TUGAS BESAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS

TUGAS BESAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS Diajukan untuk memenuhi tugas besar mata kuliah Pembangkit Energi Elektrik Dosen : Syahrial M.T. Disusun oleh : M. Robbie K.

11.2011.026

Fauzi Hadianto

11.2011.030

Ahmad Robby N.M

11.2011.031

Agytia Indrajaya

11.2011.032

Aulia N.F

11.2011.033

M. Ramdhan

11.2011.035

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL BANDUNG 2014

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Sejalan dengan berlangsungnya waktu, sumber daya manusia yang terus bertambah ini akan menyebabkan suatu peristiwa kebutuhan sumber daya alam yang semakin meningkat. Salah satu dari kebutuhan yang sangat penting di dunia ini adalah sumber energi listrik, Di mana pada jaman modern ini bisa dikatakan bahwa segala sesuatu selalu berhubungan dengan yang namanya listrik. Tidak dapat dipungkiri bahwa semakin sulitnya menyalurkan energi listrik ini dalam jumlah banyak, terbukti adanya jadwal pemadaman listrik secara bergilir untuk beberapa wilayah guna mengurangi pemakaian listrik. Di negara Indonesia sedang dalam proses pemenuhan kebutuhan dari pasokan listrik, sehingga para ilmuwan dan pihak pemerintah sedang menjalankan suatu solusi dimana akan membangun Pembangkit Listrik dengan bahan baku yang tidak hanya minyak. Kita tahu bahwa Pembangkit listrik yang jumlahnya sangat banyak di Indonesia dan mungkin seluruh dunia ialah menggunakan bahan bakar solar, mengingat bahwa ironisnya solar merupakan SDM yang tidak dapat diperbaharui dan mulai sedikit keberadaannya. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan salah satu pembangkit listrik yang memanfaatkan bahan bakar gas. Dalam proses menghasilkan energi listrik, Pembangkit Listrik Tenaga Gas memiliki beberapa komponen utama antara lain Kompresor, Turbin Gas, Combuster, dan Generator. Semua komponen tersebut terintegrasi menjadi satu kesatuan sistem unit yang bekerja untuk dapat menghasilkan listrik. Dalam proses produksinya, unit PLTG sangat dipengaruhi oleh evaluasi kinerja dari setiap komponen komponen yang terlibat di dalam unit PLTG tersebut. Dari pernyataan diatas, sehingga penulis akan menjelaskan tentang Pembangkit Listrik Tenaga Gas secara detail di bab selanjutnya.

1.2. Rumusan masalah Berdasarkan latar belakang di atas dapat diberikan perumusan masalah sebagai berikut: 1. Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas ? 2. Definisi PLTG ? 3. Prinsip Kerja dari PLTG ?

4. Siklus PLTG ? 5. Instrumentasi dan Sistem Proteksi PLTG ? 6. Operasi PLTG 7. Sistem Kelistrikan PLTG ? 8. Single Line Diagram PLTG ? 9. Layout PLTG ? 10. Kelebihan dan kekurangan PLTG ?

1.3. Tujuan Penulisan Dari rumusan masalah diatas, dapat disimpulkan bahwa tujuan pembuatan makalah ini agar dapat mengetahui : 1. Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas 2. Definisi PLTG 3. Prinsip Kerja dari PLTG 4. Siklus PLTG 5. Instrumentasi dan Sistem Proteksi PLTG 6. Operasi PLTG 7. Sistem Kelistrikan PLTG 8. Single Line Diagram PLTG 9. Layout PLTG 10. Kelebihan dan kekurangan PLTG

1.4. Manfaat Penulisan Penulisan tugas besar ini, supaya penulis dan pembaca bisa lebih memahami tentang pembangkit listrik tenaga gas, beserta sistem operasi dari PLTG.

1.5. Pembatasan Masalah Adapun batasan-batasan masalah dalam pembuatan tugas besar ini hanya menjelaskan apa yang dipaparkan dalam rumusan masalah diatas.

1.6. Sistematika Penulisan BAB I

: Pada bab ini penulis akan membahas tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan,

PENDAHULUAN

manfaat penulisan, pembatasan masalah serta sistematika penulisan. BAB II TEORI DASAR

:

Pada bab ini akan menjelaskan : Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas, Definisi PLTG, Prinsip Kerja dari PLTG, Siklus PLTG, Instrumentasi dan Sistem Proteksi PLTG, Operasi PLTG, Sistem Kelistrikan PLTG, Single Line Diagram PLTG, Layout PLTG, serta Kelebihan dan kekurangan PLTG.

BAB III METODELOGI

: Pada bab ini penulis menjelaskan perancangan PLTG yang diambil dari contoh soal tentang PLTG.

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

: Pada bab ini penulis akan menyimpulkan dari hasil

penjelasan-penjelasan

sebelumnya.

pada

bab

BAB II TEORI DASAR

2.1. Sejarah awal mula Pembangkit Listrik Tenaga Gas Teknologi transmisi dan distribusi jaringan listrik hampir tidak mengalami perubahan selama 100 tahun. Sementara teknologi lain seperti media digital pribadi dan energi yang terdistribusi sudah sangat berkembang, dan perkembangan tersebut gagal diikuti oleh teknologi jaringan listrik. Pada sisi transmisi, yang menjadi permasalahan adalah cukupkah transmisi yang ada untuk mengalirkan listrik yang bersumber dari energi terbarukan ke dalam jaringan transmisi dan distribusi. Karena banyak sumber energi terbarukan yang terletak di lokasi yang sangat jauh dari pusat beban. Untuk saat ini, ada beberapa teknologi jaringan listrik yang bisa dipertimbangkan para pengembang jaringan, yaitu HVDC dan kabel berteknologi nano. High Voltage Direct Current (HVDC), meski bukan merupakan konsep baru, tetapi di Amerika Serikat menjadi perhatian seiring dengan banyaknya energi listrik yang bersumber dari energi terbarukan yang harus dikirimkan kepada beban. Sektor distribusi menghadapi masalah yang lain lagi, meteran dan laju beban yang bisa timbul dengan adanya pembangkit-pembangkit listrik energi terbarukan skala kecil. Artinya, dibutuhkan sistem jaringan listrik yang ”cerdas”. Untuk mengatur dan mengendalikan listrik masuk ke dalamnya, peralatan pengatur interaktif, pengawasan jaringan, fasilitas penyimpanan energi dan sistem yang bisa memberikan respon adanya permintaan perlu diterapkan. Meng-upgrade infrastruktur transmisi dan distribusi tidak murah dan tidak bisa dapat dilakukan dalam waktu dekat. Menurut Electric Power Research Institute, biaya yang diperlukan untuk upgrading jaringan dengan teknologi ”cerdas” sebesar US$ 100 milyar. Penyedia listrik dan jaringan akan membayar mahal untuk upgrading tersebut, sama halnya dengan para pelanggannya yang akan membayar lebih mahal. Tetapi, walau bagaimanapun, besarnya biaya yang dibutuhkan untuk upgrade sebanding dengan dampak ekonomi yang akan terjadi jika terjadi kegagalan jaringan listrik. Sebagai contoh, di tahun 2003 sebagian wilayah utara Amerika Serikat mengalami black out dan kerugian yang dialami sekitar US$ 6 milyar hanya untuk beberapa hari. Bersamaan dengan ini, akhirnya tenaga listrik dibangkitkan di pusat–pusat listrik (power station) dan menambah pembangkit PLTG, kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegannya oleh transformator penaik tegangan yang berada di pusat listrik. Saluran tegangan tinggi di Indonesia mempunyai tegangan

150 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET).

2.2. Definisi PLTG Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya.

2.3. Cara Kerja PLTG

Gambar 2.1 Skema PLTG

Apabila kita berbicara tentang PLTG maka kita harus berpikir tentang open cycle. Pada open cycle dimulai dari pemompaan bahan bakar dan pemasukan udara dari intake air filter menuju combuster. Di combuster campuran bahan bakar dan udara disemprotkan oleh nozzle sehingga di ruang bakar terjadi pembakaran. Pembakaran tadi akan memutar turbin gas yang selanjutnya akan memutar generator yang akan menghasilkan energi listrik. Sedangkan pinsip kerja dari sebuah PLTG didasarkan pada siklus Brayton seperti pada diagram (p, v dan t, s) dibawah ini:

Gambar 2.2 Diagram siklus Brayton

Pada Gambar 2.25 dijelaskan bahwa mula-mula udara dari atmosfir ditekan di dalam kompresor hingga temperature dan tekanannya naik dan proses ini biasa disebut dengan proses kompresi dimana sebagian udara yang dihasilkan ini digunakan sebagai udara pembakaran dan sebagiannya digunakan untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas. Didalam ruang bakar sebagian udara pembakaran tersebut akan bercampur dengan bahan bakar yang diinjeksikan kedalamnya dan dipicu dengan spark plug akan menghasilkan proses pembakaran hingga menghasilkan gas panas (energi panas) dengan temperature dan tekanan yang tinggi, dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik. Ada beberapa macam siklus kerja turbin gas sebagai berikut: 1. Turbin gas siklus terbuka (open cycle) Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dibuang atau dialirkan ke udara luar, yang ditunjukkan seperti pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Turbin Gas siklus terbuka

2.

Turbin gas siklus tertutup (closed cycle) Seperti pada proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas ini dialirkan ke kedalam penukar panas (heat rejected) untuk didinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau udara hingga temperaturnya turun dan dialirkan lagi kedalam sisi masuk (suction) kompresor untuk dikompresi lagi, yang ditunjukkan seperti pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Turbin gas siklus tertutup

3.

Turbin gas siklus terbuka dilengkapi dengan regenerator Seperti pada kedua proses kerja turbin gas diatas, dimana gas panas yang diekspansi didalam turbin akan menghasilkan gas bekas (flue gas) dengan temperature yang masih cukup tinggi dan tekanan diatas sedikit dari tekanan atmosfir, selanjutnya gas bekas (flue gas) ini dialirkan kedalam heat exchanger yang dikenal dengan istilah regenerator dimana didalamnya gas bekas ini digunakan untuk memanaskan udara keluar kompresor sebelum digunakan sebagai udara pembakaran didalam ruang bakar (combustion chamber), seperti ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Turbin gas siklus terbuka dengan regenerator

4.

Turbin gas siklus terbuka dilengkapi dengan intercooler, regenerator dan reheater Pada siklus ini baik kompresor maupun turbin gas masing-masing terdiri dari 2 (dua) bagian yang terpisah dan biasa disebut dengan kompresor tekanan rendah dan kompresor tekanan tinggi serta turbin gas tekanan rendah dan turbin gas tekanan tinggi. Aliran udara dan gas-gas yang dihasilkan dapat dijelaskan sebagai berikut, mula-mula udara atmosfir masuk kedalam kompresor tekanan rendah untuk dikompresi, dari udara tekan yang dihasilkan dialirkan kedalam intercooler untuk didinginkan hingga menghasilkan temperature dan kelembaban serta tekanan yang diinginkan dengan menggunakan media pendingin air atau media pendingin lainnya, dari sini udara tersebut dialirkan ke dalam kompresor tekanan tinggi untuk dikompresi lagi hingga menghasilkan temperature yang tinggi dan tekanan dengan kepadatan yang lebih tinggi.

Dari keluaran kompresor tekanan tinggi udara tersebut dialirkan kedalam regenerator untuk mendapatkan temperature yang lebih tinggi lagi yang bertujuan untuk memudahkan terjadinya proses pembakaran dengan melalui media pemanas gas bekas/buang (flue gas) yang memanfaatkan gas bekas hasil dari turbin tekanan rendah. Selanjutnya udara keluaran dari regenerator dialirkan kedalam ruang bakar utama (primary combustionchamber) yang menghasilkan proses pembakaran dan dari proses ini dihasilkan gas panas yang digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi, hasil ekspansi gas panas dari turbin tekanan tinggi ini berupa gas bekas (flue gas) dialirkan kedalam ruang bakar kedua (secondary combustion chamber) dan biasa disebut juga dengan reheater chamber yang selanjutnya gas bekas tersebut digunakan untuk udara pembakaran didalamnya yang mampu menghasilkan gas panas lagi dan digunakan untuk memutar turbin tekanan rendah, siklustersebut diatas seperti ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 2.6 Turbin gas siklus terbuka dengan intercooler, regenerator dan reheater

Dari ketiga terakhir siklus turbin gas diatas secara keseluruhan dimaksudkan untuk menghasilkan sebuah pusat listrik tenaga gas (PLTG) dengan tingkat efisiensi yang diharapkan lebih tinggi dari turbin gas siklus terbuka. Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan

untuk beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan baik, seperti: 1.

Sistem pelumas (lube oil system).

2.

Sistem bahan bakar (fuel system).

3.

Sistem pendingin (cooler system).

4.

Sistem udara kontrol (air control system).

5.

Sistem hidrolik (hydraulic system).

6.

Sistem udara tekan (air pressure system).

7.

Sistem udara pengkabutan (atomizing air system).

2.4. Instrumensasi dan Sistem Proteksi PLTG A. Kompresor Utama Kompresor utama adalah kompesor aksial yang berguna untuk memasok udara bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai dengan kebutuhan. Kapasitas kompresor harus cukup besar karena pasokan udara lebih (excess air) untuk turbin gas dapat mencapai 350 %. Disamping untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, udara lebih ini digunakan untuk pendingin dan menurunkan suhu gas hasil pembakaran.

B. Inlet Guide Vanes (IGV) Pada kompresor berkapasitas besar, diisi udara masuk kompresor, yaitu pada inlet guide vanes dipasang variabel IGV, sedangkan pada kompresor berukuran kecil umumnya dipasang Fixed Guide Vanes. Variabel IGV berfungsi untuk mengatur volume udara yang dikompresikan sesuai dengan kebutuhan atau beban turbin. Pada saat Start Up, IGV juga berfungsi untuk mengurangi surge. Pada saat stop dan selama start up, IGV tertutup ( pada unit tertentu, posisi IGV 34-48% ), kemudian secara bertahap membuka seiring dengan meningkatnya beban turbin. Pada beban turbin tertentu, IGV terbuka penuh (83-92%). Selama stop normal IGV perlahan-lahan ditutup bersamaan dengan turunnya beban, sedangkan pada stop emergency, IGV tertutup bersamaan dengan tertutupnya katup bahan bakar.

C. Combustion Chamber Combustion Chamber adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran. Ada turbin gas yang mempunyai satu atau dua Combustion Chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak dijumpai adalah memiliki

Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustion basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Di dalam Combustion Chamber dipasang komponen-komponen untuk proses pembakaran beserta sarana penunjangnya, diantaranya: Fuel Nozzle, Combustion Liner, Transition Piece, Igniter, Flame Detektor

D. Turbin Gas Turbin Gas berfungsi untuk membangkitkan energi mekanis dari sumber energi panas yang dihasilkan pada proses pembakaran. Selanjutnya energi mekanis ini akan digunakan untuk memutar generator listrik baik melalui perantaraan Load Gear atau tidak, sehingga diperoleh energi listrik. Bagian-bagian utama Turbin Gas adalah: Sudu Tetap, Sudu Jalan, Saluran Gas Buang, Saluran Udara Pendingin, Batalan, Auxiallary Gear.

Gambar Turibn Gas

E. Load Gear Load Gear atau main Gear adalah roda gigi penurun kecepatan putaran yang dipasang diantara poros Turbin Compressor dengan poros Generator. Jaringan listrik di Indonesia. Memilii frekwensi 50 Hz, sehngga putaran tertinggi generator adalah 3000 RPM, sedangkan putaran turbin ada yang 4800 RPM atau lebih.

F. Alat Bantu Pada saat muai start up, belum tersedia udara untuk pembakaran. Udara pembakaran disuplai oleh kompresor aksial, sedangkan kompresor aksial harus diputar oleh turbin

yang pada saat start up belum menghasilkan tenaga bahkan belum berputar. Oleh karenanya, pada saat start up perlu ada tenaga penggerak lain yang dapat diperoleh dari : Motor generator, Motor Listrik, Mesin Diesel

Peralatan pendukung PLTG Berikut adalah peralatan pendukung yang digunakan dalam kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG): a. Air intake. Berfungsi mensuplai udara bersih ke dalam kompresor. b. Blow off valve. Benrfungsi mengurangi besarnya aliran udara yang masuk kedalam kompressor utama atau membuang sebagian udari dari tingkat tertentu untuk menghindari terjadi stall tekanan udara yang besar dan tiba-tiba terhadap suhu kompresor yang menyebabkan patahnya suhu kompresor) c. VIGV (Variavle Inlet Guide Fan) Berdungsi penyalaan awal atau start up. Campuran bahan bakar dengan udara dapat menyala oleh percikan bunga api dari ignitor yang terpasang di dekat fuel nozzle burner dan campuran bahan bakar menggunakan bahan bakar propane atau LPG d. Lube oil system. Berfungsi memberikan pelumasan dan juga sebagai pendingin bearing-bearing seperti beraring turbin, kompressor, generator. Memberikan minyak pelumas ke jacking oil system, memberikan suplai minyak pelumas ke power oil system. Sistem pelumas di dinginkan oleh pendingin siklus tertutup. e. Hydraulic Rotor Varring. Rotor bearing system terdiri dari : DC pump, Manual Pump, Constant pressure valve, pilot valve, hydraulic piston rotor barring. Rotor barring beroperasi pada saat unit stand by dan unit shutdown (selesai operasi). Rotor barring on < 1 rpm. Akibat yang timbul apabila rotor barring bermasalah ialah rotor bengkok dan pada saat start up akan timbul vibrasi yang tinggi dan dapat menyebabkan gas turbin trip. f. Exhaust fan oil vapour. Berfungsi utama membuang gas-gas yang tidak terpakai yang terbawa oleh minyak pelumas setelah melumasi bearing-bearing turbin, kompressor dan generator. Fungsi lain adalah membuat vaccum di lube oil tank yang tujuannya agar proses minyak kembali lebih vepat dan untuk menjaga kerapatan minyak pelumas di bearing-bearing (seal oil) sehingga tidak terjadi kebocoran minyak pelumas sisi bearing.

g. Power Oil System berfungsi mensuplai minyak pelumas ke: - Hydraulic piston untuk menggerakan VIGV - Control-control valve (CV untuk bahan bakar dan CV untuk air) - Protection dan safety system (trip valve staging valve) Terdiri dari 2 buah pompa yang digerakan oleh 2 motor AC. Jacking Oil System berfungsi mensuplai minyak ke journal bearing saat unit shut down atau standby dengan tekanan yang tinggi dan membentuk lapisan film di bearing.

Terdiri dari 6 cylinder piston-piston yang mensuplai ke line-line: - Dua line mensuplai minyak pelumas ke journal bearing. - Dua line mensuplai minyak pelumas ke compressor journal bearing. - Satu line mensuplai minyak pelumas ke drive end generator journal bearing. - Satu line mensuplai minyak pelumas ke non drive end generator journal bearing.

Filosofi dasar dari sistem proteksi adalah bagaimana melindungi sistem tenaga listrik dari ekses gangguan yang terjadi pada sistem dengan cara memisahkan gangguan tersebut dari sistem lainnya dengan cepat dan tepat. Kualitas sistem proteksi yang diinginkan adalah yang cepat,sensitif,selektif dan andal. Cepat berarti, reaksi sistem proteksi tersebut harus secepat mungkin memisahkan daerah yang terganggu dari sistem lainnya, tanpa menimbulkan hal-hal lain yang menimbulkan bentuk gangguan baru pada sistem. Sensitif berarti, sistem proteksi tersebut bereaksi terhadap gangguan yang bagaimanapun kecilnya selama gangguan tersebut termasuk dalam tugasnya. Selektif berarti, sistem proteksi tersebut harus bereaksi dengan tepat, sehingga yang dipisahkan dari sistem hanya bagian yang terganggu, tanpa menyebabkan bagian lain yang tidak seharusnya terpisah dari sistem turut dipisahkan dari sistem. Andal berarti, sistem proteksi tersebut akan bekerja sesuai apa yang diharapkan, dimana keandalan dapat mengacu pada konsep”security”atau”dependability”. Keandalan dengan konsep security berarti, suatu kepastian bahwa sistem proteksi tidak akan salah operasi, yang berarti sistem proteksi tidak akan bereaksi terhadap gangguan yang bukan

diperuntukkan kepadanya bagaimanapun besarnya gangguan tersebut, sedangkan keandalan dengan konsep dependability berarti suatu kepastian bahwa sistem proteksi pasti bereaksi untuk kondisi yang dirasakan sebagai kondisi gangguan. Dalam banyak sistem kedua hal di atas tidak mungkin kedua duanya dipenuhi 100%, sehingga banyak sistem yang merupakan sistem kompromi antar keduannya. Kesederhanaan, dimana digunakan peralatan dan rangkaian yang sederhana akan tetapi tujuan tercapai. Ekonomis, dimana dengan biaya yang minimum dapat dicapai fungsi proteksi yang maksimum.

2.4.1 Alat Sensor Alat sensor berfungsi untuk mendeteksi perubahan parameter pada sistem dari peralatan yang diproteksi. Alat sensor ini berupa VT (voltage transformer) dan CT (current transformer).

2.4.2 Relay Proteksi Pada PLTG GE relay proteksi yang digunakan adalah relay numeric yang mana dikendalikan oleh sebuah microprocessor. Relay numeric atau relay digital yang digunakan adalah DGP System. DGP system adalah sebuah mikroprosesor yang dikombinasikan dengan relay digital di mana menggunakan sampling bentuk gelombang dari arus dan tegangan input untuk keperluan proteksi, control, dan memonitor generator. Sampling tadi digunakan untuk menghitung arus dan phasa tegangan yang mana digunakan untuk fungsi alogaritma proteksi. DGP System menggunakan interface MMI (Man Machine Interface) dan DGP LINK software komunikasi yang sesuai dengan GE digital relay system.

Di bawah ini beberapa fungsi proteksi yang ada pada DGP System : 1. Stator Differential (87G) 2. Current Unbalance (46) 3. Loss of Exicitation (40) 4. Antimotoring (32-1) 5. Time overcurrent with voltage restraint (51V) 6. Stator Ground (64G1) 7. Ground Overcurrent ( 51 GN)

8. Over exicitation (24) 9. Overvoltage (59) 10. Undervoltager (27) 11. Over and Undefrequency (81) 12. Voltage Transformer Fuse Failure (VTFF) Stator Differential Fungsi ini menyediakan Proteksi dengan kecepatan tinggi selama terjadi gangguan phasa-phasa, dan tiga phasa didalam stator generator. Stator differential menggunakan sebuah produk restraint alogaritma dengan dual slope karakteristik. Stator differential tidak akan bekerja untuk gangguan berulang pada belitan mesin. Ini juga tidak akan bekerja untuk ganguan satu fasa ketanah, jika sistem tersebut tidak ditanahkan atau ditanahkan dengan impedansi yang tinggi. Proteksi terhadap hubung tanah akan berfungsi jika netral dari mesin ( atau salah satu mesin yang dioperasikan parallel) ditanahkan. Sebuah bagian kecil dari belitan sampai titik netral tidak dapat diproteksi, jumlah gangguan sangat ditentukan dari tegangan yang dapat menyebabkan arus pick-up minimum yang mengalir sampai titik netral dan impedansi pentanahan. Peralatan pembatas arus pada rangkaian netral tanah akan meningkatkan impedansi netral dan akan menurunkan fungsi proteksi gangguan tanah.

Current Unbalance Di sini ada beberapa kondisi tidak normal pada generator, kondisi tidak normal ini dapat berupa ketidakseimbangan beban, gangguan pada sistem dan rangkaian terbuka. Komponen urutan negative (I2) dari arus stator berhubungan langsung dengan kondisi tidak normal ini dan pengaturan jumlah putaran fluks medan pada mesin. Kekurangan ini akan menyebabkan pemanasan pada inti rotor. Kemampuan dari mesin untuk bertahan dari pemanasan yang disebabkan oleh arus yang tidak terbatas (unbalance current). Proteksi current unbalance dari DGP sistem menyediakan karakteristik waktu operasi yang cepat sesuai I2² T = K. Sebuah karakteristik linear yang dibuat kira-kira untuk pendinginan mesin sementara pada kondisi arus yang tidak terbatas ( unbalance current ). Didalamya ditambahkan 46T, DGP sistem juga memasukkan sebuah alarm unbalance current (46A) yang mana

dioperasikan oleh komponen urutan negative (I2) disesuaikan dengan pick-up dan time delay.

Loss of Excitation Fungsi ini digunakan untuk mendeteksi kekurangan eksitasi pada mesin sinkron. DGP sistem memasukkan dua karakteristik mho, untuk mendeteksi mesin, tiap bagian disesuaikan jangkauan, waktu mati dan pewaktuan. Logika disediakan dalam DGP system untuk memblok fungsi ini dari adanya tegangan urutan negative ( dideteksi oleh sebuah Voltage transformer fuse failure condition) dan sebuah eksternal VTFF Digital input DI6. Eksitasi dapat hilang karena tripnya field breaker, rangkaian terbuka atau hubung singkat pada belitan medan, kerusakan pada regulator, atau hilangnya sumber untuk meyupplai belitan medan. Ketika sebuah generator sinkron kehilangan eksitasi, ini cenderung membuatnya menjadi sebuah generator induksi. Jika ini berlangsung pada kecepatan normal, beroperasi dengan daya yang berkurang, dan penerimaan daya reaktif (VARS) dari sistem. Impedansi ini dilihat oleh relay, relay melihat generator bukan sebagai gangguan tetapi merupakan karakteristik mesin. Aliran daya sebelumnya berkurang akibat eksitasi. Studi mengindikasi bahwa fungsi dari zona mho dapat diset untuk mendeteksi kasus kegagalan eksitasi dalam waktu yang singkat. Dan zona kedua dapat mendeteksi semua kasus kegagalan eksitasi. Setting waktu yang lama dibutuhkan oleh second zone (40-2) untuk keamanan selama kondisi ayunan daya untuk sistem stabil.

Anti Motoring Fungsi ini untuk mengatasi terjadinya aliran daya aktif dari sistem ke generator. Kondisi ini terjadi saat semua atau sebagian prime mover hilang daya putarnya, dan saat itu juga daya yang dibangkitkan kurang dari daya beban. Daya aktif / nyata akan mulai mengalir ke dalam generator dari sistem. Motoring power secara khusus membedakan jenis penggerak mula seperti yang ditunjukkan oleh Tabel di bawah. Untuk spesifikasi penggunaan, minimum penggerak daya dari generator dapat diperoleh dari supply setiap unit. DGP system menyediakan sebuah fungsi untuk reverse power (32-1) dan disesuaikan dengan time delay.

Time overcurrent with voltage restraint (51V) Sebuah sistem harus dapat dilindungi dari gangguan, untuk itu time overcurrent with voltage restraint yang terdapat pada DGP sistem berfungsi untuk sebagai back up protection.

Stator Ground (64G1) Fungsi ini untuk mendeteksi adanya gangguan stator ground fault dengan sebuah impedansi ground yang tinggi pada generator. Pada keadaan normal netral dari belitan stator mempunyai potensial tertutup terhadap ground.

Ground Overcurrent ( 51 GN) Fungsi ini untuk mengatasi adanya arus lebih yang terjadi akibat adanya hubung singkat pada generator. Prinsip kerja dari Ground over current sama dengan prinsip kerja overcurrent relay.

Over exicitation (24) Fungsi ini untuk mengatasi arus eksitasi yang berlebih pada rotor, eksitasi yang lebih pada generator dapat menaikkan temperatur pada belitan stator akibat arus yang besar sehingga dapat merusak belitan rotor.

Over Voltage Fungsi ini untuk mengatasi adanya tegangan lebih pada generator. Tegangan yang berlebih yang melampaui dari batas maksimum yang diijinkan dapat menyebabkan kerusakan isolasi dari belitan stator dan berakibat pada hubung singkat antara belitan. Selain itu overvoltage dapat mengakibatkan terjadinya overspeed dan merusak pengatur tegangan otomatis (AVR).

Under Voltage Fungsi ini untuk mendeteksi mengatasi tegangan yang rendah pada output generator. Apabila generator bekerja pada tegangan yang rendah maka akibat pada beban. Tegangan yang rendah pada generator akan mengakibatkan daya yang dipasok ke beban berkurang sehingga merugikan. Apabila generator berada dalam interkoneksi maka akan mengakibatkan terjadinya aliran daya ke generator.

Over and Under Frequency Fungsi ini untuk mendeteksi frekuensi generator, under frequensi dapat meyebabkan membukanya CB sehingga perlu dideteksi, untuk mengatasinya dengan dilakukan dengan menyeimbangkan beban dengan daya yang dibangkitkan. Over frequency dapat meyebabkan over speed, overvoltage sehingga dapat membahayakan generator.

Voltage Transformer Fuse Failure (VTFF) Fungsi ini dapat operate untuk semua Partial loss dari tegangan AC yang disebabkan satu atau lebih blown fuses, jika tegangan AC hilang negative squence voltage detektor akan pickup dan positive squence detector akan akan drop out.

2.4.3 Circuit Breaker dan Sumber DC Circuit breaker berfungsi sebagai switch atau saklar yang memutuskan dan menghubungkan peralatan yang diproteksi dari sistem. Circuit breaker bekerja berdasarkan perintah dari relay. Sumber DC yang digunakan pada sistem proteksi Generator PLTG GE berasal dari sebuah batterai dengan tegangan 125 volt.

2.4.4 Gangguan Pada Generator Gangguan pada generator dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Gangguan Listrik (electric fault) 2. Gangguan Mekanis/Panas (mechanical thermal fault) 3. Gangguan Sistem (system fault)

Gangguan Listrik (electrical fault) Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi akibat gangguan pada bagian listrik dari generator. Gangguan ini meliputi : a. Hubung singkat tiga fasa b. Hubung singkat dua fasa c. Hubung singkat belitan stator ke tanah ( Stator ground fault ) Kerusakan pada gangguan dua fasa dapat diperbaiki dengan menyambung (laping) atau mengganti sebagian dari konduktor, tetapi kerusakan akibat gangguan satu fasa ketanah

yang bunga api dan merusak isolasi serta inti besi. Kerusakan ini sangat fatal dan memerlukan perbaikan total. d. Hubung singkat belitan rotor hubung tanah (rotor ground fault) Jika terjadi hubungsingkat satu titik ketanah belum memberikan pengaruh terhadap roror, namun jika hubung singkat ketanah terjadi pada dua titik maka akan seolah-olah hubung sinkat antara dua belitan. Pengaruh dari hubung singkat dua titik adalah :  Gaya tarik rotor menjadi tidak seimbang sehingga putarannya menjadi berayun  Mempercepat kerusakan bantalan.  Bisa menyebabkan gesekan antara rotor dan stator, yang menyebabkan pemanasan pada bagian yang bergesek, sehingga dapat meyebabkan sifat isolasi dari belitan stator berubah. Dan selanjutnya mentebabkan hubungsingkat antara belitan atau hung tanah pada stator.

e. Kehilangan arus eksitasi (loss excitation) Hilangnya arus eksitasi dapat menyebabkan putaran mesin menjadi naik dan mengubah fungsi generator sinkron menjadi generator induksi. Kondisi ini akan menyebabkan pemanasan lebih pada rotor akibat arus induksi yang bersirkulasi pada rotor.

f. Tegangan lebih (overvoltage) Tegangan yang berlebih yang melampaui dari batas maksimum yang diijinkan dapat menyebabkan kerusakan isolasi sari belitan stator dan berakibat pada hubung singkat antara belitan. Selain itu overvoltage dapat mengakibatkan terjadinya overspeed dan merusak pengatur tegangan otomatis (AVR).

Gangguan mekanis/panas (mechanical or thermal fault) Jenis-jenis gangguan mekanis atau panas adalah : a. Generator berfungsi sebagai motor Motoring adalah peristiwa berubahnya fungsi generator menjadi motor akibat adanya daya balik (reverse power) Daya balik (reverse power) terjadi akibat turunnya daya masukan dari penggerak utama (prime mover). Sehingga torka listrik lebih besar dari torka mekanik, hal ini mengakibatkan terjadi perubahan bentuk dari sudu-sudu turbin (kavitasi sudu-sudu turbin).

b. Pemanasan lebih pada stator Pemanasan lebih pada stator meyebabkan :  Kerusakan laminasi  Kendornya bagian-bagian tertentu pada generator seperti pasak-pasak stator (stator wedges), terminal /ujung belitan dan sebagainya. c. Kesalahan paralel Kesalahan dalam memparalelkan generator karena syarat-syarat paralel tidak terpenuhi mengakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling generator dan penggerak utama karena terjadinya momen puntir.

d. Gangguan pada pendingin stator Gangguan pada pendingin stator (pendingin dengan media udara, hydrogen atau air) menyebabkan kenaikan suhu belitan stator dan berakibat pada isolasi belitan.

Gangguan sistem (system fault) Gangguan pada system yang berakibat pada generator yaitu : a. Terjadinya pelepasan beban secara mendadak ; Terjadinya gangguan hubung singkat baik itu tiga fasa, dua fasa, dua fasa ketanah, satu fasa ketanah dan open circuit menyebabkan bekerjanya relay proteksi dan berakibat pada pelepasan beban. Pelepasan beban mengakibatkan daya yang dibangkitkan lebih besar dari daya yang beban, akibatnya torka mekanik lebih besar dari torka listrik sehingga frekuensi dan tegangan generator menjadi naik. b. Lepas sinkron (loss of syncronization) Apabila kondisi pada point a. berlanjut terus maka akan mengakibatkan ketidak stabilan sistem. Hal ini mengakibat stress pada belitan generator dan gaya punter yang berfluktuasi dan beresonansi, sehingga akan merusak turbine dari generator. Pada kondisi ini Generator harus dilepas dari sistem.

2.5. Operasi PLTG Secara garis besar urutan kerja dari proses operasi PLTG adalah sebagai berikut : 1.

Proses starting. Pada proses start awal untuk memutar turbin menggunakan mesin diesel sampai putaran poros turbine/compressor mencapai putaran 3.400 rpm maka secara otomatis diesel dilepas dan akan berhenti.

2.

Proses kompressi. Udara dari luar kemudian dihisap melalui air inlet oleh kompresor dan masuk ke ruang bakar dengan cara dikabutkan bersama bahan bakar lewat nozzle secara terus menerus dengan kecepatan tinggi.

3.

Transformasi energi thermis ke mekanik. Kemudian udara dan bahan bakar dikabutkan ke dalam ruang bakar diberi pengapian (ignition) oleh busi (spark plug) pada saat permulaan pembakaran. Pembakaran seterusnya terjadi terus menerus dan hasil pembakarannya berupa gas bertemperatur dan bertekanan tinggi dialirkan ke dalam cakram melalui sudu-sudu yang kemudian diubah menjadi tenaga mekanis pada perputaran porosnya.

4.

Transformasi energi mekanik ke energi listrik. Poros turbin berputar hingga 5.100 rpm, yang sekaligus memutar poros generator sehingga menghasilkan tenaga listrik. Putaran turbin 5.100 rpm diturunkan oleh load gear menjadi 3.000 rpm, dan kecepatan putaran turbin ini digunakan untuk memutar generator.

5.

Udara luar yang dihisap masuk compressor, kemudian dimanfaatkan hingga pada sisi keluarannya menghasilkan tekanan yang cukup tinggi. Bersama dengan udara yang yang bertekanan tinggi, bahan bakar dikabutkan secara terus menerus dan hasil dari pembakaran tersebut dengan suatu kecepatan yang tinggi mengalir dengan perantaraan transition piece menuju nozzle dan sudu - sudu turbin dan pada akhirnya keluar melalui exhaust dan dibuang ke udara bebas.

2.6. Single Line Diagram PLTG dan Sistem Kelistrikan PLTG

2.7. Layout PLTG

Gambar 2. Layout PLTG

2.8. Kelebihan dan Kekurangan PLTG Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa startnya singkat yaitu sekitar 15 ~ 30 menit dan umumnya dapat distart tanpa pasokan daya listrik dari luar, karena menggunakan mesin diesel sebagai penggerak awalnya. (Diesel engine motor start). Dari segi pemeliharaan, unit PLTG mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek yaitu sekitar 4000 ~ 5000 jam operasi. Selain ukuran jam operasi juga dapat dipakai jumlah start-stop sebagai acuan dalam penentuan waktu overhaul. Jadi walaupun belum mencapai 5000 jam operasi tetapi telah mencapai 300 kali start-stop maka unit PLTG tersebut sudah harus di-inspeksi untuk pemeliharaan. Dalam proses inspeksi, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya bisa mencapai 1.300 oC seperti ruang bakar, saluran gas panas (hot-gas-path) dan juga sudu-sudu turbin. Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu dilas atau diganti bila perlu.

Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) karena proses start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil pada bagianbagian yang disebutkan di atas. Hal ini disebabkan sewaktu unit PLTG dingin suhunya sama dengan suhu ruangan yaitu sekitar 30 oC namun pada saat beroperasi suhunya dapat mencapai hingga 1.300 oC, demikian pula sebaliknya. Pada saat unit PLTG shut-down, porosnya harus tetap diputar secara perlahan untuk menghindari terjadinya pembengkokan pada poros hingga suhunya dianggap cukup aman untuk itu. Dengan memperhatikan buku petunjuk dari pabrik, ada unit PLTG boleh dibebani lebih tinggi 10% dari ratingnya untuk waktu 2 jam yang diistilahkan sebagai Peak Operation. Pengoperasian dalam kondisi seperti ini perlu diperhitungkan sebagai proses pemendekan selang waktu inspeksi dan pemeliharaan karena peak operation ini menambah keausan yang terjadi pada turbin sebagai akibat kenaikan suhu operasi. Dari segi aspek lingkungan, yang perlu mendapat perhatian adalah masalah kebisingan, jangan sampai melebihi ambang batas yang diizinkan. Masalah lainnya adalah masalah kebocoran instalasi bahan bakar yang perlu mendapat perhatian khususnya dari bahaya kebakaran. Unit PLTG umumnya merupakan unit pembangkit dengan efisiensi yang paling rendah, yaitu sekitar 15 ~ 25 % saja. Sementara ini sedang dikembangkan penggunaan Aero Derivative Gas Turbine yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin penggerak generator. Hal ini dilakukan karena untuk daya output yang sama diperoleh dimensi yang lebih kecil.

BAB III METODELOGI 3.1. Perancangan PLTG Untuk membuat sebuah perancangan sistem pembangkit listrik tenaga gas, kami mengambil contoh dari soal latihan bahwa :

Gambar 3.1 Skema PLTG  P T = 800 kW  P 1 = 1,01 Bar dengan T = 150C  Rasio P = 6 Siklus dengan T max = T 4 = 7000C  η regenerator = 75 %  P cc = 0,15 Bar  P regenerator = 0,15 Bar  η Compressor = 80 %  η turbin = 85 % Dari data diatas sehingga kita harus bisa menentukan energi pada Compressor (W c ) dan energi pada Turbin (W T), serta menghitung kalor (Q s ), effieciency thermal. Dapat kita rumuskan bahwa :  T 1 = 150C + 2730C = 2880 Kelvin  P 2 = P 1 * Rasio Siklus = 1,01 * 6 = 6,06

 P 3 = P 2 - 0,15 = 6,06 – 0,15 = 5,91 Bar  P 4 -> 5 = 1,01 + 0,15 = 1,16 Bar  T2’ = T1 * Rp

 η Compressor =

(ɣ-1) / ɣ

= 288 * 6 ( 1,4 – 1) / 1,4 = 4800 Kelvin

( 𝑇𝑇2 − 𝑇𝑇1 )

( 𝑇𝑇2 ′ − 𝑇𝑇1 )

T 2 = T 1 + ( η Compressor * ( T 2 ’ – T 1 ) ) = 288 + ( 0.8 * ( 480 – 288 ) ) = 5280 Kelvin

 η Regenerator =

( 𝑇𝑇5 − 𝑇𝑇2 )

( 𝑇𝑇3 − 𝑇𝑇2 )

T 3 = T 2 + ( η Regenerator * ( T 5 – T 2 ) ) = 528 + ( 0.75 * ( 612 – 528 ) ) = 5910 Kelvin  T max = T 4 = 7000C + 2730C = 9730 Kelvin

 T5’ =

𝑇𝑇4

(𝛾𝛾−1) 𝑃𝑃 �� 3 � 𝛾𝛾 � 𝑃𝑃4

=

973

(1,4−1) 5,91 �� � 1,4 � 1,16

=

973

1,59

= 611,94 0 Kelvin = 6120 Kelvin P

 W compressor = C p * (T 2 – T 1 ) = 1 * ( 528 - 288 ) = 240 kJ/Kg  W turbin = C p * (T 4 – T 5 ) = 1 * ( 973 - 612 ) = 361 kJ/Kg  W n = W turbin - W compressor = 361 – 240 = 121 kJ/Kg  Q s = C p * ( T 4 – T 3 ) = 1 * ( 973 – 591 ) = 382 kJ/Kg  η Thermal =

𝑊𝑊𝑛𝑛 𝑄𝑄𝑠𝑠

=

121 382

= 0,31 %

Sehingga, apabila ditinjau dari siklus Brayton, maka siklusnya akan seperti berikut ini :

Gambar 3.2 Sikuls Brayton

Dari Siklus Brayton diatas sehingga dapat dijelaskan bahwa : 1 ke 2 = Kompresi Isentropik Ke Kompressor 2 ke 3 = Pemasukan panas pada tekanan konstan ( Pengganti proses pembakaran ) 3 ke 4 = Ekspansi Isentropik di turbin 4 ke 1 = pengeluaran panas pada tekanan konstan

BAB IV KESIMPULAN 4.1. Kesimpulan Dari laporan tugas besar ini penulis dapat menyimpulkan bahwa : a. Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya. b. Komponen Utama PLTG terdiri dari : Compressor, Combution Chamber, Turbin gas, dan generator. c. Apabila kita berbicara tentang PLTG maka kita harus berpikir tentang open cycle. Pada open cycle dimulai dari pemompaan bahan bakar dan pemasukan udara dari intake air filter menuju combuster. Di combuster campuran bahan bakar dan udara disemprotkan oleh nozzle sehingga di ruang bakar terjadi pembakaran. Pembakaran tadi akan memutar turbin gas yang selanjutnya akan memutar generator yang akan menghasilkan energi listrik.