Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik Jilid I

BUKU PEGANGAN

TEKNIKTENAGALISTRIK

DR. A. ARISMUNANDARDR. S. KUWAHARA

,LIS.TAl{4.,{NURS}FAF{t\4/A. TIiWUle

-fl e

I Xli

EgilrEErnI * 1

:,iil .N ?l==BHI

T

3 PEMBANGKITANDENGANTENAGA AIR

JILID I

BUKU PEGANGANTEKNIK TENAGA LISTRIKJILID I: PEMBANGKITAN DENGAN

TENAGA AIR

OLEH

Dn. AnroNo ArusuuNaNDAR, M.A.Sc.Direktur Lembaga Masalah Ke t enagaanPerusahaan Umum Listrik Negara

Dn. Susuuu Kuw.lnauExecutive Director, Electric Power Development Co., Ltd. (EPDC)Tokyo, Japan

Cetakan Kedelapan

PT PRADI{UA BRA}IIIAJAKA R TA#

7Perputakaan Nasional : katalog dalam terbitan 6Df)Arismunandar, Artono

Buku pegangan teknik tenaga listrik / Artono Aris-munandar, Susumu Kuwahara. - Cet. 8 - Jakarta : PradnyaParamita ,2004

3Jil.:26cm.Isi : Jil I Pembangkitan dengan tenaga3ir :

Jil.[ . Saluran transmisi ; Jil. Itr. Gardu Induk.rsBN 979-408-176-0 (Ji1.1)rsBN 979-408-177 -9 (Jil.2)rsBN 979-408 -178-7 (Jil.3)1. Listrik, Tenaga . I.Judul. II. Kuwahara, Susumu.

621.31

,4\. szt- 1BR" i P Pnta

BUKU PEGANGAN TEHNIK TENAGA LISTRIK IOleh : DR. Artono Arismunandar M.A.Sc.

DR. Susumu Kuwahara

CI Association For lnternational Technical Promotion

O Hak Cipta dilindungi oleh Undang - undangDiterbitkan oleh : PT Pradnya Paramita

Jalan Bunga 8 -8 AJakarta 13140Anggota IKAPI

Cetakankedelapan :2004Dicetak oleh : PT Penebar Swadaya Jakarta

PRAKATA

Penulisan buku ini didorong oleh keinginan penulis untuk ikut mengisi kelangkaankepustakaan teknik, khususnya teknik tenaga listrik, dalam bahasa Indonesia. Kelangkaan(scarcity) ini disebabkan karena berbagai hal, antara lain, karena mereka yang mendalamipersoalannya biasanya terlalu sibuk untuk dapat menyisihkan sebagian waktunya gunamenulis buku, atau karena mereka menganggapnya kurang menguntungkan dilihat darisegi keuangan. Sebab yang lain adalah terbatasnya pasaran, yang dipengaruhi oleh jumlahtenaga ahli dan tenaga kejuruan (yang merupakan lingkungan pembaca buku-buku teknik)yang relatif kecil, serta iklim masyarakat yang memang belum gandrung-buku (book-minded).Daya beli masyarakat yang masih terbatas juga merupakan faktor yang menentukan.

Berhubung dengan hal-hal di atas, maka penulis bersedia mempertimbangkan tawaranTuan Koichi Fukui, Sekretaris Jenderal Badan Promosi Teknik Internasional (AITEP Jepang),untuk bersama seorang pengarang Jepang menulis sebuah buku pegangan dalam bidangteknik tenaga listrik. Badan ini merupakan organisasi tanpa-laba (non-profit) yang pembentu-kannya disahkan oleh Menteri Luar Negeri Jepang pada tanggal 6 Desember 1967. Tujuannyaadalah ikut membantu perkembangan ekonomi wilayah Asia Tenggara dengan cara menerbit-kan buku-buku pegangan dalam bidang teknik yang ditulis bersama (co-authorship) olehpengarang-pengarang Jepang dan penulis-penulis wilayah dalam bahasa tersebut terakhir.Oleh karena tujuannya yang baik itu serta mengingat akan kekosongan akan kepustakaanteknik tenaga listrik yang kian hari kian terasa, maka tawaran Tuan Fukui sungguh menarikbagi penulis ini waktu itu. Namun, bila penulis teringat akan kenyataan bahwa tidak mungkinmerubah jumlah jam dalam sehari serta kesibukan-kesibukan penulis sebagai seorang admi-nistrator, maka uluran tangan persahabatan itu berat rasanya untuk diterima. Penulis inimemerlukan waktu berpikir beberapa malam untuk menimbang-nimbang manfaat buku inibagi masyarakat luas pada umumnya, dunia teknik tenaga listrik pada khususnya, dibanding-kan dengan kelipat-gandaan usaha yang harus diberikan oleh penulis untuk menyisihkansebagian kecil dari waktunya bagi buku ini. Setelah merundingkan masalahnya dengan atasan-nya, Ir' Abdul Kadir, Direktur Utama Perusahaan Umum Listrik Negara, serta berkat pe-ngertian, dorongan dan izin beliau, penulis berketetapan untuk membantu usaha badan pro-mosi tersebut terdahulu. Demikianlah, maka naskah perjanjian kerjasama ditandatanganipada tgl 27 September 1971, dua bulan sesudah Tuan Fukui menyodorkannya kepada penulis.

Buku ini didasarkan atas naskah dalam Bahasa Inggeris berjudul ELECTRIC POWERENGINEERING HANDBOOK yang ditulis oleh Dr. Susumu Kuwahara, salah seorangDirektur dari Electric Power Development Company, Ltd. (EPDC), satu-satunya perusahaanlistrik yang dimiliki negara di Jepang. Oleh karena itu, mudah dimengerti mengapa dasarpenulisannya adalah keadaan di Jepang sendiri. Dalam'BUKU PEGANGAN TEKNIKTENAGA LISTRIK ini dicoba menyesuaikan penulisannya dengan keadaan di Indonesia-tentu saja dalam batas-batas kemungkinan yang ada-serta melengkapinya dengan keadaandi negara-negara lain di luar Jepang, baik yang didapat dari kepustakaan, maupun dari pe-ngalaman kerja penulis ini sendiri di Kanada dan Amerika Serikat. Penyesuaian dengan keada-an Indonesia tidak mudah karena ketentuan-ketentuan, peraturan-peraturan dan standar-standar kurang sekali, tidak ada atau belum ada. Lagi pula, konsultasi penulis dengan ling-kungan teknik yang lebih luas mengenai pengalaman-pengalaman praktis dalam bidangtenaga listrik di Indonesia dewasa ini belum dimungkinkan. Kekurangan ini diharapkan

rI

(4) Prakatadapat diatasi pada edisi berikutnya.

Buku. pegangan (handbook) yang lengkap mengenai teknik tenaga listrik seharusnyamemuat segala aspek pembangkitan (generation), transformasi, penyaluran (transmission)dan distribusi tenaga listrik. Namun, karena berbagai hal, pada tahap pertama ini hanyaakan diterbitkan tiga jilid, yakni:

I. Pembangkitan dengan Tenaga Air.II. Saluran Transmisi.III. Gardu Induk

Jilid I memuat hal-hal yang berhubungan dengan berbagai aspek pembangkitan tenaga listrikdari tenaga air, mulai dari prinsip-prinsipnya, hubungannya dengan aliran sungai, perencana-an pusat listrik tenaga air (PLTA), bangunan sipilnya, turbin air, pembangkit, pembangunandan pengujiannya bila selesai, sampai kepada operasi serta pemeliharaannya. Jilid II berisiberbagai aspek penyaluran tenaga listrik, antara lain tentang penghantar, isolator, bangunanpenopang, karakteristik listrik, gangguan-gangguan dan pengamanannya, perencanaan dankonstruksinya, serta penyaluran bawah-tanah. Jilid II menyangkut alat-peralatan serta hal-ikhwal dalam gardu induk, misalnya tentang peralatan listrik yang ada, rangkaiannya, isolasi,dan sebagainya. Karena sifat penerbitannya sebagai satu buku, tetapi yang terbagi menjaditiga jilid agar dapat dicapai oleh daya-beli masyarakat, maka apa yang sudah diuraikan dalamjilid yang satu tidak akan dibahas lagi dalam jilid yang lain. Contohnya, koordinasi isolasiyang dibahas dalam Jilid III tidak akan diungkapkan lagi dalam jilid-jilid yang lain, meskipunceritanya berlaku pula di sana.

Buku ini ditujukan kepada masyarakat luas yang ingin mengetahui sedikit-banyak tentangteknik tenaga listrik. Namun, pemanfaatannya secara optimal baru akan terasa bila pembacamemiliki pengetahuan sekurang-kurangnya sederajat dengan pengetahuan sarjana muda tekniktenaga listrik. Dalam rangka partisipasi penulis dalam pembinaan bahasa nasional, makadalam buku ini diusahakan sebanyak mungkin psnggunaan istilah-istilah Bahasa Indonesia,baik yang sudah lazim dipakai, maupun yang di sana-sini baru kadang-kadang saja digunakanoleh para teknisi Indonesia. Apabila dalam hal terakhir ini penulis dianggap terlalu berani,maka penulis bersedia menerima kecaman yang membangun dari para pembaca. Yang pentingadalah bahwa dari kecaman-kecamau ini akan lahir istilah-istilah yang definitip, sehinggalambat-laun Bahasa Indonesia dapat berkembang menjadi bahasa teknik dan ilmu pengetahu-an setaraf dengan bahasa-bahasa lain di dunia. Seperti telah disinggung di atas, buku inimasih jauh dari sempurna. Sebabnya adalah waktu persiapannyayangterlalu singkat, sehinggakurang kesempatan untuk melihat sampai di mana kondisi-kondisi yang berlaku di luarnegeri (terutama Jepang dan Amerika Serikat) dapat diterapkan di Indonesia. Tetapi penulisbeserta rekan-rekannya bersedia mencantumkan nama mereka pada buku ini karena merekayakin bahwa adanya sesuatu pegangan, standar atau ketentuan, lebih baik dari pada ketiadaanpegangan sama sekali. Yang jelas, di dalam buku ini ada satu pegangan yang menurut penda-pat penulis penting artinya bagi kaum teknisi Indonesia, yaitu adanya uraian tentang pemeli-haraan (maintenance) dalam tiap-tiap jilid. Mudah-mudahan dari satu segi ini saja buku inisudah boleh dikatakan ada gunanya.

Sebagai buku pegangan, presentasi dalam buku ini ditekankan pada pokok-pokok yangdiperlukan dalam praktek teknik tenaga listrik sehari-hari. Oleh sebab itu di sini akan lebihbanyak terlihat tabel-tabel dan gambar-gambar dari pada rumus-rumus yang rumit; apabilapersamaan-persamaan diperlukan juga, maka pnurunannya tidak diberikan oleh karena halini sudah ada dalam karya yang direferensikan. Dalam penentuan bahan referensi, yangdipertimbangkan adalah kebenaran isi dan kepentingannya. Meskipun penulis sudah berusahauntuk memasukkan semua karya asli yang penting sebagai referensi dalam buku ini, masihada kemungkinan bahwa beberapa di antaranya belum tersebut. Bila yang terakhir ini terjadi,penulis mohon dimaafkan.

Prakata

Di atas disinggung bahwa pada tahap pertama ini hanya akan diterbitkan sebagian sajadari bahan-bahan yang seharusnya ada dalam suatu buku pegangan tentang teknik tenagalistrik. Bagian-bagian yang lain, misalnya yang menyangkut pembangkitan tenaga listrik daritenaga termis (uap, diesel, gas, nuklir, panas bumi) serta distribusi tenaga listrik akan diterbit-kan pada waktunya, bila keadaan telah memungkinkan. Karena berbagai hal, antara lain,berlakunya Ejaan Bahasa Indonesia Yang Disempurnakan, bagian-bagian yang sudah dapatditerbitkanpun tidak keluar menurut urutan nomor jilidnya. Sangat besar kemungkinannyabahwa Jilid II akan terbit paling awal.

Buku ini merupakan hasil karya sebuah kelompok Jepang-Indonesia yang terdiri dari Dr.S. Kuwahara tersebut terdahulu, dibantu oleh Tuan-Tuan Toshiyasu Tako, Hiroshi Horiedan Bunichi Nishimura, serta pejabat-pejabat Lembaga Masalah Ketenagaan, yakni Ir. IbnuSubroto, Ir. Supartomo, Ir. Komari dan penulis sendiri. Tanpa kerjasama yang baik, bukuini tidak mungkin dapat muncul dalam bentuknya yang sekarang ini. Dalam hal terakhir,kepercayaan penerbit kepada penulis juga merupakan faktor pendorong yang tak ternilaiartinya. Para penulis sangat berterima-kasih kepada Ir. Abdul Kadir, Direktur Utama Peru-sahaan Umum Listrik Negara, atas pengertian yang baik, pemberian izin penerbitan serta sam-butan beliau untuk buku ini; dan kepada Tuan Haruki Watanabe, Penasehat Ahli (PemerintahJepang) pada Lembaga Masalah Ketenagaan, atas bantuan serta jasa-jasanya dalam berbagaibentuk. Penulis Prakata ini berhutang budi kepada kedua orang tuanya yang telah banyakmemberikan dorongan kepada anak-anak mereka untuk maju dan berguna bagi masyarakat.Akhirulkalam, penulis ini ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada isteri dan anak-anaknya yang telah banyak mengorbankan jam-jam rekreasi,hari-hari Minggu dan hari-hari libur untuk kepentingan penulisan buku ini oleh suami danayah mereka; dan khusus kepada isterinya atas pengertiannya yang mendalam serta bantuan-nya yang tak terhingga dalam pengerjaan gambar-gambar, tabel-tabel dan daftar-daftar.

Jakarta, Agustus 1972.

/'"2>r? J.fA. AnrsuuNANDAR

(5)

lj''l

SAMBUTAN

Buku-buku dalam bidang teknik yang ditulis dalam Bahasa Indonesia sedikit sekalijumlahnya. Buku-buku dalam bidang teknik tenaga listrik (electric power engineering) padaumumnya, yang mencakup hal-hal yang perlu diketahui oleh seorang sarjana muda ke ataspada khususnya, boleh dikatakan tidak ada. Padahal, kebutuhan akan buku-buku tadi makinhari makin terasa. Betapa tidak. Permintaan masyarakat akan tenaga listrik melonjak denganpesat, meskipun kemampuan Negara memenuhinya masih terbatas. Sesudah mengalami masasuram sebelum tahun 1966, sekarang sudah mulai terlihat titik-titik terang, meskipun belumsepenuhnya memenuhi harapan masyarakat. Dari Anggaran Pembangunan Lima Tahun(PELITA) Pertama didapatkan dana untuk menambah kapasitas terpasang sehingga jumlah-nya pada tahun 1974 akan mencapai kurang lebih I juta kilowatt. Jumlah anggaran yangdisediakan dalam PELITA Kedua diharapkan akan bertambah besar, berhubung denganmeningkatnya peranan sektor tenaga listrik karena aksentuasi PELITA Kedua, Ketiga, danseterusnya, pada industrialisasi secara bertahap. Dengan perkembangan ekonomi sebesar 7 /osetahun dalam PELITA Kedua, diharapkan akan dicapai laju pertumbuhan sektor tenagalistrik sebesar 12,5/, setahun, sehingga jumlah daya terpasang pada akhir masa PELITAtersebut akan mencapai 1,75 juta kilowatt.

Oleh karena itu, kami menyambut dengan gembira terbitnya buku ini di tengah-tengahkita. BUKU PEGANGAN TEKNIK TENAGA LISTRIK ini berguna sekali bagi merekayang ingin mengetahui sedikit-banyak mengenai teknik tenaga listrik, serta bagi para sarjanadan sarjana muda teknik tenaga listrik yang ingin mempelajari kembali hal-hal yang telahmereka perdapat di bangku kuliah guna kepentingan kerja praktek mereka sehari-hari.Meskipun dalam buku ini masih banyak digunakan ketentuan-ketentuan serta norma-normaluar negeri, tetapi hal ini tidak mengurangi nilainya sebagai buku, karena prinsip-prinsip yangdigunakan tetap berlaku. Penggunaan ketentuan serta norma tadi semata-mata adalah karenabelum adanya ketentuan dan norma Indonesia sendiri. Bila pengaturan di Indonesia kelakdiadakan, maka prinsip yang universil itu tentu saja akan diterapkan pada ketentuan dannorma Indonesia.

Sekian sambutan kami. Kami ucapkan "Selamat" atas terbitnya buku ini. Semoga buku-buku lain menyusul.

Jakara, September 1972 PpnusaselN Uuunt LtsrRIrc NecaneDireksi

t1

s I -/,/-lAtr

ln. Asour KloInDirektur Utama,

DAFTAR ISI

PRAKATA (3)SAMBUTAN ... ,..,.,, (7)DAFTAR TABEL ,..... (15)DAFTAR GAMBAR .. (I7)

BAB 1. UMUM1.1 Prinsip Pembangkitan Tenaga Air ..1.2 Potensi Tenaga Air1.3 Pembangkitan Tenaga Air dan Tenaga Termis1.4 Karakteristik Beban dan Faktor Pusat Listrik1.5 Perkembangan Pusat Listrik Tenaga Air Dewasa Ini . . .1.6 Referensi

BAB 2. PEMBANGKMAN TENAGA AIR DAN ALIRAN SUNGAI2.1 CurahHujandanAliranSungai ....... 9

2.1.1 Curah Hujan 92.1.2 Pengukuran Curah Hujan 92.1.3 Aliran Sungai (Debit) 92.1.4 Hubungan antara Curah Hujan dan Aliran Sungai 10

2.2 kngkung Debit . 102.2.1 Hidrograf 102.2.2 Lengkung Debit. l0

2.3 PengukuranDebitSungai ... ll2.4 Referensi 13

BAB 3. RENCANA PUSAT LISTRIK TENAGA AIRPemilihan Proyek Pusat Listrik Tenaga Air . .3.1.1 Kapasitas Proyek3.1.2 Jadwal Pembangunan ProyekPemilihan Lokasi Pusat Listrik Tenaga Air . .Penentuan Tinggi Jatuh Efektif .. . .3.3.1 Jenis Saluran Air3.3.2 Jenis Waduk atau Vy'aduk PengaturPenentuan Debit Turbin .. . .3.4.1 Debit Maksimum .3.4.2 Jumlah Air PastiDaya yang Dihasilkan oleh Pusat Listrik Tenaga Air . . .3.5.1 Macam Daya yang Dihasilkan3.5.2 Perhitungan Daya .3.5.3 Perhitungan Tenaga yang Dibangkitkan

II)468

3.1 1515t6l6t7l7t7l8l8l8l9l9l9t9

3.23.3

3.4

l

,J

3.5

a2020202t2t2t22))222223232424

3.8

3.9

Daftar Isi

Jenis-Jenis Pusat Listrik Tenaga Air . .3.6.1 Penggolongan berdasarkan Tinggi Terjun yang Ada3.6.2 Penggolongan menurut Aliran Air . . .Waduk dan Kolam Pengatur3.7.1 Waduk3.7.2 Kolam Pengatur3.7.3 Kolam KompensasiPenentuan Jumlah Unit dan Jenis Unit Utama3.8.1 Penentuan Jumlah Unit3.8.2 Penentuan Jenis Unit . , ..:.3.8.3 Penentuan Jenis Poros Tegak atau Mendatar . .3.8.4 Penentuan Kecepatan Putar3.8.5 Penentuan Elevasi Turbin.Referensi

BAB 4. FASILITAS TEKNIK SIPIL4.1 Umum4.2 Bendungan

4.2.1 Macam Bendungan4.2.2 Bendungan Gravitas4.2.3 Bendungan Busur .4.2.4 Jenis Bendungan Urugan4.2.5 Bendungan Rongga4.2.6 Bendungan Jenis Lain

4.3 Fasilitas-Fasilitas yang bertalian dengan Bendungan4.3.1 Saluran Curam Banjir (Saluran Limpah)4.3.2 Pipa Kuras4.3.3 Pintu dan Katup4.3.4 Fasilitas Tambahan Lainnya

4.4 Jalanan Air . . .4.4.1 Bangunan Ambil Air4.4.2 Kolam Pengendap Pasir4.4.3 Saluran Atas .4.4.4 Tangki Pendatar.4.4.5 Saluran Pipa Tekan4.4.6 Saluran Bawah

4"5 Bangunan Sentral

(10)

3.6

3.7

4.5.1 Macam Bangunan Sentral4.5.2 Pusat Listrik Bawah-Tanah4.5.3 Pusat-Pusat Listrik Lainnya

4.6 Referensi

BAB 5. TURBIN AIR5.1 Jenis Turbin Air dan Penggunaannya...

5.1.1 Jenis Turbin5.1.2 Penggunaan Turbin

2525252626293333343435353636363838394l45464647495l

535353

5.35.4

Daftar Isi

Konstruksi Turbin Air . .5.2.1 Konstruksi Turbin Pelton.5.2.2 Konstruksi Turbin Francis5.2.3 Konstruksi Turbin Aliran Diagonal

5.2.5 Pipa LepasKatup Pintu MasukPengatur Kecepatan5.4.1 Pengatur Kecepatan yang Mekanis. . . . .5.4.2 Pengatur Kecepatan Elektro-Hidrolik5.4.3 Pengatur Muka Air5.4.4 Peristilahan Hasil Kerja Pengatur KecepatanPerlengkapan Lainnya5.5.1 Pengatur Tekanan5.5.2 Sistim Penyediaan Minyak TekanKarakteristik Turbin Air ..5.6.1 Kecepatan Jenis .5.6.2 Efisiensi5.6.3 Perubahan Debit dan Efisiensi dengan Perubahan Kecepatan5.6.4 Perubahan Debit, Efisiensi dan Daya dengan Perubahan Tinggi Jatuh5.6.5 Kecepatan Lari .Perubahan TekananPerubahan KecepatanKavitasiPengujian ModelDimensi dan Berat Turbin5.11.1 Dimensi Kasar Turbin Francis5.11.2 Dimensi Kasar Turbin Jenis Aliran Diagonal dan Turbin Baling-Baling. . . .5.11.3 Dimensi Kasar Turbin Pelton5.11.4 Berat Turbin AirReferensi

BAB 6. PERALATAN DAN FASILITAS-FASILITAS LISTRIK

(l l)53535454555657575758

5.5

5.75.85.95. l05.11

6l6t6262626565666667686970111a

7272737475755.12

6.1 Generator ....... 776.1.1 Kelasifikasi Generator 776.1.2 Satuan Dasar . 786.1.3 Konstruksi ....... 796.1.4 Efek Roda Gila .. 806.1.5 Berat Generator Turbin Air 816.1.6 Batas-Batas Pembuatan Generator 8lPenguatan dan Pengatur Tegangan Otomatis 8l6.2.1 Sistim Penguatan 8l6.2.2 Kemampuan dan Tegangan Penguat 826.2.3 Pengatur Tegangan Otomatis 826.2.4 ResponPenguatNominal. ....... 836.2.5 Hubungan antara Sistim Tenaga dan Respon Penguat 836.2.6 Pemuatan Saluran 846.2.'l Keadaan Operasi Mendahului 84

(r2)6.3

6.4

Daftar Isi

Generator Bolak-Balik Majemuk dengan Eksitasi Sendiri6.3.1 Prinsip Generator dengan Eksitasi Sendiri6.3.2 Karakteristik Generator Majemuk dengan Eksitasi SendiriTransformator6.4.1 Jenis dan Konstruksi Transformator ... .6.4.2 Pengenal Transformator .. .6.4.3 Transformator Pemakaian SendiriSistim Hubungan Rangkaian Utama6.5.1 Pemilihan Sistim Hubungan.6.5.2 Contoh Sistim HubunganRangkaian untuk Pemakaian SendiriSistim Kontrol6.7.1 Sistim Kontrol yang Otomatis Sepenuhnya . . .6.7.2 Sistim Kontrol yang Dijalankan oleh Satu Orang6.7.3 Sistim Kontrol Pengawasan Jarak Jauh6.7.4 Sistim Kontrol dengan Tangan6.7.5 Sistim Kontrol Setengah-Otomatis6.7.6 Nomor Alat untuk Peralatan Kontrol OtomatisPanel Hubung, Lemari Hubung dan Ril dalam Kotak Logam6.8.1 Panel Hubung.....6.8.2 Lemari Hubung6.8.3 Ril dalam Kotak LogamAlat Pelindung6.9.1 Perlindungan Generator terhadap Petir6.9.2 Pengetanahan Titik Netral6.9.3 Rele Pengaman . ..

6.10 Referensi .. . .

BAB 7. GEDUNG.GEDUNG DAN FASILITAS PERLENGKAPANNYA

MacamdanJenisBangunanAtas-Tanah ...... l0l7.1.1 MacamBangunanAtas-Tanah ....... l0l7.1.2 Jenis Bangunan Atas-Tanah.... ....... l0lRuang-RuangdiDalamGedungSentral ..... 1037.2.1 Ruang Turbin, Ruang Generator, Ruang Pemasangan dan Ruang

Peralatan Pelengkap Turbin 103r04

104r04

86868788888989898989909t9l9l93

6.5

6.66.7

6.8

6.9

939393939396969797989999

7.1

7.2

7.2.2 Ruang Transformator dan Ruang-Ril7.2.3 Ruang Meja Hubung, Ruang Rele, Ruangan Peralatan Komunikasi

dan Ruang Kabel .7.3 Kran7.4 Sistim Penyediaan Air dan Drainasi . . . . 106

7.4.1 SistimPenyediaanAir.. .. 1067.4.2 SistimDrainasi .... 106

7.5 Pemadam Kebakaran .... 1067.6 Penerangan ,.1067.7 Ventilasi dan Pendinginan ...... 1087.8 Sistim Penyediaan Tenaga untuk Peralatan Pembantu .. . . .. 1087.9 Referensi .... 108

Daftar Isi

BAB 8. PEMBANGUNAN DAN PEMASANGAN MESIN8.1 Persiapan Pembangunan . . ..

8.1.1 Beberapa Cara Pemasangan Mesin dan Peralatan Lainnya8.1.2 Pembelian Mesin dan Peralatan Lainnya

8.2 Jadwal Pembangunan .. .8.3 Prasarana Pembangunan .. ..

8.3.1 Prasarana Tenaga Listrik8.3.2 Prasarana Komunikasi8.3.3 Bengkel Mesin8.3.4 Lain-Lain

8.4 Alat-Alat Berat dan Prasarana Pengangkutan . . . .8.5 Pemasangan Turbin dan Generator

8.5. I Urutan Pemasangan8.5.2 Hal-Hal yang Perlu Diperhatikan dalam Pekedaan Pemasangan

8.6 Pemasangan Kembali dan Pengeringan Transformator8.6.1 PemasanganKembali8.6.2 Pengeringan

8.7 Referensi

(13)

109r09110110nltt2l13l13l13lt3l4n4u6lt9ll9120t2t

BAB 9. PENGUJIAN PADA PUSAT LISTRIK TENAGA AIRPokok-Pokok PengujianPengujian PendahuluanPemeriksaan Sesudah Air Dimasukkan ke Dalam Pipa PesatPemutaran PercobaanPemutaran PengeringanPengukuran Tahanan Isolasi9.6.1 Nilai Minimum Tahanan Isolasi9.6.2 Penentuan Mutu Isolasi dengan Pengujian Arus Searah9.6.3 Penentuan Mutu Isolasi dari Sudut Hilang DielektrikPengujian Kuat DielektrikPengujian Rele Pengaman Secara Menyel uruh..Pengujian Pembuangan Beban9.9.1 Pengukuran Variasi Tekanan Hidrolik . ' l3l9.9.2 Pengukuran Pengaturan Kecepatan .. .. 1329.9.3 Pengukuran Pengaturan Tegangan .. .. . . 132

9.10 Pengujian Daya .. . . 1329.11 Pengujian Penghentian Cepat .... 1339.12 Pengujian Penghentian Darurat serta Pengujian Tanpa-Beban dan Tanpa

9.19.29.39.49.59.6

r23124124125125125

133133134134135135136137139

123123

9.79.89.9

126127127128

Eksitasi9.13 Pengujian Beban.9.14 Pengujian Daya-Guna Turbin

9.14.1 Pengukuran Tinggi Terjun Efektif9.14.2 Pengukuran Debit9.14.3 Pengukuran Daya9.14.4 Perhitungan Daya-Guna Turbin9.74.5 Caru Termodinamika

9.15 Pengujian Daya Pusat Listrik

I(14) Daftar Isi9.16 Perencanaan Tahanan Air9.17 Referensi....

BAB 10. OPERASI DAN PEMELIHARAAN

l0.l Operasi .'.' l4l10.1.1 JenisPekerjaanOperasi .."" l4ll}.l.2 Peraturan Umum Operasi ' ' " l4l10.1.3 Pemeriksaan sebelum Mulai. ' ' ' i4l10.1.4 Petunjuk-Petunjuk Operasi " ' 14210.1.5 Petunjuk-Petunjuk dalam Penghentian Operasi " " 142

lO.2 Operasi Khusus '" " " 142

139140

lO.2.l Pengontrolan Daya Keluar dan Frekwenst10.2.2 Pengaturan Tegangan dan Daya Reaktif

10.3 Pemeliharaan10.3.1 Pekerjaan Pemeliharaan . . .10.3.2 Beberapa Petunjuk untuk Inspeksi Peralatan PLTA

10.4 Peraturan Kerja (Umum)10.4.1 Cara Melaksanakan Pekerjaan dalam Keadaan Gangguan10.4.2 Petunjuk-Petunjuk selama Pekerjaan Berlangsung

10.5 Biaya Pemeliharaan10.6 Onderdil Serep .10.7 Personil Operasi dan Pemeliharaan .

DAFTAR ISTILAH

142143144144t44t47147147147148150

151

I,)

3456789

l0llt213t4l5l6t718t9202l222324252627

DAFTAR TABEL

Sejarah Penyelidikan Potensi Tenaga Air untuk Listrik di JepangPotensi Ekonomis Tenaga Air untuk Listrik di Beberapa Negara di DuniaDaya Terpasang dan Produksi Listrik di Dunia (1965)Faktor Beban untuk IndustriFaktor Beban Tahunan di Beberapa Negara di Dunia (1964)Pusat Listrik Tenaga Air dengan Kapasitas BesarPusat Listrik Tenaga Air Dipompa di JepangCurah Hujan Tahunan Beberapa Kota di DuniaKapasitas Tangki Minyak TekanEfisiensi Turbin PeltonEfisiensi Tambahan untuk Turbin PeltonEfisiensi Turbin Francis dan KaplanEfisiensi Tambahan untuk Turbin Francis dan Kaplan

Kecepatan Putar Sinkron dari Generator (rpm)Kelebihan Kapasitas PenguatDaftar Nomor Alat..Jenis-Jenis Panel Hubung untuk PLTA ..Contoh Pengujian Impuls pada Generator. . .Contoh Karakteristik Arester untuk Generator. . .Standar Jepang untuk Kran Gerak Atas Kecepatan RerrdahContoh Peralatan Pemadam Kebakaran untuk PLTAContoh Rekomendasi Intensitas PeneranganLembar Catatan Percobaan Pembuangan Beban

))35567

10646666666669788394969898

105r07107129140145148

Hubungan antara Kadar GaramContoh Frekwensi Inspeksi dan

dan Tahanan JenisPerbaikan Turbin Air dan Generator pada PLTA

Onderdil Serep untuk PLTA

DAFTAR GAMBAR

1 Lengkung Beban Harian2 Contoh Lengkung Debit3 Alat Ukur Arus4 Pengukuran dengan Alat Ukur Arus .5 Pengukuran dengan Alat Ukur Apung6 (a) Bendungan Gravitas Sakuma (Penampang)

(b) Bendungan Gravitas Sakuma (Tampak Hilir)(c) Bendungan Gravitas Sakuma(a) Bendungan Busur Ikehara (Tampak Atas) .(b) Bendungan Busur Ikehara (Tampak Hilir dan Penampang Melintang)(c) Bendungan Busur Ikehara(a) Bendungan Urugan Mihoro (Penampang) ....(b) Bendungan Urugan MihoroBendungan TanahBendungan Gravitas Rongga (Hatanage No.l) .Saluran Curam Banjir pada Bendungan Beton (Taki) .Pintu Air Limpah Silindrik (Taki)Pintu Tainter (Tagokura) ....Bangunan Ambil Air Jenis Menara

4llt2t2t3272829303l3r323233343436363738

8

9l0llt213t415r6t718t9202t2223242526272829303l32333435363738

Kolam Pengendap PasirBangunan Salur AirTangki PendatarPipa PesatPipa Pesat PLTA TagokuraPLTA Bawah Tanah MihoroBeberapa Macam PLTA Bawah TanahPLTA Dipompa Bawah Tanah (Nagano)Pemilihan Jenis Turbin AirKonstruksi Turbin PeltonKonstruksi Turbin FrancisBentuk Sudu-Antar Turbin FrancisKonstruksi Turbin Aliran Diagonal.Konstruksi Turbin KaplanTurbin Tabung (Turbin Kaplan Jenis Poros Mendatar)Pemilihan Jenis Katup (Pintu) MasukKatup Kupu.Katup PutarKatup Pintu AirIlustrasi Fungsi Pengatur Kecepatan MekanisSusunan Pengatur Kecepatan Elektro-Hidrolik Jenis Tabung ElektronikHubungan antara Pengaturan Kecepatan dan Penurunan Kecepatan ....Bentuk Lengkung Efisiensi menurut Jenis Turbin dan Cepat JenisnyaEfisiensi dan Debit sebagai Fungsi Perobahan Kecepatan

3940424348495053545555555556565858585959626667

(l 8)

39404t

Efisiensi, Debit dan Daya ke Luar sebagai Fungsi perubahan TinggiPerubahan Tekanan sebagai Fungsi nHubungan antara o dan n, untuk(a) Turbin Francis(b) Turbin Kaplan

42 (a) Hubungan antara Tinggi di atas Permukaan Laut dan Tekanan Atmosfir(b) Hubungan antara Suhu Air dan Tekanan Uap .Contoh Hasil Pengujian Efisiensi pada ModelContoh Hasil Pengujian Kavitasi pada ModelKoefisien Dimensi Rotor Turbin FrancisDiameter Rotor Turbin Francis di Tempat Air Keluar (Dr) .Koefisien Dimensi UtamaKoefisien Dimensi Rumah Siput .Koefisien Dimensi Turbin Kaplan dan Jumlah Bilah RotorBerat Turbin Air. . .Kelasifikasi Generator menurut Posisi Bantalannya(a) Jenis Biasa(b) Jenis Payung(c) Jenis Setengah-Payung. .(d) Jenis Penunjang BawahGenerator-Turbin Air Jenis Poros TegakContoh Karakteristik Generator dengan Belitan TunggalHubungan antara GDz dan Berat GeneratorBatas Pembuatan Generator . . .Penguatan (Excitation) dengan Penguat Searah(a) Jenis Shunt Tunggal..... g2(b) Jenis Kombinasi Z2

Daftar Gambar

67697t

7t7t7343

M45464748495051

7l71

828283

73747474747575777177

7779798l8l82

8585868788909t9697

102

5253545556

575859606t6263646566676869707t7273747576777879

Generator Bolak-Balik dengan Eksitasi SendiriGenerator Bolak-Balik Tanpa-SikatRespon Penguat NominalBatas Stabilitas Keadaan Tetap (Tanpa Respon Cepat AVR)Batas Daya Keluar GeneratorGenerator Bolak-Balik Majemuk dengan Eksitasi SendiriBerbagai Sistim Generator Bolak-Balik Majemuk dengan Eksitasi SendiriContoh Percobaan Simulasi TransmisiContoh Sistim Hubungan Rangkaian Utama.Contoh Rangkaian Pemakaian SendiriRil dalam Kotak LogamHubungan Kapasitor PelindungGedung Sentral Pasangan DalamGedung Sentral Pasangan Setengah-Luar ... ... lO2GedungSentralBawah-Tanah....

...... I03LamanyaPemasanganFasilitasPlTA .. lll

Contoh Jadwal Pemasangan Peralatan PLTA .. llzUrutanPekerjaanPemasanganpadaPLTA .... llg

Cara Pemusatan . ... ll9

Cara Pengeringan Hampa Udara dengan Sistim Sirkulasi . . . . l2l

Hubungan antara Tahanan Isolasi dan Suhu Gulungan . . .. .. 126

tan d sebagai Fungsi dari Tegangan Pengujian . . n6

Osilogram Pengujian Pembuangan Beban ...... lZ8

808182838485

Daftar Gambar

Tinggi Terjun Efektif suatu Turbin ReaksiTinggi Terjun Efektif suatu Turbin ImpulsTahanan Air...Pengatur Daya Reaktif Otomatis (AQR)Biaya Perbaikan Umum untuk Peralatan PLTAHubungan antara Kapasitas PLTA dan Jumlah Karyawan yang Diperlukan .. .. . .

(le)134134139143148150

BAB 1. UMUM

1.1 Prinsip Pembangkitan Tenaga AirPembangkitan tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air

dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakanturbin air dan generator. Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkanrumus berikut:P: 9,8 r10 GW)di mana P : tenaga yang dikeluarkan secara teoritis

11 : tinggi jatuh air efektif (m)0 : debit air (m3/s)

Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh darigenerator dengan daya yang keluar secara teoritis.

perkalian efisiensi turbin dan

Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkanadalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air; oleh karena itu berhasilnya pembangkit-an tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debityang besar secara efektif dan ekonomis. Pada umumnya debit yang besar membutuhkanfasilitas dengan ukuran yang besar untuk, misalnya, bangunan ambil air (intake),saluran air dan turbin; oleh karena itu tinggijatuh yang besar dengan sendirinya lebihmurah. Di hulu sungai di mana pada umumnya kemiringan dasar sungai lebih curamakan mudah diperoleh tinggi jatuh yang besar. Sebaliknya di sebelah hilir sungai, tinggijatuh rendah dan debit besar. Oleh karena itu bagian hulu sungai lebih ekonomis,sedangkan bagian hilirnya kurang ekonomis mengingat tinggi jatuh yang kecil dandebit yang besar tadi. Lagi pula di bagian hilir tersebut penduduknya padat, sehinggaakan timbul masalah pemindahan penduduk, dan karena itu dalam banyak hal takdapat dihindari tambahnya biaya untuk konstruksi. Akhir-akhir ini giat dilakukanpengembangan sungai secara serba-guna (multipurpose) dan serentak di daerah hilirsungai. Bangunan-bangunan air semacam itu pada umumnya dipergunakan untukberbagai kepentingan, misalnya, untuk pengaturan banjir, perairan kota, industri,pengairan dan pembangkitan tenaga. Jika biaya pembangunannya dapat dipikulbersama oleh karena digunakan untuk banyak tujuan, maka mungkin untuk meman-faatkan sumber-sumber alam itu secara ekonomis; sebaliknya, biaya tersebut akanmenjadi mahal kalau dipergunakan hanya untuk satl tujuan saja, misalnya untukpembangkitan tenaga listrik.

1.2 Potensi Tenaga AirSebagaimana disebutkan di atas, pembangkitan tenaga air tergantung pada kondisi

geografis, keadaan curah hujan dan areal (penampungan) aliran (catchment area). Jadi,pembangunan pembangkit tenaga air dapat dilaksanakan di banyak daerah dengan skalakapasitas yang bermacam-macam. Di Kanada, Norwegia dan Swedia, misalnya, tenagaair merupakan sumber tenaga utama. Ditinjau dari segi luasnya daerah, Jepang danIndonesia dikaruniai dengan kekayaan akan sumber-sumber tenaga air yang besar.

Untuk mengembangkan sumber-sumber tenaga air secara wajar, perlu diketahui

(l)

'tF

Bab L Umumsecara jelas seluruh potensi sumber tenaganya. Jumlah potensi tenaga air di permukaantanah disebut potensi tenaga air teoritis, sumber-sumber yang dapat dikembangkanditinjau dari segi teknis disebut potensi tenaga air teknis, sedangkan sumber-sumberyang dapat dikembangkan secara ekonomis disebut potensi tenaga ait ekonomis.

Pada umumnya potensi tenaga air ekonomislah yang dianggap sebagai potensitenaga air. Namun dengan kemajuan di bidang teknologi dan perubahan konsep tentangekonomi potensi tenaga air, maka kategori potensi tenaga air ekonomis dan potensitenaga air teknis diperluas hingga meliputi potensi tenaga air teoritis, dan tidak adaperbedaan yang tegas di antara ketiganya. Perbandingan antara potensi tenaga airteknis dan ekonomis terhadap potensi tenaga air teoritis diperkirakan, berturut-turut,adalah 34-40% dan 20-30\, berubah-ubah tergantung pada tingkatan teknik danekonomi setempat. Penyelidikan di Jepang mengenai perubahan potensi tenaga airdiperlihatkan dalam Tabel l. Potensi tenaga air ekonomis dari sebagian besar negara-negara di dunia diperlihatkan dalam Tabel 2. Dengan kemajuan-kemajuan yang telah

Tabet 1. Sejarah Penyelidikan Potensi TenagaAir untuk Lishik di Jepang

Penyelidikan Masa TahunSudah

Dibangun*Belum

Dibangun Jumlah

(MW) (Mw) (Mw) (Gwh)PertamaKeduaKetigaKeempat

1910-191 3t9t8-19221937-19411956-1959

4801.0306.566

t4.116

2.9406.400

13.47421.254

3.4207.430

20.04035.370 130.000

+ Termasuk yang sedang dibangun

dicapai oleh pusat-pusat listrik Tabel 2'tenaga termis dan nuklir dengankapasitas yang besar akhir-akhirini, diharapkan akan timbul kele-bihan tenaga listrik pada waktutengah malam pada waktu yangakan datang. Surplus tenaga listrikitu, karenanya dapat dimanfaat-kan untuk memompa air ke ataskembali ke kolam tando(pumped-storage), untuk digunakan kee-sokan harinya. Karena itu halitu perlu diselidiki penerapannyalebih lanjut, juga dengan memakaiair laut dan dalam hubungannyadengan pengembangannya secaraserba-guna, sehingga dengan

Potensi Ekonomis Tenaga Air untuk Listrikdi Beberapa Negara di Dunia

Negara Potensi Ekonomis TenagaAir (Gw)Uni Soviet I 1.100Amerika Serikat I 648(termasuk Alaska) |Kanada I zr aJepang i 130Norwegia I tOSSwedia I 85Perancis I 76Italia I 60Austria I qlSwisIffJerman Barat I 25

demikian potensi tenaga air ekonomis dapat dipastikan akan menjadi lebih besar.

1.3 Pembangkitan Tenaga Air dan Tenaga TermisJumlah kapasitas terpasang dari peralatan pembangkit tenaga dan jumlah

pembangkitan tenaga listrik di berbagai negara di dunia diperlihatkan dalam Tabel 3.

N.

NegaraDaya TerpasanS (MW)

Produksi006 kwh)Tenaga

AirTenagaTermis

Jumlah

JepangAmerika SerikatUni SovietInggrisJerman BaratKanadaPerancisItaliaSwediaIndiaSwisIndonesia*

16.3014.49222.24t.7Q4.O72

2t.77112.68314.2979.0703.5708.120

309

24.948zto.o2892.7447.58t36.5627.577

t5.526I1.0572.2453.955

380480

41.005254.520I14.98849.341q.$429.34828.2092s.35411.3158.3978.500

789

192.1231.157.583

s06.709196.027t723N144.274101.25582.96849.09335.98024.462

2.498

* Data tahun 1972 dari Perusahaan Umum Listrik Negara dan Perusahaan Umum Otorita Jatiluhur

1.3 Pembangkitan Tenaga Air dan Tenaga TermisTebel 3. Daya Terposang dan Produksi Listrik di Dunia (1965)

Di Jepang, sebegitu jauh pembangkitan tersebut ditekankan pada pembangkitan tenagaair. Pemikirannya di Jepang waktu itu adalah agar sumber-sumber teflaga air dapatdimanfaatkan dengan baik, dipakai debit yang lebih besar dari aliran air sungai sebagaidebit maksimum dari Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA). Pusat Listrik Tenaga Termis(PLTT) waktu itu dianggap lebih ekonomis untuk memenuhi kebutuhan akan tenagapada waktu musim kemarau dan pada waktu beban puncak.

Untuk membangun PLTA diperlukan beaya yang besar dan waktu yang lama,tetapi sesudah selesai biaya operasinya rendah. Selama tekno-ekonomis memungkinkan,kiranya akan lebih menguntungkan untuk terus membangun PLTA, oleh karenapembangkitan tenaga termis, walaupun lebih murah pembangunannya, tetapi tidaktahan lama dan tambahan lagi masih memerlukan bahan bakar sehinggabiaya opera-sinya mahal.

Keuntungan-keuntungan dari kedua macam pembangkit tenaga hendaknya dapatdikombinasikan, sehingga dengan demikian dapat dimanfaatkan secara effektif sumber-sumber tenaga air yang ada. Namum dalam tahun-tahun terakhir ini lokasi yangmenguntungkan bagi pusat listrik tenaga air lebih sulit diperoleh di Jepang, sehinggamengakibatkan harga listrik per kWh menjadi lebih tinggi. Sebaliknya teknologipembangkitan tenaga termis telah mengalami kemajuan yang pesat. Dengan memakaimesin-mesin dengan temperatur dan tekanan tinggi, kapasitas tiap unit pembangkittenaga termis menjadi semakin tinggi. Jadi, efisiensi pembangkit tenaga termis dapatdipertinggi dan biaya konstruksinya terus menurun. Namun demikian alat-alatbertekanan dan bersuhu tinggi tidak sesuai untuk operasi "start-and-stop" yang seringharus dilakukan dan variasi beban secara cepat.

Oleh karena itu akhir-akhir ini di luar negeri ada kecenderungan untuk membangunPLTT dengan beban yang tetap, untuk memikul beban dasar; sedangkan untukmemenuhi beban puncak dipergunakan PLTA dengan waduk atau sistim kolam tandoyang dapat diatur. Untuk dapat memanfaatkan sumber-sumber tenaga air yang sangatterbatas tadi dengan efektif, waduk itu dibuat sebesar-besarnya. Karena kapasitas tiapunit dari PLTT juga menjadi semakin besar, maka secara keseluruhan prosentasekapasitas terpasang PLTT menjadi semakin tinggi dibanftngkan dengan jenis-jenis

1,4

Bab L Umumpusat listrik yang lain. Di Jepang dalam tahun 1968, 70fu dali seluruh kapasitas terpa-sangnya merupakan pusat listrik tenaga termis. Di Indonesia perbandingannya dalamtahun 1972 adalah PLTA 39,2%, PLT Diesel 27,0%, PLT Uap 28,5% dan pLT Gas5,3%."

Cara operasi di atas, yaitu yang memanfaatkan keuntungan-keuntungan pembang-kitan tenaga air dan tenaga termis banyak diterapkan di berbagai negara, terutama dinegara-negarl yang tidak mempunyai sumber-sumber tenaga air yang melimpah-limpah. Oleh karena itu penerapannya di Indonesia perlu dipelajari lebih mendalam,mengingat bahwa potensinya diperkirakan mencapai 28.000 MW.2) Teknologi pembang-kitan tenaga nuklir terus mengalami kemajuan, sehingga mengakibatkan biayapembangunan PLTN terus menurun. Untuk unit sebesar 600 MW biaya pembangu-nannya dapat ditekan menjadi kurang lebih $230/kW.3)Karenaitupembangkitantenaganuklir pada waktu ini banyak dibangun di beberapa negara, sehingga dalam waktudekat ini dapat diharapkan bahwa pembangkit tenaga nuklir akan merupakan mayoritasdari pembangkit-pembangkit tenaga yang ada. Jumlah kapasitas PLTN dalam tahun2000 diperkirakan akan mencapai 50\ dari jumlah kapasitas terpasang di dunia.a)Sekarang terlihat kecenderungan untuk mempergunakan pembangkit listrik tenaganuklir untuk memenuhi beban dasar dan PLTA dipompa (pumped storage) untukmemenuhi kebutuhan pada waktu beban puncak.

Kecuali itu ada jenis pembangkitan tenaga termis lain, yaitu yang memanfaatkantenaga yang berasal dari panas bumi (geothermal energy). Pusat Listrik Tenaga PanasBumi (PLTP) memanfaatkan uap atau air panas yang berasal dari dalam bumi secaralangsung atau tidak langsung guna memutar turbo-generator pembangkit tenaga listrik.PLTP mengkombinasikan keuntungan PLTU yang biaya investasinya relatip murahdan keuntungan PLTA yang biaya operasinya relatip murah. Penerapannya di lndonesiadewasa ini sedang dipelajari dengan seksama, mengingat bahwa potensinya diperkirakancukup besar (di Jawa saja 7000 Mw).s'}

Karakteristik Beban dan Faktor Pusat Listrik

Mengingat bahwa tenaga listrik tak dapat disimpan, maka perlu dijamin agar dayayang dibangkitkan oleh generator sama dengan kebutuhan (beban). Pada umumnyabeban selalu berubah sehingga daya yang dihasilkanoleh generator selalu harus disesuaikan dengal s0aobeban yang berubah-rubah tersebut' Beberapakarakteiistik beban dan faktor pusat listrik (plant /wufactor) akan dijelaskan lebih lanjut. 6000

Lengkung beban (load curve) menunjukkanvariasi dari beban setiap saat. Bentuk lengkungboban tersebut tergantung dari jenis beban yangada. Dalam banyak hal dipergunakan lengkungbeban untuk 24 jam dalam sehari dan disebutlengkung beban harian. Demikian pula dipakailengkung beban bulanan dan tahunan. Lengkungbeban ini merupakan unsur dasar yang penting,bukan saja untuk operasi sistim tenaga, tetapi jugasebagai bahan perancangan, pertimbangan-pertim-bangan ekonomis pembangkitan, dan sebagainya.Sesuatu contoh lengkung beban dapat dilihat dalamGbr. 1.

^ 5000

'i [email protected]'' 3000

o

Gbr. 1

6L2IE21Jritr

kngkung Bebetr II$irD.

\

L 5 Perkembangan Pusat Listrik Tenaga Air Dewasa IniLengkung lama beban (load duration curve) dibuat dengan mengatur lagi beban

pada lengkung beban dalam suatu urutan mulai dari yang besar sampai ke yang kecil,tanpa memperhatikan waktu. Lengkung ini dipergunakan bersama-sama denganlengkung beban.

Faktor beban (load, factor) adalah perbandingan antara beban rata-rata dalamsuatu jangka waktu tertentu dan beban maksimum dalam jangka waktu tersebut.Jangka waktu tersebut mungkin sehari, sebulan ataupun setahun. Dengan demikianada faktor beban harian, bulanan, dan tahunan. Faktor beban itu berbeda-beda sesuaidengan macam beban, musim, situasi sosial pada umumnya, dan lain-lainnya. Faktorini sangat penting untuk dapat mengetahui ciri-ciri dari beban. Tabel 4 menunjukkanfaktor beban dari beberapa industri, dan Tabel 5 menunjukkan faktor beban tahunandi negara-negara besar di dunia.

Tabel 4. Faktor Beban untuk Industri Tabel5. Faktor Beban Tahunan di Bebe-rapa Negara di Dunia (1964)

IndustriFaktor Beban

Bulanan(%)

Tambang BatubaraMakananTekstilKertasKimiaPengilanganMinyakKeramikBesi dan BajaAluminiumMesin

60-7050-6s55-8570-8070-90

75-80

@-8540-6590-9520-50

Faktor pusat listrik (plantfactor) adalah perbandingan antara dayaruta-rata dalamjangka waktu tertentu (biasanya setahun) dan jumlah kapasitas terpasang pada suatupusat listrik. Faktor pusat listrik menunjukkan bagaimana peralatan listrik telahdimanfaatkan; faktor ini dipakai sebagai standar dalam membuat penilaian ekonomisdari pusat listrik. Faktor ini dapat dipakai juga untuk menunjukkan dan menentukanketepatan kapasitas dari peralatan. Nilainya sekarang menjadi semakin kecil, karenabanyak PLTA yang kini hanya bertugas memenuhi kebutuhan beban puncak. Sebagaicontoh dapat dikemukakan bahwa pada PLTA pompa perbandingannya kadang-kadang tidak lebih dari l0l.

Beban pada suatu sistim tenaga terjadi karena adanya permintaan tenaga yangsifatnya berbeda-beda. Karenanya karakteristik beban tergantung dari permintaan inidan beberapa kondisi lainnya, misalnya, cuaca, musim, situasi sosial dan keadaanekonomi. Dalam suatu sistim tenaga di mana kebutuhan listrik untuk penerangan besar,variasi beban dalam satu hari juga besar, dengan puncaknya pada waktu petang hari.Lengkung beban akan menunjukkan garis yang hampir datar, apabila langganankebanyakan adalah industri listrik dan kimia. Variasi karena musim lain lagi sifatnya;pada musim panas umumnya beban rendah, sedangpada musim dingin besar. Walaupuntidak sama untuk tiap negara, namum pada umumnya beban puncak maksimum dalamsatu tahun terjadi dalam bulan Desember. Di Jepang akhir-akhir ini beban puncakmaksimum terjadi dalam bulan Agustus, karena permintaan untuk pendinginan (airconditioning) menunjukkan kenaikan yang sangat tajam.

Negara Faktor BebanTahuna'n

Amerika SerikatPerancisAustriaBelgiaJerman BaratItaliaInggrisJepang

64,266,275,563,759,468,550,266,9

6 Bab I. Umum1.5 Perkembangan Pusat Listrik Tenaga Air Dewasa Ini

Pembangkitan tenaga air akhir-akhir ini menunjukkan ciri-ciri pengembangannyasecara besar-besaran, konstruksi dam yang tinggi, kapasitas unit yang makin besar danpenggunaan teknologi terbaru. Juga terlihat peningkatan kecenderungan dalampembangunan pembangkit tenaga yang digabungkan dengan keperluan irigasi ataupengendalian banjir (proyek serba-guna).

Tabel 6. Pusat Listrik Tenaga Air dengan Kapasitas Besar

Dengan bertambah majunya teknik pekerjaan sipil sebagai akibat mekanisasi makaproyek-proyek kemudian dikembangkan secara ekstensip dan besar-besaran. Tabel 6menunjukkan pusat-pusat listrik tenaga air berkapasitas besar yang ada di dunia ini.Beberapa di antaranya mempunyai kapasitas melebihi 5.000 MW. Sampai beberapatahun yang lalu hampir semua bendungan konvensionil adalah dari jenis gaya berat(gravity type), namun akhir-akhir ini beberapa jenis lain telah digunakan, sepertibendungan busur (arch dam) dan bendungan urugan batu (rock-fill dam), yang disesuai-kan dengan keadaan topografi dan geologi setempat dan menghasilkan biaya konstruksiyang rendah.

Dewasa ini makin banyak terlihat penggunaan PLTA yang airnya dipompa ke ataswaktu bebannya rendah (pumped storage). Sistim ini sangat menguntungkan untukmemenuhi kebutuhan sistim tenaga listrik; beban dasar dan beban puncak dipenuhi,masing-masing oleh pembangkit tenaga termis berkapasitas tinggi dan tenaga air.Dengan demikian, maka kombinasi antara kedua sistim ini dapat dilakukan denganstabil dan ekonomis. Tabel T menunjukkan contoh-contoh kombinasi yang terdapat diJepang.

Perkembangan lain adalah pembangunan PLTA di bawah tanah. Kadang-kadang

P.L.T.A. NegaraDaya TerpasanC (MU/)

Mulai BeroperasiKeadaanAkhir

KeadaanSekarang

KrasnoyarskBratskSolteira Island

NurekVolgogradHigh AswanKuibyshevPortage MountainIron Gate

Grand CouleeRobert Moses,NiagaraSt. LaurenceGuriDalles

Day

Uni SovietUni SovietBrasilAmerikaSerikatUni SovietUni SovietMesirUni SovietKanadaAmerikaSerikatAmerikaSerikatAmerikaSerikatKanadaYenesuelaAmerikaSerikat

6.0004.5003.200

2.700

2.7W2.5762.M23W2.300

2.050

1.974

1.950

t.8241.754

1.749

6.000oyr.350

2.5762.m2.3W1.150

1.974

1.950

l.8vt527

1.1 19

Sedang dibangunt96t

Sedang dibangun

-il-_il_

1958Sedang dibangun

1955Sedang dibangun

1962

t94t

1961

1958Sedang dibangun

1959

1.5 Perkembangan Pusat Listrik Tenaga Air Dewasa Ini

|!st.o

Rilr*b.&

t\s=E{

E

to0claa)n

6laoe

(E006la)tr,llo

F1

al0e

t.q)

H

\\{E>osil{()l\!ss\igIra,S

I6isRrril>tO

I

'tEo-c'ii

.(6ahts

ddth9h60\o\h\oEE\O\O\Oo\ o\ o\ o\ o\ o\ o\ o\ o\ o\

oo

(,o(too

o.loottc.lrirt

xi seO (5>>h 6h h \o\o

or 6\0 t o\o hh oo oo o\o\ oo

o> o> o> o> o> o> o>o>o>o>l)2

d

oA6d

-o

F

:rE Noo*tan-ct8EEo= o11 E],

hn88 88 88 83 88 88 Fr 88 E.B FF6rA d\6\ NN Oo e.lN Noli N ra OO @\t OO OO 6n Oo OO ioe.t: Q6 c{N OO OO t$ al O\O\ r\O

S.5 =

,E _b'5FF

nhoH NH Ho on rh Oio o\O rj- hr 9@Or N+ OO rr 6 NO h O- 66 6oNN de.t

$:eO [email protected] o"q o.o- .\\o- dis"

1.6

Bab 1. Umumsistim ini merupakan jalan keluar dalam pemilihan jenis-jenis pembangkit tenaga yangtepat dan ekonomis oleh karena beberapa macam keadaan, misalnya, keadaan geologi,topografi, cuaca, dan lain-lain. Dalam banyak hal PLTA dipompa ditempatkan dibawah tanah untuk menghindari timbulnya kavitasi.

Dengan berkembangnya teknik pembuatan dan dengan demikian juga keandalanhasilnya, maka kapasitas tiap unitnya dapat ditingkatkan. Agar dapat dibangunpembangkit-pembangkit tenaga secara ekonomis, telah banyak direncanakan unit-unityang besar (sampai 500-600 MW).

Dalam pengembangan peralatan telah dapat dikembangkan turbin diagonal danturbin-pompa yang dapat dibalik (reversible). Pengaturan dari iauh (remote control)telah diterapkan, sehingga beberapa PLTA dapat dikontrol dari satu pusat pengatur.

Referensi

Di dalam Bab ini digunakan referensi terhadap karya-karya (dalam naskah dinya-takan sebagai angka-angka "superscript") berikut ini:l) Grafik-Grafik Tahun Kerja 1972, Perusahaan Listrik Negara Pusat, Jakarta, 1973.

Data untuk PLTA ditambah PLTA Juanda sebesar 125 MW.2) C. S. Hutasoit "sebuah Studi tentang Sumber-Sumber Tenaga di Indonesia",

Publikasi LMK, Mon. No. 06-ER-68, 1968.3) M. A. Khan, J. T. Roberts, "small and Medium Power Reactors: Technical and

Financial Requirements" Proceedings, Fourth International Conference on thePeaceful Uses of Atomic Energy, UN and IAEA, 1971, vol. 6,hal. 57.

4) Nuclear Power and the Environment, IAEA and WHO, 1972,hal- 4.5) H. Tsvi Meidav, Report on Geothermal Prospects of Indonesia, United Nations, New

York, July 1972.

2.1

BAB 2. PEMBANGKITAN TENAGAAIR DAN ALIRAN SUNGAI

Curah Hujan dan Aliran Sungai2,1.1 Curah Hujan

Angin yang mengandung uap air dan naik ke atas, karena suhu yang makinrendah, kemudian mengembun dan berkumpul. Kumpulan embun tersebut membentukawan. Kumpulan embun ini bergabung menjadi titik-titik air dan kemudian jatuh ketanah.

Pada umumnya, jatuhnya titik-titik air ini disebut hujan, dan jumlah hujan yangjatuh disebut curah hujan (precipitation). Salju, badai, dan lainJain, yang telah berubahmenjadi air harus.ditambahkan pada curah hujan. Sebagian dari curah hujan tadimenghilang karena menguap atau karena meresap ke dalam tanah. Sebagian lagimengalir pada permukaan tanah menuju ke sungai-sungai. Ada hubungan tertentuantara curah hujan dan aliran sungai, meskipun hal ini tergantung kepada keadaangeologis dan hutan di sekitar sungai. Perbandingan antara curah hujan dan aliransungai disebut faktor kedap (run-off coefficient).

2.1.2 Pengukuran Curah Hujan

Curah hujan dinyatakan dengan tingginya air dalam suatu tabung, biasaya dalammm. Untuk mengukur curah hujan digunakan alat ukur hujan (rain gauge); yangdikenal, antara lain, adalah alat ukur hujan yang dapat mengukur sendiri dan alatukur hujan biasa. Alat pengukur hujan biasa, digunakan untuk mengukur curah hujandalam satu hari dan kurang tepat untuk mengetahui intensitasnya dan lamanya hujan ituberlangsung. Alat pengukur hujan yang mencatat sendiri sesuai untuk mengukurintensitas dan lamanya hujan. Alat ini sangat cocok dan tepat untuk pengukuran hujandenganjangka waktu yang lama di daerah-daerah pegunungan di mana para pengamatsulit untuk tinggal lama di daerah itu. Dewasa ini jenis tersebut banyak digunakan diwaduk-waduk besar di hulu sungai. Tabel 8 menunjukkan curah hujan tahunan dibeberapa tempat di dunia.

2,1.3 Aliran Sungai (Debit)

Yang dimaksud dengan aliran sungai atau debit adalah jumlah air yang mengalirmelalui suatu penampang sungai tertentu per satuan waktu. Debit dipengaruhi olehbeberapa faktor, misalnya, oleh curah hujan, keadaan geologi, flora, temperatur, danlain-lain, di sebelah hulu sungai. Debit selalu berubah dari musim ke musim dan darihari ke hari. Kecenderungan karakteristik dan besarnya debit secara kasar dapat di-ketahui dengan pengamatan dalamjangka waktu yang lama. Pengukuran debit sungaisangat penting untuk dapat menentukan tenaga yang dihasilkan oleh pusat listriktenaga air. Pengetahuan tentang debit pada waktu banjir mutlak diperlukan untukkeamanan dalam perencanaan dan pembangunan PLTA. Untuk maksud ini sangatperlu diadakan pengamatan debit banjir untuk jangka waktu yang cukup lama. Di

t0 Bab 2. Pembangkitan Tenga Air Dan Aliran SungaiTabel E. Ctrah Hujan Tahnnan Beberapa Kota di Dunia

Jepang data-data sebagai hasil observasi jangka panjang ini dapat diperoleh mengingatadanya jaringan observasi di seluruh negara yang berjumlah kira-kira 800 buah. Padaumumnya hanya data-data lebih dari l0 tahun saja yang dapat dipergunakan untukperencanaan PLTA. Apabila data semacam itu tidak dapat diperoleh, maka perludibuat perkiraan atas dasar data-data lainnya, misalnya data-data aliran yang diukurdi tempat lain dengan kondisi yang sama, atau data-data curah hujan.

2,1.4 Hubungan antara Curah Hujan dan Aliran Sungai

Sebagian dari air hujan mengalir pada permukaan tanah menuju ke sungai. Yanglain menguap atau meresap ke dalam tanah dan diisap oleh akar tanaman atau menjadiair tanah. Hubungan antaru curah hujan dan aliran sungai tergantung dari berbagaifaktor antara lain, sifat menahan air dari tanah (misalnya karena adanya pohon-pohonan, keadaan tanah pada permukaan, apakah bergunung-gunung atau merupakandaerah yang telah dikerjakan), keadaan geologi, curah hujan, waktu datangnya hujan,dan lain-lain. Oleh karenanya sulit sekali untuk menjelaskan hubungan itu dengan carayang sederhana. Dalam banyak hal faktor kedap adalah kira-kira di atas 80/" untukhujan lebat, dan di bawah 40/o untuk hujan gerimis.

2.2 Lengkung Debit2,2.1 Hidrograf

Hidrograf adalah lengkung yang menunjukkan aliran air sehari-hari, diukur padasuatu titik pengamatan tertentu selama jangka waktu 365 hari dalam setahun. Harinyadinyatakan pada sumbu horisontal dan aliran air pada sumbu vertikal. Hidrograf inisebaiknya dibuat sesuai dengan bentuk tertentu. Pada hidrografitu cuaca, temperatur,curah hujan dan permukaan air pada alat pengukurjuga dicatat.2.2.2 kngkung Debit

Untuk menyelidiki aliran sungai, maka lengkung debit (duration curve) harusdibuat berdasarkan hidrograf agar dapat diketahui dengan jelas kondisi dari aliransungai tersebut. Hal ini diperlukan untuk mengetahui aliran sungai yang dapat diguna-kan dalam 365 hari. Lengkung debit mempunyai jumlah hari 365 pada sumbu horisontal

Tempat Curah HujanTahunan (mm) TempatCurah Hujan

Tahunan (mm)Bandung (1962)BangkokBerlinBogor (1964)DenverJakarta (1967)KairoKaraciMelboumeMoskow

2.3991.247

5873.592

361r.899

2820765234

New YorkPekingRangoonRomaSan FranciscoSan PaoloShanghaiStockholmSurabaya (1967)TaipeiZnrich

1.068586

2.812828521o'r,

1.134548

1.1971.778t.044

2.3 Pengukuran Debit Sungai 11dan debit sungai pada sumbu vertikal, dengan urutan mulai dari yang terbesar sampaiyang terkecil, lihat Gbr. 2. Lengkung ini merupakan data dasar yang penting untukmerencanakan pusat listrik tenaga air. Tentu saja lengkung debit ini berbeda-beda untuksetiap sungai. Bahkan untuk sungai yang sama, lengkungnya berbeda untuk tiap tahun.Pada umumnya lengkung debit itu rata untuk sungai-sungai yang memiliki hutan lebat.danau dan waduk di sebelah hulunya (contoh dapat dilihat dalam Gbr. 2). Lengkungdebit tahunan rata-rata dari aliran sungai dapat diperoleh dari lengkung debit selamal0 tahun. Tiga metoda berikut ini digunakan untuk mendapatkan lengkung debittahunan rata-rata:

(a) Lengkung debit seri: Debit harian rata-rataselama sepuluh tahun ditempatkan berurutan dariyang terbesar sampai yang terkecil. Kekurangan daricara ini adalah bahwa debit air waktu banjir danpada musim kemarau terlihat secara berkelebihan.

(b) Lengkung debit paralel: Di sini untuk setiaptahun selama sepuluh tahun dibuat lengkung debitbulanan. Kemudian harga rata-rata dari sepuluh tahuntersebut dihitung untuk satu bulan tertentu dari tiap-tiap tahun. Kekurangan menurut cara ini adalahbahwa debit air pada waktu banjir dan musim kemaraudinilai terlalu kecil.

(c) Lengkung debit seri-paralel: Di sini untuk menghindari kekurangan dari keduacara tersebut di atas, lengkung debit disusun atas dasar harga rata-rata dari pada nilairata-rata tahunan dan bulanan dari Iengkung debit yang dibuat dengan kedua caratersebut di atas.

2.3 Pengukuran Debit SungaiDebit sungai, yang merupakan data pokok untuk perencanaan pusat listrik tenaga

air, harus diukur secara teliti dan dalam jangka waktu yang sepanjang mungkin. Adabeberapa cara untuk mengukur debit sungai:

(a) kecepatan rata-rata dari aliran sungai pada suatu bagian dari penampangnyadiukur, kemudian dikalikan dengan luas penampang pada bagian itu. Hasil perkalianluas penampang dengan kecepatan tersebut adalah debit sungai.

(b) debit sungai diperoleh dari pengamatan tinggi permukaan air, dengan memper-gunakan lengkung debit-tinggi-air di gardu pengukur.

Pada umumnya cara (b) dipergunakan di gardu-gardu pengamatan. Cara lainadalah yang disebut metoda sekat (weir), yang hanya dipakai pada sungai-sungai yangkecil. Pengukuran cara (a) dan (b) dilakukan di tempat di mana aliran sungai seragamdan tidak menyebabkan kerusakan pada stasiun pengamat tersebut. Di Jepang kete-rangan-keterangan terperinci mengenai instalasi dan cara-cara pengukuran dari stasiun-stasiun pengamat itu, ditentukan syaratnya dan diuraikan dalam peratwan mengenaipengukuran debit untuk PLTA. Persiapan dan pengecekan pada lengkung debit-tinggi-air, yaitu pengukuran debit sungai harus sebanyak mungkin dilakukan pada beberapatinggi permukaan air. Dasar sungai mungkin berubah karena adanya banjir dan hal-halini. Karena itu lengkung debit+inggi-muka-air akan berubah pula; karena itu perludiadakan pengukuran ulangan untuk merubah lengkung tadi.

Di bawah ini diberikan beberapa cara untuk mengukur kecepatan aliran:(a) Dengan alat ukur arus (current meter): Di sini kecepatan aliran dihitung dengan

mengukur jumlah putaran alat tersebut dalam suatu satuan waktu. Alat ini mengguna-

95 t85 275 355Hari

Gbr. 2 Contoh Lengkung Debit.

Sungai

Sungai

SA

Bab 2. Pembangkitan Tenga Air Dan Aliran Sungaikan baling-baling berbentuk pipih atau lengkung; periksa Gbr. 3. Jumlah putarandiukur dengan membuka atau menutupnya suatu hubungan listrik atau dengantachometer. Alat pengukur aliran tersebut harus ditera paling sedikit sekali setahun.Untuk mengukur debit, sungai dibagi oleh beberapa garis tegak dengan jarak l-3 m,tergantung dari lebar penampang melintang aliran. Tiap garis vertikal kemudian dibagioleh beberapa garis mendatar. Kecepatan air diukur pada tiap titik potong dari garis-garis tegak dan mendatar tadi. Dari kecepatan aliran air pada garis tegak dapat dibuatgrafik seperti terlihat pada Ghr. 4; kemudian dapat dihitung kecepatan rata-rata padapenampang melintang di bagian tegak tersebut. Debit sungai diperoleh dengan men-jumlah debit dari tiap penampang tegak. Jarak antara titik-titik pengukuran harusdibuat lebih pendek pada tempat yang dekat dasar sungai dan dinding sungai.

Keceprtan AlirsRrtr-Rrt.

Gbr.4 Pengukuran dengan AlatUkur Arus.

Berikut ini adalah cara yang sederhana untuk menghitung kecepatan aliran rata-rata:

metoda 3-titik: V^: (Vo,z * 2Vo.n + Voil4metoda 2-titik: V^: (Vo,, + Voilzmetoda l-titik: V^: Yo.o

(2)(3)(4)

metoda permukaan: Y^: 0,8 x (kecepatan aliran pada permukaan) (5)metoda ganda: Alat ukur arus dibenamkan ke dalam air dengan kecepatan

seragam tertentu sampai mencapai dasar sungai, dan kemudiandiangkat lagi sampai mencapai permukaan air; kecepatanaliran rata-rata dihitung dari jumlah putaran dan waktu selamaalat dibenamkan.

di mana V^: kecepatan aliran tata-rata,(6)

Vo,r, Vo,r, Vo,c : kecepatan aliran air pada kedalaman berturut'tutut 201,N%,60% dari permukaan air.

(b) Dengan alat ukur apung (float): Ada dua macam alat: alat ukur apung (surfacefloat) dan tongkat ukur apung (rod float). Dalam metoda ini alat apung dihanyutkan dibagian sungai yang lurus untuk mengetahui kecepatannya. Kemudian kecepatan aliranrata-rata pada tiap penampang dihitung. Seperti pada metoda pengukuran denganmeter, pengukuran dilaksanakan dengan membagi penampang melintang sungaimenjadi beberapa bagian oleh garis-garis tegak. Kecepatan aliran rata-rata dihitung(periksa Gbr. 5):

V^: 0,8 x (kecepatan aliran dari pelampung) (7)

Gbr. 3 Alat Ukur Arus.

2.4 ReferensiPengukuran dengan alat ini cukup memadaiapabila permukaan air tinggi pada waktubanjir, atau jika permukaan air berubahdengan cepat sehingga memerlukan pengu-kuran dalam waktu yang singkat.

(c) Dengan rumus: Pertama-tama diukurkemiringan dari permukaan air; kemudiankecepatan aliran dihitung berdasarkan rumusseperti di bawah. Pengukuran ini digunakanbila alat'ukur arus atau alat ukur apung tidak dapat digunakan, misalnya karenabanjir, dan lain-lain. Alat untuk mengukur kemiringan permukaan air sungai harusdijaga supaya tetap dalam keadaan baik pada waktu pengukuran dilakukan dalamkeadaan banjir. Rumus-rumus yang digunakan adalah:')

l3

Gbr. 5 Pengukuran dengan AlatUkur Apung.

Rumus Manning: V^: LP't'1't'(.23 ) l/r -L- 0,00155lDJNRumusKutter: ,^:ffi

(8)

(e)

di mana V^: kecepatan air (aliran) rata-rataR

-

jari-jari hidrolik1 : kemiringan (gradient) permukaan air sungain : koeffisien kekasapan (roughness)

Jika metoda ini yang akan digunakan, maka kecepatan air pada waktu debit biasa danseluruh penampang sungai harus diukur dengan alat ukur arus. Dari hasil pengukuranitu kemudian dapat dihitung kekasapan dasar sungai sehingga dengan demikian dapatdiperoleh hasil pengukuran dengan ketelitian yang tinggi.

2.4 ReferensiDalam Bab ini digunakan referensi terhadap karya tulis berikut:

l) W. P. Creager, J. D. Justin, Hydroelectric Hqndbook, John Wiley & Sons, NewYork, Second Edition, 1955, hal. 108.

BAB 3. RENCANA PUSAT LISTRIKTENAGA AIR

3.I Pernilihan Proyek Pusat Listrik Tenaga AirDalam menentukan pilihan proyek Pusat Listrik Tenaga Air, perlu diperhatikan

hal-hal sebagai berikut:(a) Besarnya kapasitas tiap proyek harus ditentukan demikian rupa sehingga

tenaga airnya dapat dimanfaatkan dengan effektif.(b) Penentuan proyek mana yang akan didahulukan pelaksannannya harus

dilakukan sesudah diadakan pertimbangan terhadap kebutuhan secara menyeluruh dansetempat serta lokasi yang ekonomis, karena lokasi penyediaan tenaga harus disesuaikandengan lokasi kebutuhan. Dalam hubungan di atas, perlu diperhitungkan secaraterperinci hal-hal berikut ini:(1) Keadaan aliran air.(2) Keadaan geografis, geologis, dan lain-lain.(3) Hubungan antara penyediaan dan kebutuhan tenaga listrik.(4) Biaya pembangunan.(5) Keuntungan dari pembangkitan tenaga.(6) Hubungannya dengan pengembangan sungai secara menyeluruh.(7) Pertimbangan dasar penyediaan tenaga, apakah dari tenaga air atau dari

tenaga termis.(8) Hubungan antara tenaga yang sudah ada dan rencana kemudian.(9) Beaya untuk penggantian tanah dan bangunan yang sudah ada.(10) Jangka waktu penyelesaian proyek.(11) Jaringan transmisi dan peralatan untuk gardu sehubungan dengan daerah

yang membutuhkan tenaga.(12) Pengangkutan dan pembuatan mesin dan peralatan lainnya.3.1.1 Kapasitas Proyek

Untuk ini perlu ditentukan aliran air dan debit di tempat itu serta tinggi jatuh(head) dan besarnya waduk yang dapat dibangun sesuai dengan keadaan geografisnya.Dari data ini kemudian ditentukan jumlah dan jenis turbin air serta unit dari generator,dan tenaga yang dihasilkan tiap tahun. Perlu pula dipertimbangkan dan ditentukanlokasi dari proyek, jenis dan dimensi konstruksi bangunan sipil, seperti bendungan,saluran air, dan gedung sentral. Pada pokoknya perlu dibuat terlebih dahulu beberapaalternatip rencana garis besar untuk dapat menghitung secara kasar biaya konstruksidan pembangkitan tenaga. Dengan demikian dapat ditentukan suatu rencana yangmenghasilkan biaya pembangkitan tenaga yang paling rendah.

Lebih lanjut, sangat penting diperhatikan penentuan besarnya kapasitas pem-bangkit tenaga; hal ini tergantung pada kecenderungan kebutuhan tenaga dalam masayang akan datang. Pembangkit-pembangkit tenaga dengan kapasitas yang samamungkin berbeda biaya konstruksinya, tergantung dari beberapa keadaan, misalnya,

16 Bab 3. Rencana Pusat Listrik Tenaga Airletak geografis, keadaan geologis, dan lain-lain.

Dengan pertimbangan seperti tersebut di atas, hal-hal berikut seyogyanya sejauhmungkin dipenuhi guna memperoleh beaya pembangunan serendah mungkin:(l) Tinggi enersi (head) yang mudah diperoleh, jumlah air yang berlimpah-limpahdan keadaan aliran yang bagus.

(2) Letak geografis dan geologis yang baik untuk bendungan, gedung sentral dankonstruksi lainnya.

(3) Material untuk beton, bendungan, dan lain-lain mudah diperoleh di sekitarproyek.

(4) Letaknya baik untuk pengangkutan bahan-bahan bangunan dan alat-alatberat.

(5) Masalah-masalah yang timbul karena adanya proyek tersebut mudah dipe-cahkan.

(6) Biaya transmisi yang rendah.Selanjutnya apabila suatu pembangkit tenaga yang menggunakan waduk besar

dibangun di sebelah hulu sungai, di mana sudah ada pembangkit tenaga di sebelahhilirnya, maka pembuatan waduk besar ini menjadi sangat menguntungkan; karenaakan menambah tenaga yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga yang telah ada. Bagiproyek yang dimaksudkan untuk pengembangan wilayah sungai secara serbaguna,seperti, untuk pengendalian banjir, irigasi, dan untuk menghasilkan tenaga listrik, makapenting sekali untuk dapat menentukan dengan tepat kapasitas pembangkit tenagalistrik, sehingga dengan demikian dapat diperoleh manfaat yang sebesar-besarnya bagiseluruh proyek. Di samping itu sudah tentu harus selalu diperhatikan perkembanganteknologi yang ada. Pada pembuatan rencana yang sesungguhnya, perlu diadakan studiyang teliti dan mendalam.

3,1.2 Jadwal Pembangunan Proyek

Untuk dapat menentukan jadwal dan jangka waktu pembangunan proyek tenagaair perlu dibuat perkiraan tentang ciri-ciri kebutuhan tenaga untuk jangka waktu yangcukup lama. Untuk itu harus dipilih proyek yang paling ekonomis ditinjau dari biayaoperasi, dibandingkan dengan seluruh sistim tenaga, di mana terdapat pula pembangkit-pembangkit termis (dan nuklir).

3,2 Pemilihan Lokasi Pusat Listrik Tenaga AirMacam bangunan PLTA berbeda-beda tergantung dari jenis pembangkit tenaga

yang dipergunakan. Bangunan ini biasanya terdiri dari:(l) Tempat penampungan air dan bangunan ambil-air, seperti, bendungan,waduk, dan lainJain.(2) Jalan air, seperti, terowongan tekan, pipa pesat (penstock), dan lainJain.(3) Pusat tenaga, termasuk gedung-gedung dan gardu induk.(4) Saluran bawah, dan lain-lain.

Dalam memilih lokasi proyek perlu diperhatikan hal-hal sebagaimana diuraikandalam 3.l.l. Untuk maksud tersebut setiap lokasi harus direncanakan pada suatu petatopografi dengan skala l:1000-2000. Kemudian dengan mempelajari biaya konstruksidan keandalannya, dapat dipilih satu lokasi yang mudah dilihat dari segi pembangunan,pemeliharaan dan operasi PLTA itu. Hal-hal berikut ini perlu diperhatikan secaraseksama:(l) Pondasi dasar yang baik: Apabila tanah pondasinya lemah, maka akan

3.3 Penentuan Tinggi Jatuh Efektifdibutuhkan biaya yang amat besar untuk pekerjaan pondasi tersebut. Disamping itu keandalannya akan menurun, mengingat kemungkinan adanyapenurunan pondasi, perembesan air, dan lain-lain.(2) Kondisi geologis yang baik di tempat di mana PLTA itu dibangun.(3) Permukaan air yang rendah pada waktu banjir.(4) Mesin-mesin dan alat-alat dapat dengan mudah diangkut.(5) Tanah untuk gedung (perumahan pegawai, gedung tempat kerja, gudang, danlain-lain) dan gardu induk dapat diperoleh di sekitar proyek itu.(6) Pipa pesat dapat diperpendek untuk tinggijatuh yang sama.

3.3 Penentuan Tinggi Jatuh Efektif3.3.1 Jenis Saluran Air

Tinggi jatuh effektif dapat diperoleh dengan mengurangi tinggi jatuh total (daripermukaan air pada pengambilan sampai permukaan air saluran bawah) dengankehilangan tinggi pada saluran air. Tinggijatuh penuh (full head) adalah tinggi air yangbekerja efektif pada turbin yang sedang berjalan. Untuk jenis saluran air, bila diketahuipermukaan air pada bangunan pengambilan dan pada saluran bawah serta debit air,maka tinggi jatuh efektif kemudian dapat ditentukan, dengan dasar pertimbanganekonomis. Misalnya, bila kehilangan tinggi jatuh air dapat dikurangi dengan memper-besar penampang saluran air atau memperkecil kemiringannya, maka tinggi jatuh dapatdimanfaatkan dengan efektif. Dalam hal ini biaya akan bertambah besar, sedang dalamhal sebaliknya, biayanya lebih rendah, tetapi kehilangan tenaga menjadi lebih besar.Oleh karena itu, kemiringan saluran air, luas penampang melintangnya dan luaspenampang pipa pesat harus dibandingkan dengan biaya konstruksinya. Dengandemikian tinggi jatuh efektif ditentukan berdasarkan atas biaya konstruksi yang palingekonomis.

3.3.2 Jenis Waduk atau Waduk Pengatur

Jika naik turunnya permukaan air waduk sudah dapat ditentukan, maka tinggijatuh efektif maksimum dan minimum dapat ditentukan seperti diuraikan di atas, sesuaidengan permukaan air waduk dalam keadaan maksimum dan minimum. Namunapabila naik-turunnya permukaan air yang ada sangat besar, perlu diperhatikan hal-halberikut:(l) Tinggi jatuh normal: Ini adalah tinggi jatuh efektif yang dipakai sebagai dasaruntuk menentukan tenaga yang dihasilkan atau efisiensi dari tutbin. Pada umumnyaturbin dapat bekerja dengan efisiensi maksimal pada tinggi jatuh ini. Tinggi jatuh normaltiipilih dengan cara coba-coba, sehingga tenaga yang dihasilkan setahun mencapaimaksimum atas dasar lengkung operasi dari waduk.

(2) Perubahan tinggi jatuh: Kapasitas efektif waduk dan naik turunnya permukaanair waduk ditentukan berdasarkan atas daya puncak yang dihasilkan dan lamanya halini berlangsung; hal ini disesuaikan dengan hubungan antara penyediaan dan kebutuhantenaga, rencbna penyediaan tenaga pada musim kemarau, pemanfaatan air banjir, danlain-lain. Jika variasi dari tinggi jatuh menjadi terlalu besar, maka karakteristik turbinakan menjadi tidak menguntungkan. Oleh karena itu harus diperhatikan hal-haltersebut

l7

terdahulu dalam menentukan naik-turunnya permukaan air

l8

3.4

Bab 3. Reircana Pusat Listrik Tenaga AirPenentuan Debit Turbin3.4.1 Debit Maksimum

Untuk jenis dengan aliran sungai langsung (run-of-river) debit maksimum turbinditentukan demikian rupa sehingga biaya konstruksinya menjadi minimum berdasarkanlengkung debit sepuluh tahun terakhir atau lebih. Nilainya pada umumnya dua kalidebit dalam musim kemarau. Jika sekiranya juga dipertimbangkan faktor-faktorhabisnya sumber-sumber tenaga air dalam masa yang akan datang, penyediaan tenagadalam musim kemarau dengan sumber-sumber tenaga bentuk lain, perbaikan pusat-pusat listrik tenaga termis waktu jumlah air banyak, dan lain-lain, maka nilai tersebutdi atas dapat diperbesar sampai tiga atau empat kali. Jika debit maksimum diperbesarmaka biaya konstruksi per kW menjadi lebih murah; sebaliknya biaya konstruksi perkWh menjadi lebih mahal. Demikianlah maka akan terjadi hal-hal yang tidak mengun-tungkan, yaitu bahwa tenaga yang dihasilkan rata-rata menjadi berkurang dan waktuoperasi dengan beban tidak penuh menjadi lebih lama. Sebaliknya jika debit maksimumdiperkecil maka tenaga yang dihasilkan oleh pusat tenaga air tersebut sepanjang tahundapat diharapkan akan sama dengan tenaga nominalnya. Dalam musim dengan banyakhujan lebat, air yang melimpas akan bertambah besar dan pemanfaatannya akanbeikurang. Hal ini mengakibatkan biaya per kW akan naik.

Untuk PLTA dengan kolam pengatur (regriating pond) air sungai disimpan padawaktu malam waktu bebannya minimum (di Indonesia tidak demikian), dan digunakanpada waktu beban puncak untuk beberapa jam waktu siang hari. Dengan demikiandebit alamiah dari sungai, baik harian maupun mingguan, diatur oleh kolam pengaturini. Oleh karena itu debit sungai ditentukan sesuai dengan kondisi beban harian ataupunmingguan yang akan dicapai untuk penyediaan tenaga. Karena itu perlu diketahuibeban yang akan terjadi. Ada beberapa cara untuk mengetahui beban yang akan terjaditersebut. Satu cara di antaranya adalah dengan memperkirakan dan menjumlah bebanharian dalam satu tahun operasi. Cara lain adalah dengan memperkirakan dan menghi-tung lengkung beban yang lazim setiap bulan, baik dalam musim hujan, ataupun dalammusim kemarau. Di Jepang, pada umumnya lengkung beban harian dibagi dalam tigaperioda, yaitu waktu beban puncak, beban kurang (off-peak) dan beban tengah-malam.Pada umumnya air yang disimpan digunakan pada waktu beban pqncaknya kontinu(umirmnya 6-8 jam) dalarn musim kemarau. Di samping mempelajari hal-hal tersebutdi atas, perlu juga dipelajari jumlah unit turbo-generatornya. Penentuan debit maksimumdibatasi juga oleh adanya pemakaian air sungai di bagian hilir. Di samping itu apabiladi sebelah hulu sungai direncanakan pembuatan sebuah waduk, maka hal ini memung-kinkan direncanakannya sebuah proyek yang lebih besar dengan memakai debit yanglebih besar dalam waktu yang lebih lama, oleh karena adanya waduk tersebut.

Untuk jenis waduk, waduknya digunakan untuk menyimpan dan rnelepaskansimpanan air sepanjang tahun, guna memenuhi kebutuhan pada waktu beban puncak.Debit air maksimum ditentukan oleh jumlah air yang dapat diatur selama beban puncakdalam musim kemarau. Hal ini dapat dihitung dari kondisi beban dalam musimkemarau, jum.lah air yang tersimpan di dalam waduk untuk persediaan pada hari-harikering dan debit alamiah dari sungai pada waktu musim kemarau. Para umumnya,besarnya debit maksimum adalah sekitar 3-4 kali jumlah debit rata-rata dari wadukdalam musim kemarau dan debit alamiah dari sungainya sendiri.

3.4.2 Jumlah Air PastiJumlah air pasti (firm water quantity) adalah jumlah ak yang pasti dapat diman-

Il

3. 5 Daya yang Dihasilkan oleh Pusat Listrik Tenaga Air 19faatkan sepanjang tahun. Ini diperoleh dari jumlah air dalam musim kering dikurangidengan jumlah air yang dialirkan di bagian hilir untuk keperluan pengairan, perikanan,pariwisata, dan lain-lain. Untuk jenis waduk, nilainya adalah jumlah air yang dapatdipakai selama 355 hari dalam setahun, dikurangi dengan jumlah debit air bagi pema-kaian seperti tersebut di atas; di samping itu diperhatikan pula persediaan air yang dapatdisimpan dalam waduk dalam musim kemrau.

3.5 Daya yang Dihasilkan oleh Pusat Listrik Tenaga Air3.5.1 Macam Daya yang Dihasilkan

Di Jepang daya yang dihasilkan dapat digolongkan sebagai berikut:(l) Daya maksimum, yaitu daya maksimum yang dapat dibangkitkan oleh PLTA.Pada umumnyayang disebut output dari PLT.d adalah daya maksimum ini.

(2) Daya pasli (firm output), yaitu daya yang dibangkitkan selama 355 hari dalamsetahun untuk PLTA jenis aliran sungai langsung, dan 365 hari dalam setahun untukPLTA jenis waduk.

(3) Daya puncak, yaita hasil yang dibangkitkan selama jam-jam tertentu setiap hari(umumnya lebih dari 4 jam) yang meliputi 355 hari selama setahun.

(4) Daya puncak khusus, yaitu daya yang dihasilkan setiap hari, tanpa pembatasanjam operasi dalam musim hujan, dikurangi dengan daya pasti.

(5) Daya penyediaan (supply output), yaitu hasil yang dapat dibangkitkan dalammusim kemarau, dengan mempergunakan simpanan air dalam waduk yang dikumpulkanselama musim hujan, dikurangi dengan daya pasti.

(6) Daya penyediaan puncak dan daya waduk.3.5.2 Perhitungan Daya

Jika tinggi jatuh efektif maksimum adalah 11(m), debit maksimum turbin adalahQ (m'ls), efisiensi dari turbin dan generator masing-masing adalah 4, dan 4o, maka

Daya teoritis : 9,8 QH (kW)Daya turbin :9,8 q, QH (kW)Daya generator : 9,8 qrlc 8H (kW)

(10)(l l)(12)

Daya generator umumnya disebut output dari PLTA. Pada PLTA dipompa, jika tinggijatuh bersih dari pompa adalah 11 (m), debit pompa adalah Q (mtls\, efisiensi darimotor-generator dan pompa masing-masing adalah t7, dan 4, maka daya yang masukke dalam pompa (input) adalah

Pt:9,8 QHIOt*ttr) ( l3)Pada umumnya, daya masuk (input) untuk PLTA dipompa menjadi maksimum

dalam kondisi tinggi jatuh minimum untuk pompa jenis Francis dan kondisi tinggi jatuhmaksimum untuk pompa jenis Kaplan atau propeller.

3.5.3 Perhitungan Tenaga yang Dibangkitkan

Tenaga yang dihasilkan adalah tenaga listrik yang dibangkitkan oleh PLTA.Untuk perencanaan, kemungkinan pembangkitan enersi dalam setahun dihitung, dan

20 Bab 3. Rencana Pussat Listrik Tenaga Airini kemudian dikalikan dengan faktor ketersediaan (availability factor) antara 0,95-0,97 untuk mendapatkan tenaga pembangkitan tahunan (annual generated energy).Dari harga ini dihitung biaya pembangunan (construction cost) dan biaya pembangkitan(generation cost) yang digunakan dalam perbandingan ekonomis dari berbagai rencana.Sesudah efisiensi keseluruhan (overall)

|ra: 4r4a (14)dihitung, dan atas dasar lengkung aliran (flow duration curve), tenaga listrik yangmungkin dibangkitkan dihitung dari aliran air, tinggi terjun (head) dan jumlah jamkerja, sesuai dengan aturan (operation rule) dan kebutuhan sistim tenaga listrik.Adanya pusat listrik di sebelah hilir sangat menguntungkan, karena kenaikan tenagalistrik yang dibangkitkannya sangat dipengaruhi oleh perbaikan aliran air, misalnyadengan penggunaan waduk atau kolam pengatur, pusat listrik dipompa. (pumpedstorage), dan sebagainya.

3.6 Jenis-Jenis Pusat Listrik Tenaga Air3.6.1 Penggolongan berdasarkan Tinggi Terjun yang Ada

Pusat listrik jenis terusan air (water way) adalah pusat listrik yang mempunyaitempat ambil air (intake) di hulu sungai, dan mengalirkan air ke hilir melalui terusanair dengan kemiringan (gradient) yang agak kecil. Tenaga listrik dibangkitkan dengancara memanfaatkan tinggi terjun dengan kemiringan sungai tersebut.

Jenis bendungan (dam) adalah jenis pusat listrik dengan bendungan yang melintangsungai guna menaikkan permukaan air di bagian hulu bendungan dan membangkitkantenaga listrik dengan memanfaatkan tinggi terjun yang diperoleh antara sebelah huludan hilir sungai.

Pusat listrik jer is bendungan dan terusan air merupakan jenis gabungan dari keduajenis tersebut di atas. Jenis ini membangkitkan tenaga listrik dengan menggunakan tinggiterjun yang didapat dari bendungan dan terusan.

3.6.2 Penggolongan menurut Aliran Air

Pusat listrikTenis aliran sungai langsung (run-of-river) kerapkali dipakai pada pusatlistrik jenis saluran air. Jenis ini membangkitkan tenaga listrik dengan memanfaatkanaliran air sungai itu sendiri secara alamiah.

Pusat listrikTenis dengan kolam pengatur (regllatine pond) mengatur aliran sungaisetiap hari atau setiap minggu dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangunmelintang sungai dan membangkitkan tenaga listrik sesuai dengan perubahan beban.Di samping itu ada lagi jenis lain dengan kolam pengatur yang dibangun di bagian hilirpusat listrik beban puncak (peaking power plant) dengan waduk berkapasitas besaratau kolam (pondage), yang mengatur perubahan aliran air waktu beban puncak (peakwater flow) sehingga menjadi aliran air yang konstan. Pusat listrik semacam ini disebutpusat listrik jenis kolam kompensasi.

Pusat listrik jenis waduk (reservoir) mempunyai sebuah bendungan besar yangdibangun melintang sungai. Dengan demikian terjadi sebuah danau buatan; kadang-kadang sebuah danau asli dipakai sebagai waduk. Air yang dihimpun dalam musimhujan dikeluarkan pada musim kemarau. Jadi, pusat listrik jenis ini sangat bergunauntuk pemakaian sepanjang tahun.

3.7 Waduk dan Kolam Pengatur 2lPusat listrik Tenis dipompa (pumped storage) adalah jenis PLTA yang memanfaat-

kan tenaga listrik yang kelebihan pada musim hujan atau pada saat pemakaian tenagalistrik berkurang pada tengah malam. Pada waktu itu air dipompa kembali oleh pompake atas dan disimpan dalam waduk. Jadi, pusat listrik jenis ini memanfaatkan kembaliair yang didapat untuk membangkitkan tenaga listrik pada beban puncak pada sianghari (di Indonesia sekarang sekitar jam 19.00).

3.7 Waduk dan Kolam Pengatur3.7.1 Waduk

Waduk menghimpun air waktu musim hujan atau selama jam beban kurang untukpersediaan dan pemakaian air pada musim kemarau atau waktu beban puncak. Wadukini digunakan untuk merencanakan penambahan tenaga listrik dari pusat listriknyasendiri dan pusat listrik lainnya di bagian hilir. Waduk ini memungkinkan pengaturanaliran air sungai secara musiman dan dapat dibedakan dengan kolam pengatur dariperbandingan pengaturan tahunan (yearly regulating ratio, yaitu perbandingan darijumlah cadangan dan aliran masuk tahunan); atau dari jumlah hari penyediaan air,yaitu hari-hari kerja dengan beban penuh dimungkinkan.

Lengkung massa (mass curve) dari aliran air alamiah dipakai untuk mempelajariskala dari waduk. Lengkung massa aliran air sungai untuk jangka waktu tertentu(setahun, bila dimaksudkan untuk pengaturan tahunan) dan lengkung massa debitturbin yang perlu untuk menghasilkan.daya (output) pembangkit dilukis pada gambaryang sama. Bila lengkung massa debit turbin digeser dari titik di mana kemiringan(gradient) lengkung massa aliran sungai lebih kecil dari kemiringan lengkung massadebit turbin ke titik di mana kemiringan lengkung massa debit turbin sama atau lebihbesar dari lengkung massa aliran sungai, maka perbedaan pada sumbu longitudinaldari kedua lengkung ini menyatakan kekurangan aliran air. Jadi, jumlah maksimumkekurangan air ini adalah kapasitas waduk yang dibutuhkan. Biasanya kapasitas wadukyang dibutuhkan dinyatakan oleh massa dari perbedaan antara jumlah aliran air sungaiharian dan aliran ah rata-rata untuk waktu tertentu, dan massa dari perbedaan antaraaliran air yang direncanakan dan aliran air rata-rata di atas. Sebenarnya, setelah garisbesarnya dipelajari dari gambar semacam itu, muka air tertinggi (penuh), jumlah airyang dapat digunakan (draw down), debit turbin maksimum dan hal-hal lain darirencana-rencana yang diproyeksikan dipilih untuk diteliti segi ekonomisnya. Kemudian,setelah biaya konstruksi dan tenaga yang akan dibangkitkan setahunnya diteliti segiekonomisnya untuk berbagai rencana tersebut di atas, maka diambil yang palingekonomis. Dalam sistim tenaga listrik yang menggunakan tenaga air, pusat listrik jeniswaduk memegang peranan dalam penyediaan air pada musim kemarau. Dalam sistimtenaga listrik yang menggunakan tenaga termis, tugas pusat listrik jenis waduk adalahuntuk menyediakan daya (kW) secara stabil sepanjang tahun, yaitu guna penyediaanpada waktu pusat listrik tenaga termis tidak bekerja, guna penyediaan pada waktubeban puncak, dan lain sebagainya.

3.7,2 Kolam Pengatur

Kolam pengatur dapat mengatur aliran air sungai guna keperluan harian ataumingguan. Pada saat beban puncak aliran air perlu dapat diatur selama kira-kira enamjam lamanya. Bila kolam pengatur dimaksudkan untuk mengatur air secara harian,maka jumlah cadangan (reserve) yang dibutuhkan (O) dapat ditentukan berdasarkan

22 Bab 3. Rencana Pussat Listrik Tenaga Airrumus berikut ini:

Q:(Qr-Q)xrx3600(m3)di mana Or : debit turbin per hari (m'/s)

Qz: debit turbin pada saat beban puncak (m'/0t: lamanya beban puncak

(l 5)

3.7.3 Kolam Kompensasi

Apabila sebuah kolam pengatur atau waduk dibangun melintang sungai dan debitturbin berubah-ubah sesuai dengan perubahan beban, maka pengairan, perikanan danlain-lainnya yang terdapat di hilir sungai, akan terganggu. Dalam hal demikian ini,kolam pengatur dibangun di bagian terbawah aliran sungai sehingga aliran air darikolam konstan. Kolam pengatur semacam ini disebut kolam kompensasi.

3.8 Penentuan Jumlah Unit dan Jenis Unit Utama3.8.1 Penentuan Jumlah Unit

Pada umumnya, bila jumlah unit utama berkurang maka biaya konstruksi unitutama, pipa pesat, transformator, pemutus beban dan alat-alat lainnya menurun, luasbangunan sentral menjadi kecil dan biaya pemeliharaanpun berkurang. Di samping itu,bita dipilih unit yang berkapasitas besar maka unit ini diharapkan akan dapat bekerjadengan daya-guna yang tinggi. Karena akhir-akhir ini keandalan (reliability) peralatanmenjadi lebih tinggi, maka tampak adanya gejala pengurangan jumlah unit generator-turbin, dalam batas-batas sistim tenaga listrik yang diperbolehkan. Namun, bila adabeberapa unit dalam pusat listrik, maka pembebanan sebagian (partial) dari beberapaunit dengan daya-guna rendah tidak diperlukan, karena selalu dapat dipilih sejumlahunit yang dapat memenuhi beban sistim. Jadi, dalam banyak hal, penggunaan beberapaunit utama dalam pusat listrik jenis aliran sungai langsung yang mempunyai lengkungaliran yang kurang baik adalah menguntungkan. Pusat listrik yang selalu akan me-ngeluarkan air dengan jumlah tertentu ke bagian hilir, pusat listrik yang selalu bekerjadengan beban sebagian (seperti pusat listrik jenis kolam kompensasi) dan pusat listrikutama dalam sistim tenaga listrik mungkin akan membawa pengaruh yang besar terha-dap sungai bagian hilir atau terhadap sistim, apabila ada gangguan (interruption) yangterjadi padanya. Dalam hal-hal tersebut perlu dipertimbangkan untuk pemasanganpaling sedikit dua unit atau lebih dalam pusat-pusat listrik tadi. Di samping itu untuksetiap proyek perlu sekali diadakan penyelidikan mengenai fasilitas pengangkutan yangada dan batasan-batasan dalam pembuatan unit utama.

3.8.2 Penentuan Jenis Unit

Jenis turbin yang paling umum dapat ditentukan dari Gbr. 23 (lihat juga 5.1 dan5.6), berdasarkan daya ke luar (output) dan tinggi terjun turbin air tersebut. Karenaturbin jenis Francis mempunyai konstruksi yang sederhana dan keandalan yang tinggi,maka pengembangan turbin air jenis ini maju pesat dan berhasil memasuki daerahtinggi terjun yang besar (daerah turbin Peltcn). Penentuan jenis turbin air yang akandigunakan untuk daerah batas antara kedua daerah tersebut dilakukan dengan mem-perhatikan beberapa hal berikut ini:

(a) Pemilihan jenis Pelton atau jenis Francis untuk daerah tinggi terjun yang besar:

3.8 Penentual Jumlah Unit dan Jenis Unit Utama 23Bila tinggi muka air banjir besar mencapai saluran bawah (tailrace), jenis Peltontidak menguntungkan karena tidak dapat rnemanfaatkan tinggi terjun yang terdapat dibawah elevasi turbin. Turbin Francis mempunyai cepat jenis yang tinggi dan dapatmencapai kecepatan yang cukup besar. Karenanya harga generator pada umumnyamenjadi rendah. Untuk waktu kerja yang Iama dengan beban sebagian, turbin Peitondengan mulut-pancaran ganda (multi-nozzle) menguntungkan dilihat dari sudutdaya-guna. Apabila saluran pipanya panjang dan kemiringannya rendah, turbinPeltonlah yang menguntungkan karena biaya pipa pesatnya rendah; ini disebabkankarena kenaikan tekanannya rendah pada penutupan (shut down) dengan mendadak.Bila air sungai berkwalitas rendah, maka turbin Peltonlah yang menguntungkan karenapemeriksaan dan perawatan rotornya mudah.

(b) Pemilihan jenis Kaplan atau jenis Francis untuk daerah tinggi terjun yangrendah: Bila tinggi terjun dan beban sering sekali berubah, maka turbin Kaplan yangbaik. Untuk turbin Kaplan, cepat jenisnya tinggi dan harga generatornya menjadirendah. Namun, tinggi isapnya (draft head) perlu diturunkan, hingga pipa lepasnyamenjadi lebih besar dan biaya pekerjaan sipil bertambah. Turbin Francis menguntung-kan dilihat dari segi perawatannya karena konstruksinya sederhana. Harga mesinnyarendah dibandingkan dengan turbin Kaplan.

Mengenai jenis generator untuk pusat listrik ienaga air periksa Bab 6 (bagian 6.1dan 6.2),

3.8.3 Penentuan Jenis Poros Tegak atau Mendatar

Untuk turbin Pelton sampai sekarang jenis poros mendatar (horizontal) banyakdipakai. Akhir-akhir ini jenis poros tegak (vertical) dengan mulut-pancaran gandamulai dibuat untuk turbin berkapasitas besar.

Untuk turbin Francis berukuran kecil, jenis poros mendatar dengan konstruksipenyangga yang sederhana adalah yang menguntungkan dan mudah perawatannya.Namun, jenis poros tegak lebih baik untuk mesin berkapasitas besar atau bila mukaair banjir tinggi.

Untuk turbin Kaplan dan turbin baling-baling biasanya dipakai jenis poros tegakuntuk menurunkan tinggi isap (draft head). Untuk mesin berukuran kecil dipakaiturbin jenis poros mendatar atau turbin tabung jenis poros miring (inclined).

3.8.4 Penentuan Kecepatan Putar

Bila daya keluar P (kW), tinggi terjun efektip H (m) dan jenis turbin diberikanmaka kecepatan putar (revolving speed) dapat ditentukan sebagai berikut:

(a) Eatasan cepat jenis (n,) ditentukan dalam hubungan dengan tinggi terjunefektip untuk tiap jenis turbin:1)

Turbin Pelton: 12'< n" 3 23Turbin Francis: r,

24 Bab. 3 Rencana Pusat Listrik Tenaga Air(b) Kecepatan putar n' untuk n, tertentu dan pintu terbuka penuh ditentukan oleh

rumus berikut ini:2), Hs/4 rnt:n,'fuGnml (20)

(c) Kecepatan putar sinkron (n) yang sama atau di bawah n' dapat dicari dari Tabell5 atau dari rumus:3)

(21)

di mana;f : frekwensi (Hz)p : jumlah kutub generator

3.8.5 Penentuan Elevasi Turbin

Untuk turbin Pelton titik pusatnya ditentukan l-2 m di atas muka air banjir disaluran bawah (tailrace). Karena turbin ini umumnya dipakai untuk tinggi terjun yangbesar, maka kerugian tinggi (loss) secara keseluruhan kecil dan tidak berarti.

Untuk turbin Francis dan turbin Kaplan mula-mula nilai r, dihitung, dan koefisienkavitasi kritis (o,) ditentukan dari Gbr. 41 (lihat Bagian 5.9). Kemudian diperkirakansuatu kelonggaran tertentu (1,3-1,4 kali o") dan faktor kavitasi (or) waktu operasidiberikan. Tinggi isap dapat dihitung dengan rumus berikut:a)

H,: Ho -

H" -

oo'H (22)di mana Ho: tekanan atmosfir (m); Iihat Gbr. 42

H,: tekanan uap jenuh (m); lihat Gbr. 42H : tinggi terjun efektiP (m)

Elevasi titik pusat turbin air didapat dengan menambahkan H, pada muka airsaluran bawah terendah yang telah ditentukan.

3.9 ReferensiDalam Bab 3 ini digunakan referensi terhadap karya-karya berikut ini:

1) Water Turbines, JEC-151 (1968), Institute of Electrical Engineers of Japan, hal.t+16.

2) W. p. Creager, J. D. Justin, Hydroelectic Handbook,2nd edition, John Wiley andSons, New York, 1955, hal' 825.

3) Ibid.,hal.839.4) Water Turbiner, op. cit., hal. 13.

120 fn: -----Lp

BAB 4, FASILITAS TEKNIK SIPIL

4.1 UmumFasilitas tenaga air untuk pusat listrik adalah fasilitas yang menyalurkan air dari

sungai, danau dan lain-lainnya, ke turbin air guna membangkitkan tenaga listrik de-ngan memanfaatkan perbedaan muka air di hulu dan di hilir. Walaupun ada beberapaperbedaan antara berbagai cara pembangkitan namun fasilitas teknrk sipilnya padapokoknya terdiri dari bendungan untuk memasukkan (intake) atau menyimpan air,sal