ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC)

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC) DIGITAL SYSTEM TECHNOLOGY SISTEM KONTROL MODERN UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SKALA KECIL / MIKRO HIDRO Jl. Awibitung No.40 Ciawitali Selatan, Cimahi 40512, Jawa Barat. Indonesia Tel/fax : +62 22 6631608, www.pme-bandung.com

PENGERTIAN ELC Electronic Load Controller (ELC) merupakan suatu alat kontrol yang digunakan untuk membuang kelebihan daya listrik yang dihasilkan oleh generator pada turbin air PLTMH dengan cara mengalihkan beban yang tidak terpakai ke beban pengganti (ballast load), sehingga frekuensi (Hz), tegangan (volt) serta putaran generator tetap terkendali dan stabil. Hal ini terjadi biasanya pada saat malam hari antara jam 20.00 05.00 dimana pemakaian konsumen berkurang sedangkan daya turbin tetap. Pada PLTMH tanpa ELC kondisi ini akan mengakibatkan generator berputar sangat cepat, frekuensi dan tegangan akan naik sehingga peralatan listrik akan rusak dan bahkan generator bisa terbakar karena berputar terlalu cepat (over speed). Proses pengalihan daya pada ELC dilakukan melalui saklar elektronik yang disebut thyristor (Triac/SCR) dengan dikendalikan oleh ELC Mainboard yang sudah diprogram. Selain itu ELC juga biasanya digabungkan dengan meteran listrik seperti Voltmeter, Ampere, Frequency, Hour, dll untuk monitor parameter listrik. Panel ELC biasanya sudah dilengkapi dengan MCB dan alat proteksi lain untuk melindungi konsleting dan beban lebih pada konsumen. Pgenerator = Pload + Pballast 20.000 Watt = 15.000 Watt + 5.000 Watt Pemasangan Panel ELC Dan Ballast Load Pada PLTMH PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 2

KEUNTUNGAN MENGGUNAKAN ELC PADA PLTMH Seperti telah disampaikan di atas bahwa ELC akan mengatur frekuensi dan daya yang dihasilkan, penggunaan ELC akan memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Frequensi dan tegangan yang dihasilkan generator stabil, sehingga menghindari kerusakan peralatan listrik (TV, radio, lampu, dll) 2. Dapat menghindari kerusakan generator akibat kecepatan berlebih pada saat beban konsumen berkurang (runaway speed) 3. Tidak diperlukan lagi buka tutup turbin pada saat terjadi perubahan beban, sehingga pekerjaan operator lebih praktis dan efisien 4. Tidak akan terjadi tekanan air balik (water hammer) pada pipa penstok yang disebabkan penutupan turbin secara tiba-tiba 5. Harga yang terjangkau serta mudah dalam pemasangan, pengoperasian, dan perawatan serta usia pakai yang lama 6. ELC mampu menerima perubahan beban yang besar (>50%) dalam waktu sangat cepat <2 detik / fast recovery time 7. Dapat didesain dan diproduksi dalam negeri, sehingga ketersediaan spare parts dan perbaikan lebih terjamin 8. Sudah dilengkapi dengan peralatan pengaman/proteksi dan panel meter, sehingga tidak diperlukan lagi panel tambahan 9. Dapat diintegrasikan dengan Remote Monitoring System (RMS) untuk memantau PLTMH dari jauh melalui web server dan handphone (SMS). Generator Bekas PLTMH Yang Terbakar Tanpa Menggunakan ELC PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 3

PRINSIP KERJA ELC PME Prinsip Kerja ELC Protel Multi Energy telah menggunakan teknologi micro controller dan merupakan ELC berbasis sistem digital (Digital Load Controller) dengan semua parameter sistem diprogram melalui software, sehingga tidak diperlukan lagi seting trimpot, potensio atau parameter secara manual seperti ELC tipe analog pada saat komisioning maupun operasi normal. ELC bekerja berdasarkan sinyal frekuensi dan bekerja untuk mengontrol frekuensi. Rangkaian mainboard akan terus mengecek setiap perubahan frekuensi pada tiap setengah gelombang (10 ms) dan akan menyulut thyristor dan ballast load sesuai dengan frekuensi error yang terukur. Penyulutan Thyristor dilakukan dengan mengatur sudut fasa (phase angle control) sampai frequensi set point tercapai (50 Hz). Frekuensi akan terus dijaga pada set point 50 Hz dengan accuracy ± 0.1-0.2 Hz dengan waktu pemulihan (recovery time) sebesar ±2 detik. Recovery time merupakan waktu yang dibutuhkan oleh sistem untuk kembali ke set point awal ketika terjadi perubahan beban. Respon controller dapat diatur melalui dip switches dengan mengatur parameter Proportional Integral untuk mengatur kecepatan respon kontrol apakah lambat, sedang atau cepat disesuaikan dengan karakteristik beban dan sistem pembangkit. Sistem Dua Step Penyulutan thyristor dan ballast load dilakukan dengan cara mengatur penyalaan sudut fasa (phase angle control) secara dua tahap. Ballast step pertama (R1,S1,T1) akan digunakan pada saat beban yang dialihkan 0 50% dari daya terbangkit, sedangkan tahap kedua (R2,S2,T2) hanya akan dinyalakan jika ballast step 1 tidak dapat menampung kelebihan beban atau daya yang dibuang sudah lebih dari 50%. Keuntungan metode ini adalah variasi pengendalian yang dapat dilakukan dari 0% - 100% power dengan distorsi gelombang yang lebih kecil. Selain itu kehandalan sistem lebih terjaga mengingat step kedua akan menjadi back up jika sistem step pertama mengalami masalah (misalnya ballast rusak, thyristor rusak,dll). Selain itu dengan sistem dua step dampak negative harmonic pada pembangkit dapat diminimalkan. PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 4

Under Frequency dan Pengatur Tegangan ELC hanya akan mengendalikan frekuensi pada saat daya yang dihasilkan lebih besar daripada daya yang dipakai oleh konsumen. Pada saat sebaliknya dimana daya yang dihasilkan lebih kecil daripada daya yang dipakai konsumen maka frekuensi akan turun kurang dari 50 Hz dan ELC tidak akan bekerja. Hal yang dapat dilakukan adalah mengurangi pemakaian beban atau menambah bukaan turbin sehingga frekuensi kembali ke 50 Hz Sebagian orang berpikir ELC dapat mengatur frekuensi pada semua kondisi, padahal hanya pada kondisi dimana daya yang dihasilkan lebih besar dari daya yang dipakai konsumen. CONTOH KONDISI OPERASI ELC TURBIN KONSUMEN BALLAST FREKUENSI KONDISI TINDAKAN 25 kw 10 kw 15 kw F = 50 Hz ELC BEKERJA UNDERLOAD Kurangi bukaan turbin 25 kw 18 kw 7 kw F = 50 Hz ELC BEKERJA NORMAL 25 kw 26 kw 0 kw F < 50 Hz ELC TIDAK BEKERJA OVERLOAD Tambah air atau kurangi beban Selain itu ELC bekerja dengan mendeteksi dan mengatur frekuensi, bukan tegangan. Tegangan generator diatur dengan menggunakan Automatic Voltage Regulator (AVR) yang biasanya sudah menyatu dengan generatornya. Generator dengan AVR biasanya dapat menjaga tegangan tetap stabil pada frekuensi 47.5-52.5 Hz. Pada generator tanpa AVR tegangan biasanya tidak terkendali dan tidak sebanding dengan frekuensi, terkadang frekuensi 50 Hz tetapi tegangan output generator mencapai 250 Volt (L N), sehingga disarankan untuk selalu menggunakan generator yang dilengkapi dengan AVR agar listrik yang dibangkitkan stabil dan lebih baik. BALLAST LOAD Ballast load atau dummy load merupakan beban resistif tempat membuang kelebihan daya pada saat pemakaian dikonsumen berkurang. Ballast load terbuat dari bahan resistif murni yang dibuat dari lilitan kabel yang dilapisi keramik dengan casing metal stainless, Jenis ballast load yang digunakan adalah pemanas udara tipe tubular (tubular air heater) atau pemanas air tipe tubular (tubular water heater). Pemanas udara disusun dengan pengaman casing dan ditempatkan pada ruangan indoor dengan sirkulasi udara bagus, sedangkan pemanas air ditempatkan pada tangki dengan sirkulasi air. Mengingat gelombang yang dihasilkan pada ballast tidak sinusoidal dan tegangan bervariasi maka tidak disarankan untuk menggunakan peralatan elektronik biasa sebagai pengganti ballast load seperti motor, kipas, kulkas, dll. Ukuran ballast biasanya ±20% diatas daya desain turbin, misal turbin 10 kw ballastnya ±12 kw. Hal ini untuk keamanan sistem dan menjaga jika daya terbangkit melebihi desain. Ballast yang terlalu kecil akan mengakibatkan putaran generator tinggi (overspeed) dan frekuensi naik lebih dari 50 Hz. Hal ini berarti daya yang dibuang melebihi kapasitas daya ballast load, sedangkan ballast yang terlalu besar dapat menyebabkan putaran generator yang kurang stabil. PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 5

Ballast load Pemanas Udara Ballast Load Pemanas Air ELC METERING Panel ELC sudah dilengkapi dengan metering lengkap, sehingga tidak diperlukan tambahan panel metering lagi. Untuk standard metering ELC adalah panel meter tipe analog dengan jumlah sbb : 1. Pilot lamps generator, 3 phase 2. Ampermeter ballast, 3 phase 3. Ampermeter konsumen, 3 phase 4. Voltmeter generator, 1 Phase 5. Frequency generator, 1 Phase 6. Hour counter, 1 unit Pada dasarnya metering ELC dapat di tambahkan atau dikurangi sesuai dengan permintaan dan kebutuhan konsumen. Selain itu penggunaan metering tipe digital dapat dibuatkan jika diminta dan dianggap perlu. Mengingat ELC digunakan di pedesaan maka metering yang dipakai dipilih tipe analog untuk memudahkan penduduk desa. PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 6

ELC PROTECTION Panel ELC sudah dilengkapi dengan proteksi standar untuk melindungi generator, konsumen dan sistem sendiri. Berikut adalah kelangkapan proteksi ELC : 1. MCCB konsumen untuk proteksi beban lebih dan short circuit 2. Kontaktor konsumen untuk on/off konsumen 3. Fuse/MCB proteksi 4. Grounding terminal 5. Under/over frequency relay (optional) 6. Penangkal petir / Lightning arrester (optional) 7. Kipas pendingin untuk ELC>30 kw DIP SWITCH SETTING Main board ELC dilengkapi dengan dip switch setting untuk mengatur beberapa parameter. Pada dasarnya dip switch sudah disesuaikan dengan spesifikasi pembangkit pada saat pemesanan, namun dilokasi beberapa parameter bisa dirubah sesuai karaktersitik yang diinginkan. Berikut penjelasan umum fungsi dip switch pada main board ELC DIP SWITCH NO FUNCTION DEFAULT POSITION STATUS VALUE DIP 1 OFF Proportional Value DIP 2 OFF 3 DIP 3 OFF Integral Value DIP 4 OFF 3 DIP 5 Set Point -1 = 49 Hz OFF 50 Hz DIP 6 Set Point +1 = 51 Hz OFF 50 Hz DIP 7 System freq. (50/60 Hz) OFF 50 Hz DIP 8 Droop setting (52Hz) OFF Disable pengaturan lebih jelas mengenai dip switch terdapat pada buku operation manual ELC yang diberikan bersama dengan ELC dan petunjuk lainnya. PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 7

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER SIZING DESCRIPTIONS SPECIFICATIONS 5-10 kw 11-20 kw 21-30 kw 31-40 kw 41-50 kw METERING Pilot lamp - 3P Yes Yes Yes Yes Yes Ampermeter ballast load - 3P DIRECT 30A CT 50/5 A CT 50/5 A CT 75/5 A CT 100/5 A Ampermeter main load - 3P CT 50/5 A CT 50/5 A CT 50/5 A CT 75/5 A CT 100/5 A Voltmeter generator - 1P 0-300 V 0-300 V 0-300 V 0-300 V 0-300 V Frequency meter generator - 1P 45-55 Hz 45-55 Hz 45-55 Hz 45-55 Hz 45-55 Hz Hour Counter 6 digit 6 digit 6 digit 6 digit 6 digit Digital multi meter CVM NRG (V,I,Hz,kW,kWh,PF,kVA,etc) - - - - - PROTECTION MCCB main load 20A 20/30A 50/60A 80A 100A Contactor main load 20A 20/30A 50/60A 80A 100A Fuse/MCB protection 3x2A 3x2A 3x2A 3x2A 3x2A Over/underfrequency relay - Optional 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz47.5/52.5 Hz Cooling fan - - 12 cm fan 12 cm fan 12 cm fan Lightning arrester - - - - - Grounding PEN PEN PEN PEN PEN CABLES & DIMENSION Main load cable size 4 mm² 6 mm² 10 mm² 16 mm² 25 mm² Ballast load cable size - x2 1.5 mm² 2.5 mm² 4 mm² 6 mm² 10 mm² THYRISTOR Size 3xSKKT42 6xSKKT42 6xSKKT42 6xSKKT57 6xSKKT57 Cubicle dimension (cm) 40x60x20 40x60x20 50x70x20 50x70x20 50x70x20 Generator cables size - 4 pcs 4x6 4x10 4x16 4x25 4x35 Approximate Weight ±15 kg ±20 kg ±24 kg ±31 kg ±38 kg BALLAST LOAD Rated Voltage 220 or 230 220 or 230 220 or 230 220 or 230 220 or 230 Ballast amount (pcs) 6 6 6 6 6 Ballast capacity per element 1.5-2 kw 2-4 kw 4-6 kw 6-8 kw 8-10 kw Ballast cables size - 7 pcs 4x2.5 4x2.5 mm2 4x4 mm2 4x6 mm2 4x10 mm2 Approximate Weight ±7 kg ±15kg ±22 kg ±28 kg ±35 kg PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 8

ELECTRONIC LOAD CONTROLLER SIZING DESCRIPTIONS SPECIFICATIONS 51-60 kw 61-70 kw 71-80 kw 81-90 kw 91-100 kw METERING Pilot lamp - 3P Yes Yes Yes Yes Yes Ampermeter ballast load - 3P CT 100/5 A CT 150/5 A CT 150/5 A CT 200/5 A CT 200/5 A Ampermeter main load - 3P CT 100/5 A CT 150/5 A CT 150/5 A CT 200/5 A CT 200/5 A Voltmeter generator - 1P 0-300 V 0-300 V 0-300 V 0-300 V 0-300 V Frequency meter generator - 1P 45-55 Hz 45-55 Hz 45-55 Hz 45-55 Hz 45-55 Hz Hour Counter 6 digit 6 digit 6 digit 6 digit 6 digit Digital multi meter CVM NRG (V,I,Hz,kW,kWh,PF,kVA,etc) Included Included Included Included Included PROTECTION MCCB main load 100A 125A 160A 200A 200A Contactor main load 100A 125A 160A 200A 200A Fuse/MCB protection 3x2A 3x2A 3x2A 3x2A 3x2A Over/underfrequency relay 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz 47.5/52.5 Hz47.5/52.5 Hz Cooling fan 12 cm fan 12 cm fan 12 cm fan 12 cm fan 12 cm fan Lightning arrester 3P+N 3P+N 3P+N 3P+N 3P+N Grounding PEN PEN PEN PEN PEN CABLES & DIMENSION Main load cable size 25 mm² 35 mm² 35 mm² 50 mm² 50 mm² Ballast load cable size - x2 10 mm² 16 mm² 16 mm² 25 mm² 25 mm² THYRISTOR Size 6xSKKT57 6xSKKT92 6xSKKT92 6xSKKT132 6xSKKT132 Cubicle dimension (cm) 60x80x30 60x80x30 60x80x30 80x120x40 80x120x40 Generator cables size - 4 pcs 4x35 4x35 4x50 4x50 4x50 Approximate Weight ±45 kg ±53 kg ±58 kg ±80 kg ±80 kg BALLAST LOAD Rated Voltage 220 or 230 220 or 230 220 or 230 220 or 230 220 or 230 Ballast amount (pcs) 6 6 6 6 6 Ballast capacity per element 12-14 kw 14-16 kw 16-18 kw 18-20 kw 19-21 kw Ballast cables size - 7 pcs 4x10 mm2 4x16 mm2 4x16 mm2 4x25 mm2 4x25 mm2 Approximate Weight ±40 kg ±47kg ±54 kg ±68 kg ±73 kg Spesifikasi tidak mengikat dan dapat berubah sewaktu-waktu PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 9

SPESIFIKASI TEKNIS ELC 1. ELC Type : Digital system with microcontroller 2. Control method : phase angle control with PI algorithm, two steps. 3. Switching method : Double Thyristor (SCR), 6 units 2 units per phase 4. Power : 1 500 kw 5. Voltage : 220/380 V, 230/400 Volt 6. Phase : 1 and 3 Phase 7. Frequency : 50 / 60 Hz 8. Freq. accuracy : <± 0.2 9. Freq. sensing ; every half cycle or every 10 ms or 100 times/second at 50 Hz 10. Recovery time : ±2 seconds 11. Standard protection - Main load MCCB - Main load contactor - Fuse/ MCB protection - Over/Under Frequency relay (optional) - Lightning arrester (optional) 12. Standard metering - Pilot lamps generator, 3 phase - Ampermeter ballast, 3 phase - Ampermeter consumer, 3 phase - Voltmeter generator, 1 Phase - Frequency generator, 1 Phase - Hour counter, 1 unit 13. Ballast load : tubular air heater, 6 units (2 units / phase) STANDARD CUBICLE LAYOUT PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 10

REFERENSI PROJECT ELC Sejak tahun 2010 s/d 2015 ELC PME telah beroperasi di lebih dari 430 lokasi PLTMH dengan kapasitas mulai 1 200 kw dan total daya terpasang ±7.5 MW. ELC tersebar di seluruh Indonesia dan telah di Ekspor ke beberapa Negara seperti : Malaysia, Philippine, Thailand, Australia, Turkey, Switzerland, Iran, Francis, Pakistan, South Africa, Kenya, Mozambique, Ethiopia, Nigeria,. Kami terus berusaha untuk meningkatkan kualitas produk dan service yang diberikan dari waktu ke waktu. ELC PME dinamis dan menyesuaikan dengan perkembangan teknologi dan permintaan konsumen. Kita terus berinovasi untuk mengatasi permasalahan yang ditemukan dilapangan. Saran dan masukan dari konsumen sangat diharapkan untuk perkembangan produk ke depan yang lebih baik. Berikut beberapa proyek ELC yang telah kami kerjakan : ELC+ turbin pelton 75 kw Palu Indonesia ELC 2x150 kw Kalimantan - Indonesia ELC terpasang pada beberapa PLTMH proyek PNPM di Sumatera dan Sulawesi PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 11

ELC dengan hydraulic actuator - Thailand ELC 90 kw pada PELTON Turbin Turkey ELC + water heater Ballast load Pakistan ELC pada mini Geothermal Turbine Bandung ELC 2x100kW Mozambique & South Africa ELC 1 Phase untuk Sarawak - Malaysia PROTEL MULTI ENERGY www.pme-bandung.com Page 12