ANALISIS PEMBAGIAN BEBAN GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) PANGKALAN SUSU 2 X 200 MW

Transkripsi

1 ANALISIS PEMBAGIAN BEBAN GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) PANGKALAN SUSU 2 X 200 MW LAPORAN TUGAS AKHIR Ditulis untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Oleh RIKA WIDYA PRATIWI NIM : JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga laporan tugas akhir ini selesai tepat pada waktunya. Laporan tugas akhir ini berjudul Analisis Pembagian Beban Generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pangkalan Susu 2 x 200 MW. Laporan ini dimaksud sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Laporan tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil pengamatan dan pengambilan data langsung di PLTU Pangkalan Susu dan juga dari beberapa buku referensi. Dalam proses analisa ini, dibutuhkan beberapa data penunjang baik berupa data spesifikasi maupun data operasi. Tentunya rangkaian ucapan terima kasih penulis haturkan teristimewa untuk kedua orangtua penulis, ayahanda dan ibunda tercinta, Edi Saputra dan Nuryani yang telah banyak memberi semangat, dukungan, doa, nasehat, moril, dan materil yang tiada pernah surut sedikit pun kepada penulis sehingga laporan tugas akhir ini bisa terselesaikan. Dalam penulisan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan hambatan dan tantangan, namun berkat bantuan dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini pula penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi; 4. Ir. Silmi, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan, saran dan ide kepada penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini; 5. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku wali kelas EN-6B; vi

3 6. Bapak Effendi, Bapak Guslin, Bapak Sandi, Bapak Prima, Bapak Mirwan, Bapak Fandi dan seluruh staff lapangan PLTU Pangkalan Susu atas bantuannya dalam pengambilan data generator di PLTU Pangkalan Susu; 7. Seluruh dosen pengajar dan staff pegawai di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi, penulis ucapkan terima kasih atas semua bimbingan, nasehat, serta didikan yang diberikan kepada penulis selama tiga tahun mengenyam pendidikan di Politeknik Negeri Medan; 8. Saudara kandung penulis yaitu adik penulis, Cindy Triamanda Wardani dan Yunda Miranda Putri yang telah banyak memberi dukungan dan doa yang tiada pernah surut sedikit pun kepada penulis; 9. Kakek dan nenek penulis, Suyitno dan Sukatik serta seluruh keluarga yang telah memberikan pengertian, nasehat, dukungan dan moril kepada penulis; 10. Keluarga besar energi EN-6B terima kasih untuk kebersamaannya selama 3 tahun ini, susah, senang, konflik sudah kita lalui bersama-sama, sukses harga mati untuk kita semua!; Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih kurang sempurna dari segi sistematika maupun referensi, disebabkan keterbatasan waktu, pengetahuan, dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbangkan saran, ide, dan kritikan yang bersifat membangun kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya. Medan, Agustus 2016 Hormat penulis, Rika Widya Pratiwi NIM: vii

4 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi INTISARI... xii ABSTRACT... xiii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 2 C. Tujuan... 2 D. Manfaat... 2 E. Batasan Masalah... 3 F. Metode Pengumpulan Data... 3 BAB II PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP A. Prinsip Kerja PLTU... 5 B. Keunggulan dan Kekurangan PLTU... 6 C. Bagian-Bagian PLTU Boiler Turbin Uap Kondensor Generator... 9 BAB III GENERATOR PADA PLTU PANGKALAN SUSU A. Generator Sinkron viii

5 B. Konstruksi Generator Sinkron Stator Rotor C. Prinsip Kerja Generator Sinkron dan Exciter Generator Sinkron Exciter D. Generator Tanpa Beban E. Generator Berbeban F. Sistem Eksitasi pada Generator Sinkron Sistem Eksitasi Menggunakan Sikat a. Sistem Eksitasi Statis b. Sistem Eksitasi Dinamis Sistem Eksitasi Sikat (Brushless Excitation) G. Efek Pengaturan Arus Eksitasi H. Faktor Daya Pengertian Daya a. Daya Semu b. Daya Aktif c. Daya Reaktif I. Sinkronisasi Generator J. Sistem Kerja Paralel Generator K. Pembagian Beban Generator L. Alat Pembagi Beban Sistem Rangkaian Pembagi Beban Prinsip Alat Pembagian Beban Generator Instalasi Teknis Alat Pembagi Beban BAB IV ANALISA PERHITUNGAN DAYA AKTIF DAN REAKTIF A. Data Generator di PLTU Pangkalan Susu B. Beban Harian di PLTU Pangkalan Susu C. Menghitung Daya Aktif dan Reaktif dari Dua Generator ix

6 1. Data Spesifikasi Perhitungan Data Logsheet Harian BAB V PENUTUP A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

7 DAFTAR GAMBAR No. Judul Gambar Halaman 1. Proses Konversi Energi pada PLTU Siklus Fluida Kerja Sederhana pada PLTU Boiler Turbin Uap Kondensor Sistem Pembangkitan Generator Sinkron Kumparan 3 Fasa Generator Sinkron Konstruksi Stator Konstruksi Rotor Rotor Kutub Menonjol Rotor Kutub Silindris (a) Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban (b) Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tanpa Beban Rangkaian Generator Sinkron Berbeban Hubungan Berbagai Kondisi Beban Terhadap Arus dan Tegangan Sistem Eksitasi Statis Sistem Eksitasi Dinamis Brushless Excitation Segitiga Daya Generator yang Terhubung Paralel Efek Pengaturan Diagram Phasor Akibat Efek Pengubahan Penguatan Diagram Rumah Jika Arus Eksitasi Dinaikkan Diagram Rumah Jika Arus Eksitasi Diturunkan Segitiga Daya Diagram Sederhana Proses Sinkronisasi Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Terang Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Gelap Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Gelap Terang Kondisi Lampu Sinkronisasi pada Urutan Phasa Karakteristik Generator pada Saat Bekerja Paralel Diagram Daya Aktif dan Reaktif Rangkaian Generator Paralel yang Berbeban Penggunaan Alat Pembagi Beban Instalasi Teknis Alat Pembagi Beban xi

8 INTISARI Ada dua unit generator yang ada di PLTU Pangkalan Susu. Tipe yang digunakan adalah Steam Turbo Generator CO.,LTD. Dari data spesifikasi, daya aktif yang dihasilkan sebesar 219,983 MW dengan tegangan sebesar V dan arus sebesar 9487 A serta daya reaktif sebesar 136,3357 MVAR menghasilkan daya aktif total sebesar 439,96589 MW dan daya reaktif total sebesar 272,6714 MVAR. Dari data operasinal beban harian dikelompokkan kedalam dua jenis yaitu : pembagian daya aktif total dan daya reaktif total. Pada malam hari, daya aktif yang digunakan lebih besar karena beban puncak sebesar 186,466 MW dimana daya ini yang disuplai oleh generator ke trafo untuk didistribusikan. Kata kunci: Generator, Pembagian Beban, Daya Aktif, Daya Reaktif. xii

9 ABSTRACT There are two unit generators in Electric Steam Power Plant Pangkalan Susu. The type is Steam Turbo Generator CO.,LTD. From the data spesification, the active power is MW with a voltage of V and a current of 9487 A and reactive power by 136,3357 MVAR produce active power total for 439,96589 MW and reactive power total for 272,6714 MVAR. From the logsheet daily load grouped into two types : total active power and total reactive power. At night, the active power used is greater because the peak load of 186,466 MW where power is supplied by the generatorto the transformer for distribution. Keywords: Generator, Load Sharing, Active Power, Reactive Power. xiii

10 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Dengan adanya listrik, dapat meringankan segala pekerjaan manusia. Seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan tingkat populasi penduduk di Indonesia yang semakin tinggi dari tahun ke tahun maka kebutuhan akan energi listrik juga akan semakin tinggi. Karena energi listrik dapat dengan mudah dibangkitkan, ditransmisikan, dan didistribusikan melalui bentuk konversi energi dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lainnya. Oleh karena itu banyak upaya yang telah dilakukan oleh pemerintah untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut. Salah satunya membangun pembangkit listrik tenaga uap. Suatu pembangkit listrik tenaga uap tidak hanya didukung oleh sistem operasi saja, tetapi juga tergantung pada sistem pengontrolan dan sistem proteksi pada pembangkit itu sendiri. Tujuan dari sistem pengontrolan pada pembangkit listrik tenaga uap adalah untuk mengontrol agar setiap peralatan yang digunakan pada pembangkit dapat bekerja secara maksimal mulai dari pengontrolan sistem pembangkit sampai ke beban dan sistem proteksi memiliki tujuan untuk mengamankan segala peralatan yang ada pada pembangkit dari gangguangangguan yang mungkin saja bisa terjadi selama pengoperasian berlangsung. Alat yang digunakan untuk mengatur kerja generator yaitu governor engine. Governor engine adalah mesin pengatur yang berfungsi untuk mengontrol kerja dari generator, dimana tujuannya untuk mempertahankan kondisi kerja dari generator dengan mengatru parameter-parameter yang ada di dalamnya seperti frekuensi dan tegangannya. Hal ini dilakukan untuk mempertahankan kesinambungan pelayanan terhadap konsumen. Dalam peningkatan bebean listrik, maka generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar generator, 1

11 untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahului yang lainnya. Berdasarkan permasalahan diatas maka penulis tertarik untuk membahas mengenai Analisis Pembagian Beban Generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pangkalan Susu 2 x 200 MW sebagai judul tugas akhir. B. Rumusan Masalah Rumusan masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah : 1. Bagaimana prinsip kerja generator sinkron? 2. Bagaimana proses terjadinya pembangkitan daya? 3. Apa saja syarat sinkronisasi pada generator sinkron? 4. Bagaimana proses parelisasi generator sinkron? 5. Bagaimana sistem pembagian daya generator? C. Tujuan Tujuan dari pembahasan pembagian beban generator pada tugas akhir ini adalah : 1. Dapat mengetahui pembangkitan daya generator. 2. Dapat mengetahui proses parelisasi generator. 3. Dapat mengetahui sistem pembagian daya generator. D. Manfaat Adapun manfaat dalam penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Bagi penulis, dapat menyelesaikan program perkuliahan Diploma 3 Politeknik Negeri Medan. 2. Bagi kalangan akademik, khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi dapat dijadikan salah satu referensi untuk memperluas pemahaman mengenai efisiensi sebuah generator, yang memacu diri untuk melakukan pengabdian kepada masyarakat dengan ilmu pengetahuan yang telah didapatkan selama masa perkuliahan. 2

12 3. Bagi perpustakaan, laporan ini dapat menjadi sumber referensi dalam pemahaman mengenai generator dan pembagian beban generator. 4. Bagi umum, laporan ini diharapkan mampu menjadi buku tambahan referensi dalam menambah wawasan tentang generator dan pembagian beban generator. E. Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah : 1. Generator sinkron yang akan digunakan pada tugas akhir ini merupakan aplikasi generator sinkron pada PLTU Pangkalan Susu. 2. Pembagian beban pada generator sinkron tersebut dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu pembagian beban aktif dan pembagian beban reaktif. 3. Tidak membahas tentang diagram phasor dan sistem proteksi beban pada generator sinkron tersebut. F. Metode Pengumpulan Data Data-data yang diperoleh dan diolah dalam laporan tugas akhir ini dikumpulkan dari beberapa metode, yaitu sebagai berikut : 1. Persiapan dan Orientasi Mempersiapkan segala hal yang diperlukan untuk mengerjakan tugas akhir ini, seperti membuat surat permohonan tugas akhir dan konsultasi kepada dosen pembimbing. 2. Studi Kepustakaan Melakukan studi kepustakaan (literatur) mengenai karya akhir pada mesin-mesin listrik, khususnya yang berhubungan dengan generator sinkron. 3. Peninjauan Lapangan (Observasi) Meninjau langsung ke lapangan dengan melakukan studi pengamatan langsung terhadap objek penelitian, mencari informasi, melihat, 3

13 mengamati, mempelajari secara langsung, serta menganalisis data yang berhubungan dengan penelitian. 4. Wawancara (Interview) Mengadakan wawancara demi mendapatkan informasi dalam mencari berita secara langsung kepada staff yang berkaitan dan yang memiliki wewenang demi mendapatrkan hasil yang baik dalam penyelesaian tugas akhir ini. 5. Pengumpulan Data Pengumpulan data yang dilakukan untuk penyusunan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : a. Melakukan diskusi antara dosen pembimbing dan mahasiswa bimbingan. b. Meminjam buku-buku dari perpustakaan sebagai referensi mengenai masalah tugas akhir ini. c. Mengumpulkan beberapa informasi dan data mengenai generator sinkron yang berhubungan dengan tugas akhir pada media yang dianggap relevan. 6. Analisa dan Evaluasi Data Data-data yang diperoleh, dianalisa dan dievaluasi bersama-sama dengan dosen pembimbing. 7. Asistensi Melaporkan hasil penulisan tugas akhir ini kepada dosen pembimbing untuk menunjang mahasiswa aktif dalam penyelesaian tugas akhir ini dan dapat menyelesaikannya dengan tepat waktu. 4