ANALISA SISTEM PEMBANGKITAN DAN PENYALURAN TENAGA LISTRIK PADA PEMBANGKIT LISTRIK GEOTHERMAL SIBAYAK 2 x 5.65 MW LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK Oleh SARWEDI HASIBUAN 1105051040 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Bismillahirrohmanirrohim Alhamdulillahirobbil alamin, segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul Analisa Sistem Pembangkitan dan Penyaluran Tenaga Listrik pada Pembangkit Listrik Geothermal Sibayak 2 x 5.65 MW. Tugas Akhir ini dibuat salah satu syarat dalam menempuh ujian Diploma III pada Program Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. Penulis sadar bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan sehingga penulis mengharapkan saran dari berbagai pihak demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Dan semoga Tugas Akhir ini menjadi amal jari yah bagi semua pihak, Amin. POLITEKNIK NEGERI MEDAN Medan, 25 Agustus 2014 Penulis, Sarwedi Hasibuan NIM. 1105051040 v
UCAPAN TERIMAKASIH Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas akhir ini dengan baik. Dalam penulisan Tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan, kritikan, dan masukan dari banyak pihak, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini dengan kerendahan dan ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. Selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Idham Kamil, S.T., M.T. Selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan yang sudah memberi izin kepada penulis dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T. Selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan yang sudah menimbang dan menyetujui Judul Tugas akhir penulis. 4. Bapak Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T. Selaku Dosen pembimbing penulis, yang telah banyak memberikan konstribusi yang bermanfaat, membimbing penulis dan memberikan arahan serta masukan-masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Seluruh staf dan dosen Diprogram Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. 6. Seluruh guru saya dari SD hingga kuliah, yang sudah memberikan bekal ilmu berguna dan membina penulis di bangku pendidikan. 7. Kedua orang tua saya, ayah saya Hasanuddin Hasibuan dan ibu saya Murni Seri Sipahutar yang sudah memberikan biaya pendidikan, do a dan motivasi kepada penulis untuk tetap kuat dan semangat menyelesaikan Tugas Akhir ini, kakak saya Dina Angraini Hasibuan, Meri Novalia Hasibuan, adik saya Nirwana Sari Hasibuan dan seluruh vi
keluarga besarku yang senantiasa memberikan dukungan baik berupa do a serta dukungan semangat yang sangat berarti sekali kepada penulis bagi terselesaikannya Tugas Akhir ini. 8. Seluruh sahabat-sahabat dan rekan sejawat seperjuangan Teknik Konversi Energi Mekanik Stambuk 2011, yang telah banyak memberi dukungannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. vii
DAFTAR ISI HALAMAN LEMBAR JUDUL... i SFESIFIKASI TUGAS AKHIR... LEMBAR PERSETUJUAN... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMAKASIH... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... LAMPIRAN... ii iii iv v vi viii xiii xiv xvi INTISARI... xvii ABSTRACT... xviii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Permasalahan... 1 1.2 Perumusan Masalah... 1 1.3 Tujuan Tugas Akhir... 2 1.4 Manfaat Tugas Akhir... 2 viii
DAFTAR ISI (LANJUTAN) HALAMAN 1.5 Batasan Masalah dan Asumsi Analisa... 3 1.5.1 Batasan Masalah... 3 1.5.2 Asumsi... 3 1.6 Sistematika Penulisan Tugas akhir... 4 BAB II GAMBARAN UMUM PERUSAHAAN... 5 2.1 PT. Dizamatra Powerindo... 5 2.1.1 Sejarah Perusahaan PT. Dizamatra Powerindo... 5 2.1.2 Ruang Lingkup Bidang produksi... 6 2.1.3 Lokasi Perusahaan... 7 2.1.4 Daerah Pemasaran... 7 2.1.5 Proses Produksi... 8 2.1.6 Peralatan yang Digunakan... 8 2.1.7 Uraian Proses Produksi... 10 2.1.8 Proses Start Unit PLTP Sibayak... 14 2.1.9 Utilitas... 17 2.1.10 Keselamatan dan Perlindungan Kebakaran... 18 2.1.11 Pengolahan Limbah... 20 ix
DAFTAR ISI (LANJUTAN) HALAMAN 2.2 Stasiun Pembangkit Listrik... 20 2.2.1 Defenisi Stasiun Pembangkit Listrik... 20 2.2.2 Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi... 21 2.2.3 Perhitungan Potensi Panas Bumi... 23 2.2.4 Kelebihan dan Kekurangan PLTP... 24 BAB III LANDASAN TEORI... 26 3.1 Pembangkitan Daya Listrik... 26 3.2 Generator Sinkron... 27 3.2.1 Konstruksi Generator Sinkron... 27 3.2.2 Sistem Eksitasi Generator... 29 3.2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron... 32 3.2.4 Reaktansi Sinkron... 33 3.2.5 Kecepatan Putar pada Generator Sinkron... 33 3.2.6 Pengaturan Tegangan pada Generator Sinkron... 34 3.2.7 Tegangan Terbangkit dan Frekuensi... 35 3.2.8 Daya Generator Sinkron... 36 3.2.9 Pembebanan pada Generator Sinkron... 37 x
DAFTAR ISI (LANJUTAN) HALAMAN 3.3 Sinkronisasi/Paralel Alternator... 41 3.3.1 Syarat-syarat Proses Sinkronisasi... 42 3.4 Transformator... 44 3.4.1 Komponen Transformator... 45 3.4.2 Prinsip Kerja Transformator... 45 3.4.3 Persamaan dan Jenis Transformator... 46 3.5 Transmisi dan Distribusi... 47 3.6 Beban Listrik... 49 3.6.1 Jenis Jenis Beban AC... 50 3.6.2 Rangkaian RL, RC, LC, dan RLC... 57 3.6.3 Faktor Daya dan Daya Rangkaian... 60 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA..61 4.1 Objek dan Waktu Analisa... 61 4.2 Metodologi Analisa... 61 4.2.1 Kerangka Konseptual... 61 4.2.2 Metodologi Pengumpulan Data... 62 4.2.3 Analisa Data... 65 xi
DAFTAR ISI (LANJUTAN) HALAMAN 4.3 Hasil Data Analisa dan Grafik Daya Terbangkit Generator... 87 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 89 5.1 Kesimpulan... 89 5.2 Saran... 90 DAFTAR FUSTAKA... 91 xii
DAFTAR TABEL TABEL HALAMAN 4.1 Data harian generator unit 1 PLTP Sibayak 1 maret 2014... 64 4.2 Hasil data analisa 1 Maret 2014... 87 xiii
DAFTAR GAMBAR GAMBAR HALAMAN 2.1 Peta Lokasi PT. Dizamatra Powerindo... 7 2.2 Uraian proses produksi PLTP Sibayak... 10 2.3 Blok diagram proses produksi... 14 3.1 Blok diagram pembangkitan daya listrik... 26 3.2 Konstruksi generator... 29 3.3 Diagram prinsip sistem eksitasi statik... 30 3.4 Sistem eksitasi dinamik... 30 3.5 Diagram prinsip sistem eksitasi dinamik dengan eksiter generator DC... 31 3.6 Diagram sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)... 31 3.7 Diagram aliran daya generator sinkron... 36 3.8 Rangkaian generator tanpa beban... 38 3.9 Rangkaian generator hubung singkat... 38 3.10 Kondisi reaksi jangkar untuk beban yang berbeda... 40 3.11 Diagram fasor dengan beban yang berbeda... 41 3.12 Skema rangkaian sinkronisasi... 42 3.13 Urutan fasa generator sinkron... 43 3.14 Sinkronoscope... 44 xiv
DAFTAR GAMBAR (LANJUTAN) GAMBAR HALAMAN 3.15 Panel sinkronisasi PLTP Sibayak... 44 3.16 Komponen trafo... 45 3.17 Skema kerja transformator... 46 3.18 Sistem jaringan transmisi daya listrik... 48 3.19 Transmisi dan distribusi... 48 3.20 Segitiga daya listrik... 50 3.21 Rangkaian resesif murni... 52 3.22 Bentuk gelombang beban resesif murni... 53 3.23 Rangkaian induktif murni... 54 3.24 Bentuk gelombang beban induktif murni... 55 3.25 Bentuk gelombang beban induktif murni... 55 3.26 Rangkaian kapasitif murni... 56 3.27 Bentuk gelombang beban kapasitif... 57 3.28 Bentuk gelombang beban kapasitif... 57 4.1 Kerangka konseptual... 62 4.2 Grafik Daya Terbangkit Terhadap Waktu (Jam)... 88 xv
DAFTAR LAMPIRAN 1. Siklus PLTP Sibayak 2. Ferpormance unit PLTP Sibayak 3. One line diagram siklus PLTP Sibayak 4. Sistem transmisi PLTP Sibayak 5. Surat bimbingan laporan Tugas Akhir dosen pembimbing xvi
INTISARI Daya listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok yang kita butuhkan untuk berbagai keperluan dalam kegiatan. Banyak jenis aktivitas kita yang harus dibantu oleh listrik supaya bisa melakukan kegiatan. Ada banyak faktor yang menyebabkan hal tersebut, diantaranya karena penerangan sangat perlu, peralatan yang harus disuplai daya listrik, sebagai penopang kehidupan, dll. Dalam Tugas Akhir ini, penulis mengamati sistem pembangkitan dan menganalisa generator sebagai metode memahami pembangkitan daya listrik. Empat kriteria dasar yang digunakan yakni jenis fluida penggerak mula, prospek kerja generator, beban, dan analisa data yang digunakan adalah data 1 Maret 2014. Analisa sistem pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik pada pembangkitan listrik Geothermal Sibayak dianalisa dengan rumus yang berkaitan dengan generator sebagai pemecahan masalah. Tekanan uap masuk turbin 0,63Mpa, Temperatur 165,2⁰C, generator unit 1 di PT. Dizamatra saat ini membangkitkan daya listrik max 2,82 MW dan min 2,3 MW. Daya yang dihasilkan di jual ke PLN dan di paralel ke sistem PT. PLN pada tegangan 20 kv. Kata kunci: jenis pembangkit listrik, pembangkitan daya listrik, beban listrik. xvii
ABSTRACT Electrical power is one of the basic needs that we need for various purposes in the activity. Many types of activities we should be assisted by the power in order to perform activities. There are many factors that cause this, such as lighting is necessary, the equipment must be supplied electrical power, as the sustainer of life, etc.. In this final project, the authors observe and analyze the generator generation system as a method of understanding the generation of electrical power. The four basic criteria used the first type of fluid mover, job prospects generators, loads, and data analysis used is March 1st 2014 Data Analysis system generation and distribution of electricity in geothermal power generation Sibayak analyzed with a formula related to the generator as a problem-solving. Pressure steam entering the turbine 0,63Mpa, 165,2⁰C temperature, generator unit 1 at PT. Dizamatra currently generates max power of 2.82 MW and 2.3 MW min. Generated power sold to PLN and in parallel to the PT system. PLN at a voltage of 20kV. Keywords: types of power generation, power generation, electrical load. xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Sekarang ini kebutuhan energi adalah kebutuhan pokok dalam kehidupan kita semua. Energi listrik temasuk kebutuhan yang harus selalu terpenuhi. Penulis mengambil contoh dari lingkungan kita wilayah kota Medan. Sekarang kita mengetahui, bahwa defisit energi listrik di kota medan sangat besar, yaitu ±180 200 MW. Sehingga kota medan sering mengalami pemadaman listrik secara bergilir akibat dari kekurangan pasokan daya listrik. Dari peristiwa tersebut, masyarakat kota medan sering kurang puas terhadap pelayanan PT. PLN. Pada kesempatan Ujian Tugas Akhir penulis, penulis mengambil Judul Bagaimana Sistem Pembangkitan dan Penyaluran Tenaga Listrik yang bertempat didesa Semangat Gunung Kecamatan Merdeka Kabupaten Karo dengan jenis pembangkit listrik menggunakan Uap Tenaga Geothermal (panas bumi). Perusahan PT. Dizamatra Powerindo Sibayak merupakan salah satu perusahaan swasta di desa Semangat Gunung yang bergerak dibidang jasa kelistrikan dengan kapasitas 2 x 5,65 MW. PT. Dizamatra Powerindo mendistribusikan daya terbangkit ke wilayah desa Doulu, Berastagi, Sibolangit dan PT. Sibayakindo (Aqua). I.2 Perumusan Masalah adalah: Dari uraian diatas dapat dirumuskan permasalahan dalam Tugas Akhir ini Bagaimana Sistem Pembangkitan dan Penyaluran Energi Listrik, dengan kapasitas daya 2 x 5,65 MW di PT. Dizamatra Powerindo. 1
1.3 Tujuan Tugas Akhir Tujuan umum dari Tugas Akhir ini adalah mengidentifikasi daya keluar (P out ) generator, sistem pembangkitan dan penyaluran energi listrik terhadap pemakai. Tujuan khusus dari Tugas Akhir ini adalah: 1. Mengamati sistem pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik pada PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak. 2. Mengidentifikasi daya keluaran (P out ) generator. 3. Memberi masukan yang berguna pada pihak PT. Dizamatra. 4. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan D III Tugas Akhir Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 1.4 Manfaat Tugas Akhir Manfaat dari Tugas Akhir ini adalah: 1. Bagi Mahasiswa - Dapat mengetahui berbagai macam aspek kegiatan sebuah perusahaan, khususnya di PT. Dizamatra Powerindo. - Memperoleh kesempatan untuk melatih atau memperaktikan ilmu yang didapat dalam bangku kuliah. - Memperoleh pengetahuan yang berguna dalam perwujudan kerja, atau yang dihadapi mahasiswa setelah menyelesaikan studinya. 2. Bagi Jurusan Menciptakan lulusan yang baik dan menciptakan kerjasama antara perusahaan dan Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Politeknik Negeri Medan. 2
3. Bagi Perusahaan Memberikan saran yang berupa mendukung kegiatan-kegiatan kerja yang lebih baik demi meningkatkan hasil produksi energi listrik yang lebih efisien setelah melakukan studi analisa. 1.5 Batasan Masalah dan Asumsi Analisa 1.5.1 Batasan Masalah Karena keterbatasan waktu dan biaya penulis, maka Tugas Akhir ini mempunyai ruang lingkup, antara lain: 1. Jenis generator yang dianalisa adalah generator sinkron 3 fasa. 2. Sistem pembangkitan dan transmisi daya listrik PLTP Sibayak. 3. Daya yang dimaksud adalah daya terbangkit oleh generator. 4. Data generator yang di analisa adalah tanggal 1 Maret 2014, dinas shif 1,2,3 (Jam 1:00 24:00). 5. Analisa dilakukan di PT. Dizamatra Powerindo PLTP Sibayak. 1.5.2 Asumsi Asumsi yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah: 1. Proses kerja generator beroperasi dengan baik. 2. Faktor yang dianggap mempengaruhi kerja generator yang secara aktip terus bisa beroperasi dengan baik di perusahaan adalah faktor manusia, material, mesin pembantu dan metode kerja yang baik. 3. Hasil produksi energi listrik yang dikatakan memenuhi standar dari PT. Dizamatra apabila beroperasi terus setiap waktu tanpa ada gangguan yang serius terhadap kegiatan produksi. 4. Semua mesin/peralatan baik alat utama, alat bantu utama, dan alat bantu lainnya beroperasi dengan baik dan fit. 3
1.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir Adapun sistematika laporan yang akan dibuat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Menguraikan mengenai latar belakang dilakukannya analisa di PT. DIZAMATRA POWERINDO, rumusan permasalahan yang terjadi, tujuan Tugas Akhir, manfaat Tugas Akhir, batasan dan asumsi yang digunakan serta sitematika penulisan Tugas Akhir. BAB II GAMBARAN UMUM PERUSAHAAN Menjelaskan secara umum tentang PT. DIZAMATRA POWERINDO meliputi sejarah perusahaan, ruang lingkup produksi, lokasi dan letak geografis, daerah pemasaran dan, proses produksi. BAB III LANDASAN TEORI Memaparkan konsep dan teori-teori yang mendukung dalam pemecahan permasalahan pada analisa dan berisi teori pendukung lainnya. BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Mengidentifikasi data dilapangan yang diperoleh dari hasil pengamatan sebagai bahan untuk melakukan pengolahan data dengan beberapa rumus pendukung sebagai dasar pemecahan masalah. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR FUSTAKA Memberikan hasil akhir dari keseluruhan analisa kemudian diperoleh kesimpulan dan saran yang bermanfaat bagi perusahaan. 4