Draft buku final kecil (1)

PUSAT SERTIFIKASI

Perpindahan panas dapat dibedakan dengan tiga cara pemindahan panas yang berbeda,

yaitu: Perpindahan panas secara konduksi
Perpindahan panas secara konveksi
• Perpindahan panas secara radiasi
•
•

Dalam sebuah PLTU terdapat berbagai macam peralatan yang menggunakan system

perpindahan panas yang dapat disebut dengan heat exchanger. Heat Exchanger adalah

suatu alat yang menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida ke fluida lainnya. Jenis

penukar panas tersederhana ialah sebuah wadah berisi fluida yang panas dan fluida yang

dingin dicampur secara langsung. Sistem ini menyebabkan kedua fluida akan mencapai

suhu akhir sama dan jumlah panas yang berpindah dapat diperkirakan dengan

mempersamakan kerugian energi dari fluida yang lebih panas dengan perolehan energi

oleh fluida yang lebih dingin.

Heat Exchanger adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan proses pertukaran
kalor antara dua fluida, baik cair (panas atau dingin) maupun gas yang mempunyai suhu
yang berbeda. Heat Exchanger banyak digunakan di berbagai industri tenaga atau
industri yang lainnya dikarenakan mempunyai beberapa keuntungan, antara lain:

• Konstruksi sederhana, kokoh dan aman.
• Biaya yang digunakan relatif murah.
• Kemampuannya untuk bekerja pada tekanan dan suhu yang tinggi dan tidak membutuhkan

tempat yang luas.

Pengelompokan Heat exchanger dapat dibedakan dari berbagai aspek. Secara umum

tipe dapat dikelompokan menjadi 3, yaitu :

• Shell & Tube Heat Exchanger
Heat exchanger tipe shell & tube menjadi satu tipe yang paling mudah dikenal.
Tipe ini melibatkan tube sebagai komponen utamanya. Salah satu fluida
mengalir di dalam tube, sedangkan fluida lainnya mengalir di luar tube. Pipa-
pipa tube didesain berada di dalam sebuah ruang berbentuk silinder yang
disebut dengan shell, sedemikian rupa sehingga pipa-pipa tube tersebut berada
sejajar dengan sumbu shell.

25

PUSAT SERTIFIKASI
Pada umumnya pembangkit memilih Heat Exhanger berdasarkan efisiensi
perpindahan panas, dimensi dan kapasitas, jenis fluida dan tentu saja aspek
harga juga menjadi pertimbangan. Heat Exhanger tipe Shell and Tube terdiri
dari multi pipa yang dilewatkan pada aliran fluida. Satu set pipa berisi fluida
yang akan dipanaskan atau didinginkan sedangkan fluida yang lain berfungsi
sebaliknya mengalir melalui sisi pipa tersebut. Set pipa yang disebutkan lazim
disebut pipa bundle dimana dibuat dengan bahan berkonduktifitas panas yang
tinggi sehinggga Heat Exhanger Shell and Tube mampu beroperasi pada
tekanan dan temperatur yang tinggi. Kedua ujung pipa bundle dihubungkan
menjadi satu oleh plenum atau terkadang dinamakan kotak air (water boxes).
Bila pipa bundle dibengkokkan membentuk konfigurasi huruf U maka Heat
Exhanger semacam ini disebut Heat Exhanger U-Shell and Tube.
Contoh penerapan heat exchanger tipe shell and tube ini di dalam pembangkit
adalah heater (HP heater dan LP heater), yang berfungsi sebagai pemanas
mula feed water sebelum masuk ke boiler, dengan memanfaatkan panas dari
ekstraksi turbin.

Gambar - 15 : Heat Exhanger U-Shell and Tube

(Sumber : www. en.wikipedia.org)

26

PUSAT SERTIFIKASI
• Plate Heat Exchanger

Plate Heat Exchanger adalah suatu media pertukaran panas yang terdiri dari
Pelat (plate) dan Rangka (frame). Dalam Plate Heat Exchanger, pelat disusun
dengan susunan tertentu, sehingga terbentuk dua jalur yang disebut dengan
Hot Side dan Cold Side. Hot Side dialiri dengan cairan dengan suhu relatif lebih
panas dan Cold Side dialiri dengan cairan dengan suhu relatif lebih dingin. Zat
cair yang digunakan sebagai medium bisa dari jenis yang sama atau berbeda,
misalnya air-air, air-minyak, dll. Heat exchanger tipe ini menggunakan plat tipis
sebagai komponen utamanya. Plat yang digunakan dapat berbentuk polos
ataupun bergelombang sesuai dengan desain yang dikembangkan. Heat
exchanger jenis ini tidak cocok untuk digunakan pada tekanan fluida kerja yang
tinggi, dan juga pada diferensial temperatur fluida yang tinggi pula.

Gambar - 16 : Ilustrasi Aliran Udara di Dalam Air Preheater (APH)
(sumber : www.rotor.lublin.pl)

Contoh penerapan heat exchanger tipe plate pada pembangkit adalah air
preheater (APH), yang berfungsi sebagai pemanas udara pemanas batubara
(primary air) maupun udara bakar (secondary air) dengan memanfaatkan panas
dari udara buang (flue gas) sebelum memasuki electrostatic precipitator (ESP).

27

PUSAT SERTIFIKASI
28

PUSAT SERTIFIKASI

BAB III TEKNOLOGI PLTU

TEKNOLOGI PLTU

Kapasitas pembangkit listrik di Indonesia terus bertambah dari waktu ke waktu.
Berdasarkan data Juni 2020, kapasitas pembangkit di Indonesia sebesar 70.964
megawatt (MW). Dari jumlah keseluruhan, lebih dari setengah atau 63% berada
di Jawa, Bali, dan Nusa Tenggara. Kawasan tersebut memiliki 44,8 gigawatt (GW).
Sumatra menyusul dengan pembangkit listrik berkapasitas 14,7 GW. Dari sekian banyak
pembangkit, sebagian besar pembangkit merupakan pembangkit uap dengan batubara
sebagai bahan bakarnya.

III.1 Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Sebelum Penulis menjelaskan terkait PLTU, akan kami sampaikan informasi terkait
pembangkitan tenaga listrik khususnya pembangkit konvensional. Pada dasarnya,
prinsip pembangkitan tenaga listrik konvensional terdapat pada pengubahan energi
mekanik ke dalam energi listrik. Gambar berikut ini memperlihatkan bagan sistem
pembangkitan, yang terdiri dari berbagai jenis pembangkitan.
Masing-masing jenis pembangkit tenaga listrik mempunyai prinsip kerja yang berbeda-
beda, sesuai dengan penggerak mulanya (prime mover). Satu hal yang sama dari
beberapa jenis pembangkit tenaga listrik tersebut yaitu semuanya sama-sama berfungsi
merubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi energi
mekanik dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir, kombinasi gas dan uap, menggerakkan
atau memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator selanjutnya dengan sistem
pengaturannya generator tersebut akan menghasilkan daya listrik. Khusus untuk pusat
listrik tenaga diesel (PLTD), prinsip kerjanya berbeda dengan pembangkit listrik lainnya.
Sebenarnya energi penggerak PLTD ini adalah bahan bakar minyak karena bahan bakar

29

PUSAT SERTIFIKASI
merupakan bagian yang tak terpisahkan dari mesin diesel tersebut, maka disebut juga
pembangkit tenaga diesel. Diesel ini merupakan satu unit lengkap yang langsung
menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik

Gambar - 17 : Alur Kerja Sistem Pembangkit Tenaga Listrik
Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik
dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini
adalah Generator yang seporos dengan turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari
uap kering (dry steam). Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam
bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up awal.

Gambar - 18 : Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
30

PUSAT SERTIFIKASI

III.1.1 Prinsip Kerja PLTU

Sistem kerja di PLTU merupakan sistem yang sangat komplek, karena banyak
sistem yang harus beroperasi secara sinergi, dapat menghasilkan output daya
listrik.

Gambar - 19 : Sistem Kerja PLTU
Proses yang berawal dari sistem handling batubara (energi primer), sistem
pengolahan air laut menjadi air demin, sistem pembangkit itu sendiri hingga
menghasilkan energi listrik, sistem penyaluran tenaga listrik hingga sistem
pengolahan limbah yang dihasilkan dari semua proses yang ada.
Proses utama pembangkit listrik tenaga uap, yaitu sistem atau siklus air dan uap,
yang memanfaatkan air demin yang diproduksi oleh sistem desalinasi, dan

dipompakan ke condensate tank. Di condensate tank ini air ditampung dan akan
digunakan untuk menambah air kondensat di condenser bila terjadi kekurangan.
Setelah melewati condenser, air kondensat akan dipompakan menggunakan
condensate pump menuju low pressure heater (LP Heater) untuk pemanasan awal.
Media pemanasnya adalah uap ekstraksi yang diambil dari low pressure turbine (LP
Turbin). Sebagai contoh, pada PLTU 3 Jawa Timur Tanjung Awar-Awar terdapat 4
buah LP heater.

31

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 20 : Siklus Air dan Uap Pada PLTU

Prinsip kerjanya adalah air pengisi (make up water) dialirkan di dalam pipa, dan uap
panas mengalir di luar pipa. Setelah dipanaskan di LP heater air pengisi kemudian
dialirkan menuju deaerator untuk proses penghilangan unsur oksigen yang masih
terkandung dalam condensate water. Di dalam deaerator terjadi kontak langsung
antara air pengisi dan uap oleh karena itu disebut open feed water heater (direct
contact). Uap yang berasal dari ekstraksi uap IP turbine akan memisahkan gas dari
air pengisi yang selanjutnya bergerak dengan cepat ke bagian atas deaerator dan
selanjutnya dibuang ke atmosfer. Setelah dari deaerator air langsung dipompakan
oleh boiler feed pump (BFP) menuju HP heater untuk memanaskan air pengisi.
Pada PLTU sesuai gambar - 20 terdapat 3 buah HP heater. Air kemudian masuk ke
economizer untuk pemanasan akhir air sebelum masuk ke steam drum. Steam
drum adalah alat yang digunakan untuk menampung sekaligus memisahkan air
pengisi boiler yang masih berbentuk air dengan yang sudah berbentuk uap basah.
Prinsip kerjanya secara alami, maksudnya adalah air yang sudah menjadi uap akan
berada diatas, dan yang masih berwujud air akan berada di bagian bawah steam
drum. Uap akan langsung dialirkan ke superheater, sementara air akan turun
melewati water wall untuk diuapkan dan kemudian dialirkan ke superheater. Di
superheater, uap basah dari steam drum dan water wall akan dipanaskan lagi
menjadi uap panas lanjut (uap kering). Uap panas lanjut ini kemudian dialirkan ke

32

PUSAT SERTIFIKASI

HP turbine untuk memutar sudu – sudu HP turbine. Setelah digunakan di HP turbine
uap akan mengalami ekspansi (tekanan dan temperature uap turun). Uap dari HP
turbine akan kembali dipanaskan di boiler melalui reheater. Di dalam reheater, uap
akan dipanaskan lagi pada tekanan konstan lalu dialirkan ke IP turbine untuk
memutar sudu – sudu IP turbine. Setelah digunakan di IP turbine uap tidak
dipanaskan lagi, tapi langsung dialirkan ke LP turbine untuk memutar sudu – sudu
LP turbine. Terakhir, uap yang keluar dari LP turbine kemudian di alirkan di
condenser untuk dikondensasikan menjadi air pengisi. Proses kondensasi uap
menggunakan media tube – tube kecil yang dialiri oleh air laut sebagai pendinginnya
yang dipompakan oleh CWP (circulating water pump). Condensate water ini
kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi (make up water) boiler dengan proses
yang sama sehingga merupakan suatu siklus.

III.1.2 Komponen Utama pada PLTU

Komponen utama yang terdapat pada Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU), antara lain:
1. Steam Generator (Boiler)
Steam Generator (Boiler) adalah perangkat mesin yang digunakan untuk
mengubah air (feed water) menjadi uap panas lanjut (superheated steam)
yang akan digunakan untuk memutar turbin.
2. Steam turbine
Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi
mekanis dalam bentuk putaran poros turbin
3. Generator
Generator adalah peralatan yang dapat merubah energi mekanik menjadi
energi listrik.
4. Transformator
Transformator adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk
menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau
sebaliknya (mentransformasikan tegangan).

33

PUSAT SERTIFIKASI

5. Kondensor

Kondensor adalah perangkat yang digunakan untuk mengkondensasikan uap

bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin), dan

selanjutnya dialirkan kembali ke dalam sistem atau siklus.

Informasi mengenai komponen utama ini akan Penulis sampaikan di pada sub bab

berikutnya.

III.1.3 Komponen Bantu dan Pendukung pada PLTU

Selain komponen utama, pada umumnya PLTU juga mempunyai berbagai

komponen lain yang bersifat membantu dan mendukung. Komponen bantu

maksudnya adalah komponen-komponen yang terdapat pada suatu PLTU yang

berperan untuk membantu proses dari kerja komponen utama, yaitu antara lain :

1. Komponen bantu pada boiler, misalnya :
a. Coal mill
b. Coal feeder
c. Induced draft fan (IDF)
d. Forced draft fan (FDF)
e. Primary air fan (PAF)
f. Electrostatic Precipitator (ESP)
g. Air preheater
h. dll

2. Komponen bantu pada turbin, misalnya :
a. High pressure heater
b. Low pressure heater
c. Deaerator
d. Boiler feed water pump
e. Turning gear
f. Auxiliary steam
g. Sistem pelumas (Turbine lubricating oil system)
h. dll.

3. Komponen bantu pada generator, misalnya :
a. Sistem eksitasi
b. Sistem pendingin generator
c. Sistem sealing generator
d. dll.

4. Komponen bantu pada transformator, misalnya :
a. Circuit breaker
b. Lightining arrester

34

PUSAT SERTIFIKASI

5. Komponen bantu pada kondensor, misalnya :
a. Vacuum pump
b. Condensate water pump
c. Circulating water pump
d. dll.

Sedangkan contoh dari komponen atau sistem pendukung dari operasi suatu unit
PLTU, antara lain :

1. Coal handling system,
Yaitu sistem yang berfungsi menyalurkan batubara baik dari ship unloader
maupun coal yard ke dalam unit.

2. Water treatment plant didalamnya termasuk desalination plant,
Yaitu sistem yang berfungsi mengubah air laut menjadi air demin.

3. Waste water treatment plant
Yaitu sistem yang mengolah limbah cair, baik dari operasional unit (blowdown),
fuel contaminated water system maupun coal contaminated water system.

4. Ash handling system
Yaitu sistem yang melayani pengolahan abu, baik itu bottom ash dari boiler
hopper maupun fly ash dari Electrostatic Precipitator hopper pada unit sampai
ke tempat penampungan abu atau ash.

5. Hydrogen plant
Yaitu sistem yang membuat hydrogen (H2), sebagai pendingin kerja generator.

6. Auxiliary boiler
Yaitu sistem boiler yang menghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat
boiler utama start up maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam). Pada
umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil).

7. Chlorination plant
Yaitu sistem yang berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit
(NaClO) yang digunakan untuk melemahkan mikro organisme laut pada area
water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan

35

PUSAT SERTIFIKASI

(scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desalination akibat mikro
organisme laut tersebut

III.2 Steam Generator (Boiler)

III.2.1 Prinsip Kerja Steam Generator (Boiler)

Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah
air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air
yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil
pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang
bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.
Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur
yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah
panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang
konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.

III.2.2 Klasifikasi Boiler

Boiler atau dikenal dengan Ketel Uap, adalah suatu peralatan atau sistem yang
bertujuan untuk mengubah air menjadi uap dan dapat digunakan sebagai
penggerak atau untuk keperluan industri. Boiler merupakan suatu bejana tertutup,
dimana kalor dari pembakaran bahan bakar dipindahkan ke air melalui ruang bakar
dan bidang bidang pemanas.
Berdasarkan teknologi proses pembakarannya, secara umum boiler dibagi menjadi
tiga jenis:
1. Boiler tipe stoker

Jenis boiler stoker mekanik ini menggunakan rantai berjalan (chain grate)
sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang umumnya berupa padatan.
Secara singkat proses kerjanya adalah batubara diletakkan di chain grate /
travelling grate (rantai berjalan), selanjutnya meniupkan udara panas dari
bawah rantai sehingga bahan bakar padat (misalnya batu bara) dapat terbakar.

36

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 21 : PLTU Tipe Boiler Stoker – Sintang (3 x 7 MW)
Boiler jenis ini juga dapat membakar berbagai jenis bahan bakar antara lain
batu bara, limbah kayu, kulit kayu, bahkan sampah anorganik.
Boiler Tipe Stoker adalah sistem pembakaran dengan memasukkan bahan
bakar padat pada bed pembakaran yang tetap, udara yang digunakan untuk
proses pembakaran dioperasikan dengan kecepatan yang kecil, dan ukuran
untuk tipe boiler ini terbatas sehingga kemampuan untuk menghasilkan uap
maksimum ± 50,4 kg/s. Bahan material tipe boiler ini harus mempunyai
ketahanan terhadap panas yang tinggi karena pembakaran di ruang bakar
melebihi 1093 ˚C.

Gambar - 22 : Boiler Tipe Stoker

37

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 23 : Sistem DCS pada Boiler Tipe Stoker

Kelebihan stoker boiler:
1. Irit dalam bahan bakar,
2. Dapat merespon secara tiba-tiba perubahan beban,
3. Dapat membakar bahan bakar dalam jumlah besar sekaligus,
4. Lahan yang dibutuhkan relatif kecil
5. Murah dalam instalasi
6. Dapat digunakan untuk kebutuhan daya yang minim
7. Ash yang dihasilkan sedikit

Kekurangan stoker boiler :
1. Keterbatasan steam yang dihasilkan
2. Hanya untuk pembangkit berdaya kecil
3. Menghasilkan efisiensi paling rendah dari tipe boiler lain
4. Coal size tidak fleksibel (terlalu kecil tidak dapat terbakar)
5. Permasalahan overheating pada travelling grate karena sisipin batubara.

2. Sistem Fluidized Bed
Prinsip kerja dari Fludized Bed Boiler hampir sama dengan boiler stoker
mekanik, namun pada boiler ini tidak menggunakan rantai, akan tetapi
menggunakan tumpukan (bed) partikel pasir yang diletakkan di bagian bawah
ruang bakar boiler sebagai media untuk memanaskan udara dan ruang bakar
secara keseluruhan. Udara dengan tekanan dan kecepatan tinggi dihembuskan
dari dasar tungku melalui nozzel-nozzel dan menembus tumpukan pasir
sehingga batu bara yang berada di atas pasir tersebut dapat melayang dan
terbakar di dalam ruang bakar.

38

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 24 : PLTU Tipe Boiler CFB – Punagaya (2 x110 MW)
Batubara yang telah terbakar namun belum habis dan ikut bersama-sama

dengan aliran gas hasil pembakaran dipisahkan dengan cyclone separator
untuk dikembalikan ke ruang bakar agar terbakar secara sempurna. Untuk jenis
yang seperti ini sering disebut sebagai unggun terfluidisasi tersirkulasi
(circulated fluidized bed atau CFB). Pada furnace boiler tipe CFB kecepatan
gas lebih cepat daripada boiler fluidized bed pada sistem bubling, dimana agar
kepadatan yang terdapat didalam furnace yaitu bed material dapat terangkat
dan mengalir, maka diperlukan nilai kecepatan gas minimum agar partikel dapat
terangkat dan keluar furnace.
Kelebihan Coal fluidized boiler :

1. Irit bahan bakar
2. Efisien energi
3. Lebih ramah lingkungan (karena SO2 terserap oleh limestone dan rendah emisi NO2
4. Tidak ada kerak yang tersisa
5. Laju korosi rendah
6. Hemat karena menggunakan batubara low rank
Kekurangan Coal fluidized boiler :
1. Mahal karena peraltan besar dan banyak
2. Permasalahan pemeliharaan, khususnya terkait refractory yang terkikis
3. Kebutuhan udara yang terbesar dari boiler tipe lain
4. Kadar carbon sisa terbesar

39

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 25 : Boiler Tipe Fluidized Bed

Gambar - 26 : Sistem DCS pada Boiler Tipe CFB
2. Sistem Pulverized

Pulverized boiler merupakan boiler yang paling banyak digunakan pada saat
ini, khususnya di Indonesia. Prinsip kerjanya adalah pembakaran batubara
terjadi di area furnace boiler, sebelumnya batubara tersebut ditampung dalam
coal bunker dan secara gravitasi turun ke coal mill (pulverizer) melalui coal
feeder, di dalam coal mill, batu bara tersebut dihaluskan hingga mencapai size
yang ditentukan agar pembakaran batubara tersebut dapat lebih sempurna dan

40

PUSAT SERTIFIKASI
merata. Hasil dari coal mill diarahkan menuju ke dalam furnace oleh primary air.
Sebelum batubara dimasukkan ke dalam boiler, pembakaran di dalam furnace
boiler sudah terjadi terlebih dahulu, yaitu pembakaran awal dengan
menggunakan bahan bakar HSD, hingga mencapai temperature yang
ditentukan, maka batubara halus tersebut dapat dimasukkan dan HSD tersebut
dapat dihentikan alirannya.

Gambar - 27 : PLTU Dengan Boiler Tipe Pulverized–Tanjung Awar-awar (2x350 MW)

Kelebihan Pulverized boiler :
1. Energi panas yang dibangkitkan besar, dibandingkan dengan boiler tipe lain.
2. Pemeliharaan lebih mudah, karena sebagian peralatan berada di luar furnace
3. Menghasilkan daya yang besar
4. Cepat dalam manuver perubahan beban
5. Menaikkan efisiensi thermal (efisiensi boiler tinggi)
6. Kemampuan memasukkan sejumlah besar bahan bakar melalui burner.

Kekurangan Pulverized boiler :
1. Masalah lingkungan karena emisi gas buang
2. Boros bahan bakar
3. Membutuhkan coal dengan spesifikasi khusus
4. Coal size harus sesuai dengan standar desain boiler
5. Biaya instalasi cukup mahal
6. Penggunaan listik yang cukup besar, terutama untuk coal mill dan fan

41

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 28 : Boiler Tipe Pulverized

Gambar - 29 : Sistem DCS pada Boiler Tipe Pulverized
42

PUSAT SERTIFIKASI
III.2.3 Batubara

III.2.3.1 Klasifikasi Batubara
Batubara adalah batuan sendimen coklat ke hitam yang mudah terbakar
(dalam arti geologis) terutama dari sisa-sisa tanaman yang dikomposisi dan
dirubah secara kimia.
Kondisi yang di perlukan untuk pembentukan batubara diyakini mencakup
akumulasi sisa-sisa tanaman dan dekomposisi parsialnya dalam kondisi
lembab, diikuti oleh penguburan sedimen dan penundukan terhadap
peningkatan tekanan dan suhu sesuai dengan sejarah geologi lapisan
tersebut.

Tabel - 6 : Klasifikasi Batubara Berdasarkan Standar ASTM
(sumber : standar ASTM)

ASTM (American Society for Testing and Materials) membagi batubara
berdasarkan tingkat pembatubaraanya dimana urutan tertinggi adalah
Anthracite, Bituminous, sub-bituminous dan lignite. Semakin tinggi kualitas
batubara, maka kadar fixed carbon akan meningkat sedangkan volatile dan
moisture (kandungan air) akan turun, sebaliknya batubara kualitas rendah
seperti lignite dan sub-bituminous akan memiliki fixed carbon yang rendah dan
volatile dan moisture yang tinggi. Artinya semakin tinggi jenis batubara maka

43

PUSAT SERTIFIKASI

energi yang dihasilkan lebih besar dan bentuknya semakin keras dan
berwarna semakin hitam.

a. Anthracite,
Peringkat tertinggi batubara yang memiliki ciri-ciri keras, rapuh dan hitam
berkilau yang mengandung persentase fixed carbon yang tinggi dan
persentase volatile matter yang rendah. Kandungan moisture pada
batubara jenis ini umumnya kurang dari 15% dan kadungan panas berkisar
antara 22 hingga 28 juta Btu/ton.

b. Bituminous
Bituminous adalah batubara padat, biasanya hitam, kadang-kadang coklat
gelap, sering dengan pita yang jelas dari bahan terang dan kusam, batubara
jenis ini umumnya digunakan sebagai bahan bakar di pembangkit listrik
tenaga uap. Kadar air batubara bituminous biasanya kurang dari 20% berat.
Kandungan panas berkisar anatara 21 hingga 30 juta Btu/ton.

c. Sub-bituminous
Sub-bituminous adalah batubara yang sifatnya berkisar dari batubara lignite
hingga bituminous, yang di gunakan terutama untuk pembangkit listrik
tenaga uap, batubara jenis ini memiliki ciri kusam, coklat tua ke hitam, lunak
dan rapuh di bagian bawah kisaran, sedang cerah, hitam, keras dan relatif
kuat di ujung atas. Batubara sub-bituminous mengandung 20 hingga 30 %
inherent moisture. Kandungan panas berkisar 17 – 24 juta Btu/ton.

d. Lignite
Lignite adalah peringkat batubara terendah, sering disebut batubara coklat,
digunakan secara eksklusif sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik
tenaga uap. Warnaya hitam kecoklatan dan memiliki kadar inherent
moisture yang tinggi mencapai 45%. Kandungan panas batubara jenis ini
berkisar 9 – 17 juta Btu/ton.

III.2.3.2 Analisa Batubara

Analisa kimia dan pengujian sample batubara biasanya dilakukan disebuah
laboratorium. Tujuan utama dari Analisa batubara adalah untuk mengetahui
kualitas dan karakteristik dari batubara tersebut. Selanjutnya data-data

44

PUSAT SERTIFIKASI

tersebut akan digunakan untuk perhitungan mencari rugi-rugi pada boiler.

Analisa pada batubara secara umum meliputi:

a. Analisa Proximate
b. Analisa Ultimate
c. Analisa Calorific Value

Untuk analisa proximate dan ultimate, keduanya dilakukan berdasarkan

persentase massa. Keduanya mempunyai tipe berdasarkan: (a) as-received

basis, berguna untuk perhitungan pembakaran, (b) dry or moisture free basis,

(c) dry mineral-matter-free atau combustible basis.

a. Analisa Proximate

Analisa proximate merupakan analisa batubara yang digunakan untuk

menentukan kadar air (moisture), zat mudah menguap (Volatile Matter),

abu (ash) dan karbon tetap (Carbon) yang terkandung dalam sampel

batubara. Standar yang digunakan untuk metode pengujian adalah

sebagai berikut:

Moisture Standard ASTM D3173

Ash Standard ASTM D3174

Volatile Matter Standard ASTM D3175

Sedangkan untuk nilai fixed carbon pada analisa proximate merupakan

hasil kalkulasi, dari hasil akhir dari persen moisture, ash dan volatile

matter, yang dapat diformulasikan sebagai berikut:

= 100 − ( + + )

dimana :

: Fixed carbon %

: Kandungan moisture %

: Volatile matter %

b. Analisa Ultimate

Merupakan penentuan kadungan karbon, hydrogen, sulfur, nitrogen, dan

ash dalam batubara, seperti yang ditemukan dalam produk gas dari

pembakaran, dan untuk kandungan oksigen dapat menggunkan metode

perhitungan berdasarkan perbedaan.

45

PUSAT SERTIFIKASI

Tabel - 7 : Analisa Ultimate Batubara Berdasarkan Standar ASTM

(sumber : standar ASTM)

Standar yang digunakan untuk metode analisa pada laboratorium yang

digukan adalah sebagai berikut:

Carbon dan Hydrogen Standar ASTM D 3178

Sulfur Standar ASTM D 3177 atau D 4239

Nitrogen Standar ASTM D 3179

Ash Standar ASTM D 3174

Moisture Standar ASTM D 3173

Sedangkan untuk kandungan oksigen pada batubara belum ada metode

standar ASTM secara langsung yang dapat untuk menentukan oksigen

secara akurat, oleh karena itu nilai oleh karena itu nilai kandungan

oksigen di peroleh dengan cara pengurangan dari total 100 persen

dengan jumlah komponen lain dari analisa ultimate.
= 100 − ( + + + + )

dimana :

: kandungan oksigen dalam batubara %

: kandungan karbon dalam batubara %

: kandungan hidrogen dalam batubara %

: kandungan sulfur dalam batubara %

: kandungan nitrogen dalam batubara %

c. Nilai Kalor
Nilai kalor adalah panas yang dihasilkan oleh pembakaran sejumlah
satuan batubara dalam kalorimeter bom dengan oksigen dan di bawah
seperangkat kondisi tertentu (ASTM D-121; ASTM D-2015; ASTM D-
3286; ISO 1928). Untuk analisis batubara, nilai kalori ditentukan dalam

46

PUSAT SERTIFIKASI

kalorimeter bom baik dengan metode statis (isotermal) atau dengan
metode adiabatik, dengan koreksi dilakukan jika nilai kalori bersih
menarik. Unit ini adalah kalori per gram, yang dapat dikonversi ke unit
alternatif (1,0 kkal / kg = 1,8 Btu / lb = 4,187 kJ / kg).
Berbagai metode empiris telah dipublikasikan memperkirakan nilai kalori
batubara berdasarkan dari Analisa proximate atau ultimate. Salah satu
yang sering digunakan adalah Dulong’s formula yang memberikan hasil
yang cukup akurat untuk batubara (sekitar 2 – 3%). Ini yang sering
digunakan sebagai pemeriksaan rutin nilai yang di tentukan calorimeter.

= , + , ( – ( )) +

dimana :

: Higher Heating Value, Btu/lb atau kJ/kg

: kandungan karbon dalam batubara %

2 : kandungan hidrogen dalam batubara %
2 : kandungan oksigen dalam batubara %
: kandungan sulfur dalam batubara %

Untuk sebagian besar bahan bakar, perbedaan antara constant pressure
dan constant volume dari nilai kalor adalah kecil dan biasanya diabaikan.
Tetapi karena bahan bakar di bakar pada kondisi constant pressure,
sehingga secara teknis nilai kalor pada constant pressure adalah nilai
yang benar. Untuk bahan bakar padat atau cair, untuk mengubah
constant volume higher heating value ( ) di ukur dalam bomb
calorimeter ke constant pressure ( ) dapat menggunakan
persamaan:

= + 264.4 2

Nilai kalori biasa nya dinyatakan sebagai Gross Calorific Value (GCV)
atau Higher Heating Value (HHV) dan Net Calorific Value (NCV) atau
Lower Calorific Value (LHV). Perbedaan antara HHV dan LHV adalah
pada panas laten dari kondensasi uap air yang dihasilkan selama proses
pembakaran.

47

PUSAT SERTIFIKASI

III.2.4 Proses Pembakaran Batubara di dalam Boiler

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara zat yang mudah terbakar dan
oksigen di udara yang melepaskan panas. Selama pembakaran, atom yang mudah
terbakar (karbon, sulfur, hidrogen pada umumnya adalah bahan yang mudah
terbakar di dalam bahan bakar di mana karbon merupakan bagian utama) dan satu
atau lebih atom oksigen biasanya berasal dari atmosfer yang mengandung:

21% oksigen dan 79% nitrogen berdasarkan volum.
23% oksigen dan 77% nitrogen berat.
Untuk mendukung pembakaran dari bahan bakar, oksigen harus ada. Oksigen
disediakan melalui udara pembakaran. Jumlah minimum dari udara yang
dibutuhkan untuk membakar bahan bakar secara teoritis disebut Stoichiometric
combustion air.

Gambar - 30 : Reaksi Kimia dalam Pembakaran Batubara
(sumber : Babcock Wilcock)

Excess Air
Udara lebih dari theoretical air adalah persyaratan untuk pembakaran sempuran
pada ruang bakar boiler. Jika terjadi kekurangan dari udara pembakaran sehingga
akan mengakibatkan CO terbentuk bukan CO2 dan sejumlah nilai kandungan
karbon akan tertinggal di dalam ash dan dust.
Secara sederhana dapat di simpulkan bahwa kekurangan excess air berarti
pembakaran tidak sempurna, terlalu banyak excess air berarti semakin besar panas

48

PUSAT SERTIFIKASI
yang hilang di cerobong. Sehingga kondisi optimum excess air akan mendapatkan
nilai dry flue gas losses dan Unburned carbon losses yang minimum.

Gambar - 31 : Excess Air

Excess air level dapat ditentukan dengan pengukuran dari oksigen konten dari flue
gas di air heater inlet. Jika pembakaran sempurna dan tidak ada excess air yang
diperlukan, maka kandungan oksigen dalam flue gas akan nol.

III.3 Steam Turbine

Turbin uap (steam turbine) berfungsi untuk merubah energi panas yang terkandung
dalam uap menjadi gerakan memutar (putaran). Uap dengan tekanan dan temperatur
tinggi diarahkan untuk mendorong sudu-sudu turbin yang dipasang pada poros sehingga
poros turbin berputar.

Gambar - 32 : Turbin pada PLTU Paiton Baru (Unit 9)

49

PUSAT SERTIFIKASI
Akibat melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur uap keluar turbin turun hingga
hingga menjadi uap basah. Uap ini kemudian dialirkan ke kondensor, sedangkan tenaga
putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator.
Saat ini hampir semua mesin turbin uap adalah dari jenis condensing turbine dimana uap
keluar dari turbin (exhaust steam) dialirkan ke kondensor.

III.3.1 Prinsip Kerja Steam Turbin

Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin
rotasi berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder
memiliki sebuah rotor yang disangga oleh bantalan-bantalan. Rotor tersebut
disambung menjadi satu dengan rotor generator. Ruang diantara rotor dengan
rumah turbin (casing) terdiri dari rangkaian sudu-sudu tetap dan sudu-sudu gerak
yang dijajarkan berselang-seling.

Gambar - 33 : Rotor Turbin
Sudu-sudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang
rangkaian sudu gerak dipasang pada rotor. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka
energi panas yang dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam
bentuk putaran poros.
Proses diawali dengan energi panas dalam uap diubah terlebih dahulu menjadi
energi kinetik (kecepatan) dengan cara melewatkan uap melalui nozel-nozel. Uap
berkecepatan tinggi kemudian diarahkan ke sudu-sudu sehingga menghasilkan

50

PUSAT SERTIFIKASI

putaran poros turbin dimana energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk
menggerakkan generator, pompa dan sebagainya.

Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam nosel (sudu diam)
turbin, sedangkan perubahan energi kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk
putaran rotor turbin terjadi pada sudu jalan turbin.

Thermal energy

Nozzle

Kinetic energy

Blades

Mechanical energy

Gambar - 34 : Proses Perubahan Energi pada Turbin

Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut :

1. Uap masuk kedalam turbin melalui nosel dimana energi panas dari uap
dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan
uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam
nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari
pada saat masuk ke dalam nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel
diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang
disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu
turbin itu dibelokkan kearah mengikuti lengkungan dari sudu turbin.
Perubahan kecepatan uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan
kemudian memutar roda dan poros turbin.

2. Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkn sudu turbin berarti
hanya sebagian energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin
yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu
turbin dimanfaatkan maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu
gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris

51

PUSAT SERTIFIKASI

pertama dan baris kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap (guide
blade) yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap
dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.
3. Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat
dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan
sebanyak mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin menjadi lebih tinggi
karena kehilangan energi relatif kecil.

III.3.2 Klasifikasi Steam Turbine

Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda
berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan
tekanan uap sebagai berikut:

A. Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya
1. Turbin Impulse
Turbin impulse atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana
berotor satu atau banyak (gabungan) yang mempunyai sudu-sudu pada
rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut
keluar.
• Turbin satu tahap.
• Turbin impuls gabungan.
• Turbin impuls gabungan kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
• Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi
pada sudu diam / nosel.
• Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan
Tekanan Rata.

52

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 35 : Proses Kerja Sudu Turbin

(sumber : www.id.wikipedia.org)

2. Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari
baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerak turbin reaksi
dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris,
karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap
walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri turbin ini adalah :
• Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
• Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut
Tekanan Bertingkat.

B. Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam
Turbin
1. Turbin Tunggal (Single Stage)
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk
daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
2. Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi).
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya
besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih.
Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.

53

PUSAT SERTIFIKASI

C. Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap
1. Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam
kompresor.
2. Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih
dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
3. Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses
pemanasan lain, misalnya proses industri.

III.4 Generator dan Transformator
III.4.1 Generator

Generator adalah peralatan yang dapat merubah energi mekanik menjadi energi
listrik. Dalam sistem PLTU, Generator merubah energi mekanik dari Steam turbine
menjadi energi listrik.
Generator merupakan peralatan teknologi yang bekerja berdasarkan induksi
Faraday, atau induksi elektromagnetik. Hukum Faraday menyebutkan jika terjadi
perubahan garis gaya magnet pada sebuah kumparan kawat, maka akan timbul
gaya gerak listrik (GGL) pada kawat tersebut. Jika kumparan kawat dihubungkan
dengan rangkaian listrik tertutup, maka akan timbul pula arus listrik yang mengalir
pada rangkaian.

Gambar - 36 : Kaidah Tangan Kanan

54

PUSAT SERTIFIKASI

Untuk dapat memahami hukum Faraday, kita tidak dapat lepas dengan kaidah
tangan kanan yang diperkenalkan oleh John Ambrose Fleming. Kaidah tangan
kanan fleming adalah sebuah metode mneumonik untuk memudahkan kita
menentukan arah vektor dari ketiga komponen hukum Faraday, yakni arah gaya
gerak kumparan kawat, arah medan magnet, serta arah arus listrik. Jika Anda
menirukan posisi jari tangan kanan Anda seperti pada gambar di atas, maka ibu jari
akan menunjukkan arah gaya (torsi), jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet,
dan jari tengah menunjukkan arah arus listrik.
Secara umum prinsip kerja dari generator yaitu dengan memanfaatkan kumparan
medan yang berada pada rotor yang dapat dihasilkan melalui penguat sendiri
maupun penguat terpisah yang dihubungkan dengan sistem eksitasi pada
kumparan penguat medan. Sistem eksitasi ini akan menghasilkan arus eksitasi
yang di gunakan untuk mengaliri kumparan medan. Dengan begini akan terjadinya
fluks saat ada arus eksitasi yang mengalir pada kumparan medan.

Gambar - 37 : Generator PLTU

III.4.2 Penguatan Generator (eksitasi)

Sistem eksitasi pada generator adalah pemberian aruh searah pada belitan medan
rotor. Sesuai prinsip elektromagnetik yaitu apabila suatu konduktor dialiri listrik arus
searah maka kumparan tersebut akan menghasilkan fluks magnet.
Prinsip Kerja dari sistem eksitasi adalah sesuai dengan prinsip elektromagnetik
yaitu apabila suatu konduktor berupa belitan yang dialiri listrik arus searah maka

55

PUSAT SERTIFIKASI

belitan tersebut kan menghasilkan fluks magnet, dan apabila diputar dengan
kecepatan tertentu, maka belitan yang terdapat pada stator akan terinduksi
sehingga akan dihasilkan tegangan listrik bolak balik pada belitan stator.
Besarnya tegangan yang dihasilkan tergantung pada besarnya arus eksitasi dan
kecepatan putaran pada rotor. Semakin besar arus eksitasi maka akan semain
besar tegangan yang dihasilkan generator.
Berdasarkan cara pemberian arus searah pada rotor, sistem eksitasi dikategorikan
menjadi 2 jenis yaitu SIstem eksitasi menggunakan sikat (brush) dan Sistem eksitasi
tanpa menggunakan sikat (brushless).
Terdapat dua jenis sistem eksitasi yang menggunakan sikat :

1. Sistem eksitasi konvensional menggunakan generator arus searah
2. Sistem eksitasi statis
Sedangkan untuk eksitasi tanpa menggunakan sikat terdiri dari
1. Sistem eksitasi menggunakan baterai
2. SIstem eksitasi menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG)

Gambar - 38 : Eksitasi pada Generator

III.4.3 Transformator (transformer)

Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk
menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau
sebaliknya (mentransformasikan tegangan).

56

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 39 : Transformator
Sebuah transformator bekerja dengan memanfaatkan induksi elektromagnetik

sesuai hukum Faraday dan hukum Lorenzt.
Hukum Faraday

Gaya listrik yang melalui garis lengukung tertutup berbanding lurus dengan
perubahan induksi persatuan waktu pada garis lengkung tersebut, sehingga
apabila ada suatu arus yang melalui sebuah kumparan maka akan timbul
medan magnet pada kumparan tersebut.
Hukum Lorenzt
Arus bolak-balik (AC) yang beredar mengelilingi inti besi mengakibatkan inti
besi tersebut berubah menjadi magnet, apabila magnet tersebut dikelilingi oleh
suatu lilitan maka lilitan tersebut akan memiliki perbedaaan tegangan pada
kedua ujung lilitan.
Berdasarkan hukum lorenzt maka pada saat kumparan primer diberi arus AC maka
akan menimbulkan medan magnet pada inti trafo yang besarnya bergantung dari
besar arus listrik yang diberikan. Medan magnet yang terbentuk menjadi semakin
kuat dengan adanya core inti besi dan menghantarkan medan magnet ke bagian
kumparan sekunder sehingga bagian sekunder akan timbul induksi gaya gerak
listrik yang sebenarnya merupakan pelimpahan daya dari sisi primer trafo.

57

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 40 : Prinsip Kerja Transformator
Prinsip kerja dari trafo melibatkan bagian-bagian utama pada trafo, yaitu: kumparan
primer, kumparan sekunder dan inti trafo. Kumparan tersebut mengelilingi inti besi
dalam bentuk lilitan. Apabila kumparan pada sisi primer trafo dihubungkan dengan
suatu sumber tegangan bolak-balik sinusoidal (Vp), maka akan mengalir arus bolak-
balik yang juga sinusoidal (Ip) pada kumparan tersebut. Arus bolak-balik ini akan
menimbulkan fluks magnetik (Ф) yang sefasa dan juga sinusoidal di sekeliling
kumparan. Akibat adanya inti trafo yang menghubungkan kumparan pada sisi
primer dan kumparan pada sisi sekunder, maka fluks magnetik akan mengalir
bersama pada inti trafo dari kumparan primer menuju kumparan sekunder sehingga
akan membangkitkan tegangan induksi pada sisi sekunder trafo.
Persamaan untuk besarnya tegangan, arus dan jumlah belitan adalah :


= =
dimana :
: Tegangan pada kumparan Primer
: Tegangan pada kumparan Sekunder
: Arus pada kumparan Primer
: Arus pada kumparan Sekunder
: Jumlah belitan pada kumparan Primer
: Jumlah belitan pada kumparan Sekunder
Pengoperasian transformator daya tidak terlepas dari adanya daya yang hilang.
Daya-daya hilang ini terkonversi dalam bentuk panas. Panas timbul pada bagian

58

PUSAT SERTIFIKASI

inti, belitan, minyak isolator, dan tangki transformator. Panas yang timbul ini
biasanya akan dibuang ke atmosfer lingkungan sekitar melalui tangki transformator.
Sistem pendingin pada transformator digunakan untuk mengurangi panas dan
menjaga kenaikan temperatur agar tetap berada dibawah batasan tertentu.
Temperatur maksimum bahan isolator pada belitan dan minyak sangat tergantung
dari pembebanan, jenis sistem pendingin, serta temperatur lingkungan sekitar.
Ketentuan Simbol dan penamaan jenis pendingin pada Transformer diatur dalam
IEEE C.57.12.00-2000 dengan ketentuan sebagai berikut:
Huruf Pertama, media pendingin yang bersentuhan dengan belitan (winding).

O : Cairan isolasi (minyak mineral atau sintetis) dengan titik api
<300°C

K : Cairan isolasi dengan titik api > 300°C
L : Cairan isolasi dengan titik api yang tidak terukur
Huruf Kedua, mekanisme sirkulasi media pendingin internal
N : Proses aliran konveksi terjadi secara alami (natural). Cairan

isolasi bersirkulasi secara alami melalui peralatan pendingin dan
belitan pada transformator.
F : Sirkulasi cairan isolasi dilakukan secara “dipaksakan” (forced)
dengan menggunakan pompa cairan, namun proses aliran
konveksi pada belitan terjadi secara alami.
D : Sirkulasi cairan isolasi dilakukan secara “dipaksakan” dengan
menggunakanpompa cairan. Cairan isolasi diarahkan (directed)
melalui saluran tertentu paling tidak menuju ke belitan utama.
Huruf Ketiga, media pendingin eksternal (di luar transformator)
A : Udara (air)
W : Air (water)
Huruf Keempat, mekanisme sirkulasi media pendingin eksternal
N : Konveksi alami (natural)

59

PUSAT SERTIFIKASI
III.4.3.1 Jenis – Jenis Pendingin Pada Transformator
Terdapat dua jenis pendingin pada transformator, diantaranya adalah:

1. Tipe Kering
a. AA : Pendingin udara natural
b. AFA : Pendinginan udara terpompa

2. Tipe Basah
a. ONAN : Oil Natural Air Natural

Pada tipe ini udara dan minyak trafo akan bersikulasi dengan alami. Perputaran
minyak akan dipengaruhi oleh suhu oli.

Gambar - 41 : Pendinginan Tipe ONAN

b. ONAF : Oil Natural Air Forced
Pada tipe ini minyaki akan bersikulasi dengan alami namun saat minyak melalui
radiator, minyak akan didinginkan dibantu dengan kipas/fan.

Gambar - 42 : Pendinginan Tipe ONAF

60

PUSAT SERTIFIKASI

c. OFAF : Oil Forced Air Forced
Pada tipe ini minyak akan didinginkan dengan bantuan pompa agar
sirkulasi semakin cepat dan juga dibantu kipas/fan pada radiatornya

Gambar - 43 : Pendinginan Tipe OFAF
Dalam perkembangannya, Tipe pendingin OFAF telah ditingkatkan
bukan hanya aliran minyak yang menggunakan pompa tapi juga
dengan mengarahkan arah aliran minyak melalui jalur menuju
belitan dengan harapan laju perpindahan panas bisa lebih cepat.
Tipe pendinginan ini disebut Oil Directed Air Forced (ODAF).

III.4.3.2 Transformer losses

Kerugian atau kehilangan daya pada Trafo disebabkan oleh dua faktor utama
yaitu Faktor Core Loss (Inti Besi) dan Faktor Copper Loss (Kumparan).
Kerugian Daya atau Kehilangan Daya pada Trafo ini sering disebut juga
dengan Rugi Daya Transformator (Transformer losses).
Dalam IEEE C57.123.2002, Transformer losses dikategorikan menjadi 2 :

1. No load losses
Secara umum pengertian no load losses (juga disebut sebagai rugi
eksitasi, rugi inti, dan rugi besi) adalah rugi-rugi pada transformer yang
tidak terkait dengan perubahan daya atau beban operasi trafo. Umumnya
besar No load losses pada trafo sangat kecil, biasanya kurang dari 1%
dari rating power Trafo itu sendiri. Walupun demikian, losses ini tetap ada

61

PUSAT SERTIFIKASI

dan konstan selama trafo beroperasi. Oleh karena itu pengukuran sangat
penting dilakukan agar dapat mengevaluasi kinerja transformator
individu secara akurat
a. Core Losses atau Iron Losses

adalah rugi daya pada Tranformator yang dikarenakan oleh Inti Besi
Transformator itu sendiri. Kerugian ini disebabkan karena inti besi
tidak dapat merubah arah fluks magnetnya dengan seketika,
Terdapat dua faktor yang menyebabkan terjadinya Core Loss yaitu
kerugian arus Eddy (Eddy Current) dan kerugian histeresis
(Hysteresis loss). Kedua Kerugian ini pada dasarnya tergantung
pada sifat magnetik bahan yang digunakan untuk konstruksi inti
transformator (trafo).
1) Kerugian Arus Eddy (Eddy Current Loss)

Pada Transformator atau Trafo, arus listrik AC yang dipasok ke
kumparan primer akan membentuk fluks medan magnet yang
bergantian. Apabila fluks medan magnet tersebut terhubung ke
kumparan sekunder maka akan menyebabkan induksi gaya
gerak listrik atau biasanya dikenal dengan induksi GGL. Tetapi
terdapat pula beberapa bagian fluks magnet yang menginduksi
ke bagian konduktor lainnya yaitu ke Inti besinya Trafo
(Tranformer Core) tersebut yang kemudian akan menyebabkan
sirkulasi arus kecil didalamnya. Arus tersebut disebut dengan
Arus Eddy (Eddy Current). Karena Arus Eddy inilah beberapa
energi akan terdisipasi dalam bentuk panas.
2) Kerugian Histerisis (Hysterisis Losses)
Hysterisis losses (rugi-rugi histerisis) disebabkan oleh gesekan
molekul yang melawan aliran gaya magnet di dalam inti besi.
Gesekan molekul dalam inti besi ini menimbulkan panas. Panas
yang timbul ini menunjukan kerugian energi, karena sebagian
kecil energi listrik tidak dipindahkan , tetapi diubah bentuk
menjadi energi panas.

62

PUSAT SERTIFIKASI

Panas yang tinggi juga dapat merusak trafo ,sehingga pada trafo
– trafo transmisi daya listrik ukuran besar, harus didinginkan
dengan media pendingin. Umumnya digunakan minyak khusus
untuk mendinginkan trafo ini Sebuah trafo didesain untuk bekerja
pada rentang frekuensi tertentu. Menurunnya frekuensi arus
listrik dapat menyebabkan meningkatnya rugi-rugi histerisis dan
menurunkan kapasitas (VA) trafo Kerugian Histeris pada trafo ini
disebabkan oleh pembalikan magnetisasi pada inti
transformator. Kehilangan atau kerugian ini tergantung pada
volume dan kadar besi yang digunakan untuk konstruksi inti besi
trafo, frekuensi pembalikan magnetik dan nilai kerapatan fluks.

Gambar - 44 : Metode Pengukuran No Load Losses Menurut IEC 60076.1
(sumber : IEC 60076.1)

2. Load losses/copper losses
Load losses atau Copper losses adalah rugi-rugi daya pada Trafo yang
diakibatkan oleh resistansi pada kumparan atau lilitan pada trafo itu
sendiri. Copper Loss pada Kumparan Primer adalah I12R1 dan Copper
Loss pada Kumparan Sekunder adalah I22R2. Dimana I1 dan I2 adalah
arus pada masing-masing kumparan primer dan kumparan sekunder
sedangakn R1 dan R2. adalah resistansi pada masing-masing kumparan
primer dan kumparan sekunder. Rugi-rugi yang diakibatkan oleh Copper
Loss ini adalah sebanding dengan kuadrat arus dan arus ini tergantung
pada beban. Oleh karena itu Copper loss pada Trafo ini juga akan
bervariasi tergantung pada beban yang diberikan pada trafo.

63

PUSAT SERTIFIKASI

Gambar - 45 : Pengukuran Load Losses Menggunakan Instrument Transformer
(sumber : IEEE C.57.123 - 2002)

Gambar - 46 : Metode Pengukuran Load Losses Menurut IEC 60076.1
(sumber : IEC 60076.1)

64

PUSAT SERTIFIKASI

III.5 Contoh PLTU di Indonesia

Di bawah ini merupakan contoh spesifikasi peralatan utama (main equipment) untuk
beberapa PLTU di Indonesia, antara lain :

1. PLTU Nagan Raya (2 x 110 MW)

Gambar - 47 : PLTU Nagan Raya (2 x 110 MW)

Nama Pembangkit : PLTU Nagan Raya
Bahan bakar : Batubara
Koordinat : 4°06’24,7’’ N ; 96°11’51,6’’ E

Data Teknik : : Wuxi Boiler Works
: Coal Fluidized Bed Boiler
1. Boiler : UG-430/9,81-M
- Pabrik : 2010
- Jenis : 430 t/h
- Tipe : 9,8 MPa
- Tahun pembuatan : 540 ˚C
- Kapasitas :-
- Tekanan uap utama :-
- Temperatur uap utama
- Tekanan uap reheat
- Temperatur uap reheat

65

PUSAT SERTIFIKASI

2. Turbin : Nanjing Steam Turbine Generator Works
- Pabrik : N110-8,83/535
- Tipe : 2010
- Tahun pembuatan : 110 MW
- Daya nominal : 3000 rpm
- Putaran : 8,83 Mpa (a)
- Tekanan uap utama : 535 ˚C
- Temperatur uap utama : 402 t/h
- Main steam flow :-
- Tekanan uap reheat :-
- Temperatur uap reheat
: Nanjing Turbine & Electric Machinary
3. Generator (Group) Co.LTD
- Pabrik
: QFW-110-2
- Tipe : 2010
- Tahun pembuatan : 110 MW
- Daya nominal : 13,8 kV
- Tegangan : 5414 A
- Arus : 3000 rpm
- Putaran : 50 HZ
- Frekuensi : 780 A
- Arus Eksitasi :3
- Jumlah fasa : 0.85
- Faktor daya
4. Transformator Utama : TBEA Hengyang Transformer Co.LTD
- Pabrik : SFZ-130000/157,5
- Tipe : 2010
- Tahun pembuatan : ODAF
- Sistem pendinginan :3
- Jumlah fasa : 130 MVA
- Kapasitas terpasang : (157,5 ± 8 x 1,25%) kV
- Tegangan sisi HV

66

PUSAT SERTIFIKASI

- Tegangan sisi LV : 13,8 kV
- Arus sisi HV : 183,3 A
- Arus sisi LV : 866 A
- Jumlah Tap : 17
- Frekuensi : 50 HZ
- Kelompok vektor : YNd11
- Impedansi : 11,68 %

2. PLTU Pangkalan Susu (2 x 220 MW)

Gambar - 48 : PLTU Pangkalan Susu (2 x 275 MW)

Nama Pembangkit : PLTU Pangkalan Susu
Bahan bakar : Batubara
Koordinat : 4°07'06.6"N 98°15'26.9"E

Data Teknik : : Dongfang Boiler Group Co.LTD
1. Boiler : Pulverized boiler
:
- Pabrik :
- Jenis : 430 t/h
- Tipe : 13,43 MPa (g)
- Tahun pembuatan :-
- Kapasitas
- Tekanan uap utama
- Temperatur uap utama

67

PUSAT SERTIFIKASI

- Tekanan uap reheat : 2,505 MPa (g)
- Temperatur uap reheat :-
2. Turbin
- Pabrik : Beijing Beizhong Steam Turbine
Generator Co.LTD
- Tipe
- Tahun pembuatan :
- Daya nominal :
- Putaran : 220 MW
- Tekanan uap utama : 3000 rpm
- Temperatur uap utama : 12,75 Mpa
- Main steam flow : 535 ˚C
- Tekanan uap reheat :-
- Temperatur uap reheat :-
- Exhaust pressure : 535 ˚C
3. Generator : 8,7 kPa
- Pabrik
: Beijing Beizhong Steam Turbine
- Tipe Generator Co.LTD
- Tahun pembuatan
- Daya nominal : QFSN-220-2
- Tegangan :
- Arus : 220 MW / 258,8 MVA
- Putaran : 15,75 kV
- Frekuensi : 9487 A
- Jumlah fasa : 3000 rpm
- Faktor daya : 50 HZ
4. Transformator Utama :3
- Pabrik : 0.85
- Tipe
- Tahun pembuatan : Shandong Power Equipment Co.LTD
- Sistem pendinginan : SFP-260000/330
: 2010
: ODAF/ONAF

68

PUSAT SERTIFIKASI

- Jumlah fasa :3
- Kapasitas terpasang : 260 MVA
- Tegangan sisi HV : 15,75 kV
- Tegangan sisi LV :
- Arus sisi HV :
- Arus sisi LV :
- Jumlah Tap :5
- Frekuensi : 50 HZ
- Kelompok vektor : YNd11
- Impedansi : 14,28 %

3. PLTU Tenayan (2 x 110 MW)

Gambar - 49 : PLTU Tenayan (2 x 110 MW)

Nama Pembangkit : PLTU Tenayan
Bahan bakar : Batubara
Koordinat : 0°33'51.6"N 101°31'24.9"E

Data Teknik : : Dongfang Boiler Group Co. Ltd
: Boiler Water Tube
1. Boiler : Circulating Fluedized Bed
- Pabrik
- Jenis
- Tipe

69

PUSAT SERTIFIKASI

- Tahun pembuatan : 2013
- Kapasitas : 430 t/h
- Tekanan uap utama : 9,81 Mpa
- Temperatur uap utama : 540 ⁰C
- Tekanan uap reheat : NA
- Temperatur uap reheat : NA
2. Turbin
- Pabrik : Dongfang Turbine Co.LTD.
- Tipe :
- Tahun pembuatan :
- Daya nominal : 110 MW
- Nomor seri : D110B
- Putaran : 3000 R/MIN
- Tekanan uap utama : 8,83 Mpa (a)
- Temperatur uap utama : 535 ˚C
- Tekanan uap reheat :-
- Temperatur uap reheat :-
3. Generator
- Pabrik : Dongfang Electric Machinary Co.LTD
- Tipe : QF-110-2-13.8
- Tahun pembuatan : 2012
- Daya nominal : 110 MW
- Tegangan : 13,8 kV
- Arus : 5414,2 A
- Putaran : 3000 rpm
- Frekuensi : 50 Hz
- Tegangan Eksitasi : 203,1 V
- Arus Eksitasi : 1438 A
- Jumlah fasa :3
- Faktor daya : 0.8

70

PUSAT SERTIFIKASI

4. Transformator Utama : ChongQing AEA Group Transformer
- Pabrik Co.LTD

- Tipe : SFPZ11-125000/150
- Tahun pembuatan : 2014
- Sistem pendinginan : OFAF
- Jumlah fasa :3
- Kapasitas terpasang : 125000 kVA
- Tegangan sisi HV : 150 kV
- Tegangan sisi LV : 13,8 kV
- Arus sisi HV : 481 A
- Arus sisi LV : 5230 A
- Jumlah Tap : 17
- Frekuensi : 50 Hz
- Kelompok vektor : YNd11
- Impedansi :

4. PLTU Teluk Sirih (2 x 110 MW)

Gambar - 50 : PLTU Teluk Sirih (2 x 110 MW)

Nama Pembangkit : PLTU Teluk Sirih
Bahan bakar : Batubara
Koordinat : 1°04'31.2"S 100°22'26.3"E

71

PUSAT SERTIFIKASI

Data Teknik : : Wuxi Boiler Works Co.LTD
1. Boiler : UG-434/9,81-M
:
- Pabrik : 2013
- Jenis : 434 t/h
- Tipe : 9,8 MPa (g)
- Tahun pembuatan : 540 ˚C
- Kapasitas :-
- Tekanan uap utama :-
- Temperatur uap utama
- Tekanan uap reheat : Nanjing Steam Turbine Works Co.LTD
- Temperatur uap reheat :
2. Turbin : 2013
- Pabrik : 112 MW
- Tipe : Z74.01/01
- Tahun pembuatan : 3000 rpm
- Daya nominal : 8,826 Mpa (a)
- Nomor seri : 535 ˚C
- Putaran :-
- Tekanan uap utama :-
- Temperatur uap utama : 535 ˚C
- Main steam flow : 8,7 kPa
- Tekanan uap reheat
- Temperatur uap reheat : Nanjung Steam Turbine (Group Co.LTD
- Exhaust pressure : Air cooled generator
3. Generator : 2013
- Pabrik : 130 MVA
- Tipe : 13,8 kV
- Tahun pembuatan : 5512 A
- Daya nominal : 3000 rpm
- Tegangan
- Arus
- Putaran

72

PUSAT SERTIFIKASI

- Frekuensi : 50 HZ
- Jumlah fasa :3
- Faktor daya : 0.85
4. Transformator Utama
- Pabrik : Shandong Power Equipment Co.LTD
- Tipe : SFZ10-132000/15TH
- Tahun pembuatan : 2011
- Sistem pendinginan : ONAN/ONAF
- Jumlah fasa :3
- Kapasitas terpasang : 132 MVA
- Tegangan sisi HV : (157,5 ± 8 x 1,25%) kV
- Tegangan sisi LV : 13,8 kV
- Arus sisi HV : 483,9 A
- Arus sisi LV : 5522,5 A
- Jumlah Tap :8
- Frekuensi : 50 HZ
- Kelompok vektor : YNd11
- Impedansi : 12,00 %

5. PLTU Suralaya 8 (1 x 625 MW)

Gambar - 51 : PLTU Suralaya (1 x 625 MW)

Nama Pembangkit : PLTU 1 Banten – Suralaya unit 8
Bahan bakar : Batubara
Koordinat : 5°53'11.1"S 106°02'15.8"E

73

PUSAT SERTIFIKASI

Data Teknik : : Shanghai Electric Power Generation
1. Boiler Co.LTD

- Pabrik : Pulverized Boiler
: SG-2129/17,5-M922
- Jenis : Sub-critical pressure control circular boiler
- Model : 2008
- Tipe : 2129 t/h
- Tahun pembuatan : 17,50 MPa
- Kapasitas : 541 ˚C
- Tekanan uap utama : 4,05 / 3,84 MPa
- Temperatur uap utama : 541 ˚C
- Tekanan uap reheat
- Temperatur uap reheat : Shanghai Electric Power Generation
2. Turbin Co.LTD.
- Pabrik
: Subcritical, 3 cylinder, 4 exhaust,
- Tipe condensing turbine

- Tahun pembuatan :
- Daya nominal : 625 MW
- Putaran : 3000 rpm
- Tekanan uap utama : 16,67 Mpa (a)
- Temperatur uap utama : 538 ˚C
- Tekanan uap reheat : 3,593 MPa (a)
- Temperature uap reheat : 538 ˚C
3. Generator
- Pabrik : Shanghai Electric Power Generation
Co.LTD.
- Tipe
- Tahun pembuatan : QSFN-625-2
- Daya nominal : 2004
- Tegangan : 625 MW
: 20 kV

74