
Wc = berat konduktor tiap unit panjang (kg/m atau N/m)
Ls = span - jarak bentang antara tiang (m)
H = gaya horizontal pada tiang (kg atau N harus sama dengan yang digunakan dalam berat konduktor – ini biasanya equal dengan tegangan pada konduktor)
3.5.5.3 Ruang bebas penghantar
Jarak antara penghantar minimum dengan tanah (public right of way) harus memenuhi kriteria yang disyaratkan untuk menjaga keselamatan manusia dan jaringan itu sendiri. Jarak vertikal antara penghantar dengan tanah pada kondisi kelendutan maksimum pada 35oC untuk jarak bentang (span) kurang dari 100 m adalah ditentukan sebagai berikut:


Lokasi dan persilangan Tegangan
Kawat tarik atau netral dibumikan Jaringan sekunder 230/400 V Jaringan primer 20/11,6 kV
H. telanjang H. berisolasi
Sawah
Kebun
Halaman 3 m 4 m 3 m 5 m
Jalan raya
Negara/prop. 5 m 5 m 5 m 5 m
Jalan raya lainnya
4 m 5 m 4 m 5 m
Lorong/gang
Jalan masuk
Rumah tinggal 3 m 4 m 3 m 5 m
Jalan kereta api
(bukan listrik) 6 m 6 m 6 m 7 m
Diatas bangunan
Tidak bisa dilewati orang
bisa dilewati orang
0, 40 m

1, 25 m
1,25 m

2,50 m
0, 40 m

1, 25 m
2, 50 m

3,00m
Perkawatan pada tiang atau trafo tiang 3 m 4 m 3 m 5 m
Sumber ; SNI 04-1926-1990
Table 5. jarak bebas vertical konduktor dengan permukaan tanah

Persilangan dengan Kawat tarik JTR dan SR
230/400 V SUTM
11,6/20 kV
Kawat atau kabel komunikasi
1,0 m 1,0 m 2,0 m
Kawat tarik JTR/SR
1,0 m 1,0 m 1,25 m
SUTM
Tidak diizinkan Tidak diizinkan 1,25 m

Table 6. jarak-jarak persilangan penghantar dengan jaringan lain

Jarak-jarak horizontal antara

Kawat tarik, JTR, SR dengan bangunan
1, 50 m
SUTM (11,6/20 kV) dengan bangunan
3,00 m
Tiang dengan rel kereta api (sumbu)
3,75 m
SUTR dengan jaringan telekomunikasi
1,00 m
SKTR denga jaringan telekomunikasi
1,00 m
SUTM denga jaringan telekomunikasi
3,00 m
Table 7. Jarak – jarak horizontal penghantar
3.5.5.4 Jarak antara konduktor (spacing)
Ruang bebas vertical antara konduktor 20 kV telanjang dan konduktor LV berisolasi. 0. 8 m
Ruang bebas antara dua fasa konduktorz 20 kV telanjang
0. 8 m
Ruang bebas vertical antara konduktor 20 kV telanjang
1.0 m
Ruang bebas antara konduktor LV tegangan rendah 0.2 m
Table 8. jarak antara konduktor
Untuk aluminium konduktor dengan penyusunan horizontal atau triangular, jarak antara konduktor (spacing) dapat di hitung dengan rumus;

Dimana :
Spacing : jarak antara konduktor (m)
d : kelonggaran /sag (m)
V : tegangan (V)
3.5.6 Tiang Listrik (poles)
3.5.6.1 Jenis material
Tiang listrik merupakan salah satu hal yang penting dalam sistem transmisi daya listrik, peranannya sangat penting dalam menyangga konduktor dan aksesorinya untuk tetap tegak diatas permukaan tanah. Pemilihan jenis dan ukuran tiang sangat ditentukan oleh jenis dan berat konduktor, ketegangan konduktor dan keadaan lokasi penempatannya (angin, tanah). Telah dijelaskan pada awal bagian ini, mengenai pemilihan lokasi jalur transmisi dan distribusi yang disarankan.
Tiang kayu
• Lebih ringan, mudah didapatkan dan lebih mudah dalam penanganannya dilapangan.
• Tidak mudah patah pada saat transportasi
• Harganya murah, mudah diganti dan bisa dibuat oleh penduduk lokal
• Digunakan biasanya untuk system transmisi tegangan rendah <1 kV
• Disarankan untuk menggunakan kayu dengan struktur yang kuat dari jenis pohon tertentu (mahoni, jati, meranti, dll)
• Dengan kayu dan perawatan yang bagus umurnya bisa sampai 8 tahun bahkan lebih

Panjang Min. (m) 6.0 7.0 8.0 8.5 9.0
Maximum span (m) 35 35 35 35 35
Panjang dikubur (m) 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0
Min. top diameter (mm) 125 140 150 175 175
Min. ground clearance (m) 4.0 4.6 5.5 5.8 6.1

Table 9. Spesifikasi tiang listrik kayu
Tiang Besi / Stell
• Digunakan pada lokasi dimana akses dengan kendaraan berat memungkinkan
• Lebih kuat dan tahan lama
• Biasanya digunakan untuk transmisi tegangan menengah ≤ 20 kV
• Pada kondisi tahan yang bergaram dan berair mudah terkena korosi
• Pada kondisi lingkungan yang stabil, ketahanannya bisa lebih dari 20 tahun
• Harganya cukup mahal


Tiang Beton / concrete
• Strukturnya berat, sehingga hanya cocok digunakan pada lokasi dimana transportasi dan penanganannya dengan kendaraan mudah
• Mudah patah dan retak
• Jarang digunakan dalam aplikasi listrik pedesaan, biasanya digunakan untuk tegangan menengah ≥20 kV
a b c
Gambar 3.27 material tiang listrik /poles (a. kayu, b. besi, c. beton )
3.5.6.2 Tinggi tiang listrik
Tinggi tiang ditentukan oleh persyaratan dan pertimbangan berikut
1. ruang bebas antara konduktor dengan permukaan tanah (ground clearance)
2. kedalaman tiang ditanam dalam tanah untuk memastikan kestabilan struktur
3. kelonggaran (sag) konduktor yang dikehendaki dalam batasan ketegangan yang ditentukan dan range temperature lingkungan.
4. jarak minimum antara konduktor




Gambar 3.28 faktor yang menentukan tinggi tiang


catatan:
• tiang ditanam dalam tanah dengan kedalaman diperhitungkan sebesar 0,6 m + 10% dari panjang tiang
• pada tanah yang berlumpur/tidak stabil ujung tiang yang ditanam harus diperkuat dengan batang tambahan menyilang
• panjang tiang standar yang biasa digunakan tersedia dari ukuran 7 m, 8m, 9 m, dan 10 m atau lebih.
3.5.6.3 Jarak bentang tiang (span)
Jarak bentang antara tiang dipengaruhi oleh batasan maksimum kekuatan tarik kabel (sag) dan batas minimum jarak konduktor dari tanah. Pada umumnya ketentuan berikut berlaku :
Max. 80 m untuk area jauh dari pemukiman, lahan terbuka atau sawah
Max. 50 m untuk daerah pemukiman
Span bisa juga lebih kecil (≈ 30 m) pada kondisi topograpi perbukitan, tanah yang bergelombang dan tebing curam.
3.5.6.4 Penyangga tiang (guy wire)
Guy wire dibutuhkan untuk menstabilkan dan menyeimbangkan tiang dari beban-beban yang menimpanya. Beban tersebut dapat berupa;
a. beban vertikal
beban berat tiang, berat konduktor, beban tegangan kabel, dll
b. beban longitudinal
tekanan angin pada tiang, ketidakseimbangan jarak antara tiang
c. beban lateral
tekanan angin pada kabel, beban pada lintasan yang menyamping/berbelok.

Gambar 3.29 instalasi guy wire pada tiang listrik
3.5.7 Transformator
Jika sistem transmisi tegangan menengah (5 kV atau 20 kV) diharuskan dengan alasan jarak beban yang jauh, kapasitas pembangkit, voltage drop, power losses, dll. Step-up dan step-down transfomator harus dipasang. Ste-up dipasang dekat dengan rumah pembangkit (di dalam atau di luar) dan step down dipasang pada pusat beban. Adapun beberapa kriteria penempatan transformer adalah;
• Mudah diakses, sehingga memudahkan dalam pemasangan, penggantian dan perawatan
• Jarak yang aman dengan pohon dan gedung
• Jika dipasang pada tiang, tempatnya memungkinkan dan mudah dalam instalasi
• Jika dipasang pada tanah tidak ada masalah dengan penggunan lahan


a b
Gambar 3.30 penempatan dan jenis transformator
a. step-up transfomer – dekat power house
b. step-down transformer – dekat pusat beban
3.5.7.1 Tipe transfomator
Trafo yang digunakan harus sesuai dengan klasifikasi yang dikehendaki, adapun beberapa tipe yang biasa digunakan berdasarkan tipe isolasi pendingin adalah;
• Oil immersed transformer : sistem pendingin menggunakan oli, tipe ini umum digunakan dan harganya murah
• Dry transformer : winding diisolasi dengan epoxy (class H), jarang digunakan dan harganya lebih mahal.
Ada beberapa kemungkinan hubungan winding transformer yaitu :
1. Δ to Δ : penggunaan dalam bidang industri
2. Δ to Y : paling banyak digunakan pada bidang komersial dan industri (trafo distribusi)
3. Y to Δ : transmisi tegangan tinggi (step-up)
4. Y to Y : jarang digunakan sehubungan dengan gangguan harmonik dan masalah kesimbangan


a b

Gambar 3.31 konfigurasi belitan transformator; a. Y to Δ dan b. Δ to Y
3.5.7.2 Kapasitas dan pemilihan transformer
Kapasitas transformator minimum adalah 125% dari kapasitas generator yang dipasang. Pembebanan sebesar 100% kapasitas masih memungkinkan tetapi jika berlangsung dalam jangka waktu panjang akan berakibat pada pemanasan pada belitan koil dan menurunkan usia pakai trafo. Pembebanan berlebih (overload) selama waktu yang lama merupakan kondisi berbahaya, temperature trafo akan sangat tinggi dan sistem pendingin tidak mampu mengatasinya, akibatnya kemungkinan trafo meledak menjadi cukup besar.
Kapasitas trafo ukuran kecil yang tersedia dipasaran sesuai dengan standar adalah 5 kVA, 10 kVA, 16 kVA, 25 kVA, 50 kVA, 100 kVA dst. Pemasangan trafo juga harus memperkirakan pertumbuhan beban yang akan terjadi.

Analisa dan ketelitian harus dilakukan sebelum memilih tipe trafo yang akan dibeli. Ada beberapa spesifikasi teknik yang memungkinkan kesalahan dan akhirnya tidak sesuai dengan karakterisitik yang diharapkan, seperti kesesuainnya dengan konfigurasi generator, kontrol sistem, sistem beban, dll) oleh karena itu sebelum memesan transfomator baiknya berkonsultasi dengan ahli yang berpengalaman.



Gambar 3.32 contoh spesifikasi transformator - 450 kVA (sumber : PT. Asata Utama – Starlite)
3.5.8 Instalasi konsumen
3.5.8.1 Service Connection
Service connection terdiri dari dua komponen, yaitu;
• Service drop. Biasanya terdiri dari 2 buah konduktor (fasa dan netral) beserta aksesori penyambungan dan pengambilan kabel dari tiang. Jenis dan ukuran konduktor yang umumnya digunakan adalah kabel pilin berisolasi (twisted insulated cable) Aluminium 2x10 mm2 atau lebih besar.
• Service enterance. Terdiri dari beberapa komponen dan alat yang digunakan untuk mengambil listrik dari service drop sampai instalasi rumah. Meter listrik dan MCB merupakan salah satu komponen pokok service enterance.



Gambar 3.33 komponen dasar pengambilan listrik dari jaringan distribusi menuju pelanggan



Gambar 3.34 detail penyambungan service connection ke konsumen
3.5.8.2 Instalasi rumah
Sesuai dengan standard instalasi dan sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan (ISRLP) yang dikeluarkan pemerintah, ada beberapa ketentuan yang harus diperhatikan diantaranya;
3.5.8.2.1 Cara pemasangan:
1. ISRLP dilengkapi dengan gambar garis tunggal (single line diagram) mengenai instalasinya
2. ISRLP dipasang oleh pelaksana/tukang instalasi listrik yang telah mahir dan disyahkan oleh instansi yang bertanggung jawab
3. instalasi dipasang di dalam atau pada permukaan dinding atau bagian bangunan lainnya yang cukup kokoh dan tidak mudah terbakar
4. instalasi dipasang dengan isolasi penuh dari bahaya sentuhan
5. perlengkapan hubung bagi (PHB) yang digunakan harus jenis tertutup dengan kotak dari bahan yang tidak mudah terbakar
6. instalasi harus menggunakan system perlindungan/pengaman terhadap tegangan sentuh
7. sebagai penghantar digunakan kabel tembaga berisolasi ganda dengan penampang inti minimum 1,5 mm2
8. kabel dicabangkan dalam kotak percabangan dengan cara penyambungan yang baik (dipuntir/dipilin dan diisolasi)
3.5.8.2.2 Titik beban
Untuk setiap grup, jumlah titik lampu yang diperkenankan maksimum 5 buah dengan kotak kontak biasa (KKB) dua buah
3.5.8.2.3 Pembumian
1. Pembumian dilaksanakan dengan memasang elektroda pembumian yang dihubungkan secara langsung dengan penghantar netral dan penghantar pengaman pada perlengkapan hubung bagi (PHB)
2. kawat penghubung elektroda terbuat dari bahan tembaga dengan penampang minimum 6 mm2
3. elektroda pembumian terbuat sekurang-kurangnya dari bahan galvanis dengan diameter 25 mm serta panjang yang tertanam sekurang-kurangnya 1,5 meter vertikal
3.5.8.2.4 Sambungan rumah
Rentang sambungan rumah ditentukan berdasarkan ketentuan pada tabel berikut;

Penampang SR SR dari tiang atap ke tiang atap SR dari tiang JTR ketiang atap menyebrang jalan SR dari tiang JTR langsung ke rumah menyebrang* jalan desa
Mm2 a T S
m daN m a T S
m daN m a T S
m daN m

10

16

25

40 38 0,78

35 42 0,84

35 63 0,84
58 38 1,66

47 42 1,49

47 63 1,49
49 38 1,18

40 42 1,11

40 63 1,11

Table 10. rentang sambungan rumah
Dimana : a : panjang rentang
S : kelendutan/sag
T : tarikan
SR : sambungan rumah
JTR : jaringan tegangan rendah


Dengan asumsi
Gaya angin : 40 daN/m2
Kekuatan tiang atap rumah : 75 daN
faktor bentuk kabel terhadap angina : 0,6
suhu ruang : 38oC

* lebar jalan desa 6 m dengan trotoar kiri kanan 1 m
jarak bebas diatas jalan 4 m

syarat-syarat sambungan rumah adalah;
1. sambungan rumah dari kabel berinti dua yang berisolasi dan mempunyai kemampuan untuk direntang atau dipasang dengan kawat perentang
2. bahan isolasi untuk SRLP harus tahan cuaca/sinar matahari daerah tropis
3. cara pemasangan dan gaya tarik penghantar harus baik dan aman
4. panjang rentang SRLP maksimum 45 meter dengan memperhitungkan kekuatan tarik SRLP-nya
5. tinggi sambungan rumah/bangunan listrik perdesaan minimum 3 meter dari permukaan tanah
6. satu sambungan (SRLP) dapat dibebani secara berantai/seri sebagai berikut;
- sambungan rumah disadap dari JTR. Dalam hal ini tegangan jatuh maksimum 2% dari titik penyadapan sampai konsumen paling ujung
- sambungan rumah disadap langsung dari trafo distribusi. Tegangan jatuh maksimum adalah sebesar 12% dari titik penyadapan terminal tegangan rendah trafo sampai konsumen paling ujung.
7. penampang, panjang dan jumlah sambungan yang dilayani SRLP ditentukan seperti table dibawah ini;

Beban tersambung rata-rata konsumen
(VA) Penampang kabel pilin/twisted AAAC
mm2 Jumlah sambungan maksimum

S < 450 10 7
450 < S < 800 16 7

Table 11. sambungan rumah yang disadap dari JTR dengan tegangan jatuh 2%
Beban tersambung rata-rata konsumen
(VA) Penampang kabel pilin/twisted AAAC
mm2 Jumlah sambungan maksimum

S < 450 10 15
450 < S < 850 16 15
850 < S < 1300 25 15

Table 12. sambungan rumah yang disadap dari trafo dengan tegangan jatuh 12%


Gambar 3.35 tipikal instalasi rumah konsumen PLTMH 55/110 VA