sistem tenaga listrik

advertisement
BUKU AJAR
SISTEM TENAGA
LISTRIK
Oleh:
Slamet Suripto
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
BAB I
SISTEM TENAGA LISTRIK
A. Skema Sistem Tenaga Listrik
Sistem Tenaga Listrik adalah suatu sistem yang terdiri
dari beberapa komponen berupa pembangkitan, transmisi,
distribusi dan beban yang saling berhubungan dan berkerja
sama untuk melayani kebutuhan tenaga listrik bagi pelanggan
sesuai kebutuhan. Secara garis besar Sistem Tenaga Listrik
dapat digambarkan dengan skema di bawah ini.
B. Fungsi Komponen Sistem Tenaga Listrik
Fungsi masing-masing komponen secara garis besar
adalah sebagai berikut:
1
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
1. Pembangkitan merupakan komponen yang berfungsi
membangkitkan tenaga listrik, yaitu mengubah energi yang
berasal dari sumber energi lain misalnya: air, batu bara,
panas bumi, minyak bumi dll. menjadi energi listrik.
2. Transmisi merupakan komponen yang berfungsi
menyalurkan daya atau energi dari pusat pembangkitan ke
pusat beban.
3. Distribusi merupakan komponen yang berfungsi
mendistribusikan energi listrik ke lokasi konsumen energi
listrik.
4. Beban adalah peralatan listrik di lokasi konsumen yang
memanfaatkan energi listrik dari sistem tersebut.
C. Level Tegangan pada sistem tenaga listrik
Pada suatu sistem tenaga listrik, tegangan yang
digunakan pada masing-masing komponen dapat berbedabeda sesuai dengan kepentingannya. Dengan kata lain,
setiap komponen pada sistem tenaga listrik mempunyai
level tegangan yang berbeda-beda.
2
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Pada sistem pembangkitan, level tegangan disesuaikan
dengan spesifikasi generator pembangkit yang digunakan,
biasanya berkisar antara 11 s/d 24 kV. Untuk pembangkit
yang berkapasitas lebih besar biasanya menggunakan level
tegangan yang lebih tinggi. Hal ini dilakukan agar arus yang
mengalir tidak terlalu besar. Karena untuk kapasitas daya
tertentu, besar arus yang mengalir berbanding terbalik
dengan tegangannya. Level tegangan pada pembangkit
biasanya tidak tinggi, karena semakin tinggi level tegangan
generator, jumlah lilitan generator harus lebih banyak lagi.
Dengan lilitan yang lebih banyak mengakibatkan generator
menjadi lebih besar dan lebih berat sehingga dinilai tidak
efisien.
Pada sistem saluran transmisi biasanya digunakan
level tegangan yang lebih tinggi. Hal ini karena fungsi pokok
saluran transmisi adalah menyalurkan daya, sehingga yang
dipentingkan adalah sistem mampu menyalurkan daya
dengan efisiensi yang tinggi atau rugi-rugi daya dan turun
tegangannya kecil. Upaya yang dilakukan adalah
mempertinggi level tegangan agar arus yang mengalir pada
jaringan transmisi lebih kecil.Level tegangan saluran
transmisi lebih tinggi dari tegangan yang dihasilkan generator
pembangkit. Tegangan saluran transmisi umumnya berkisar
antara 70 s/d 500 kV.Untuk menaikkan tegangan dari level
pembangkit ke level tegangan saluran transmisi diperlukan
transformator penaik tegangan.
Pada jaringan distribusi biasanya menggunakan
tegangan yang lebih rendah dari tegangan saluran transmisi.
Hal ini karena daya yang didistribusikan oleh masing-masing
jaringan distribusi biasanya relatif kecil dibanding dengan
daya yang disalurkan saluran transmisi, dan juga
menyesuaikan dengan tegangan pelanggan atau pengguna
energi listrik. Level tegangan jaringan distribusi yang sering
digunakan ada dua macam, yaitu 20 kV untuk jaringan
3
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
tegangan menengah (JTM) dan 220 V untuk jaringan tegangan
rendah (JTR). Dengan demikian diperlukan gardu induk yang
berisi trafo penurun tegangan untuk menurunkan tegangan
dari saluran transmisi ke tegangan distribusi 20 kV.
Diperlukan juga trafo distribusi untuk menurunkan tegangan
dari 20 kV ke 220V sesuaitegangan pelanggan.
Level tegangan beban pelanggan menyesuaikan
dengan jenis bebannya, misalnya beban industri yang
biasanya memerlukan daya yang relatif besar biasanya
menggunakan tegangan menengah 20 kV, sedang beban
rumah tangga dengan daya yang relatif kecil, biasanya
menggunakan tegangan rendah 220 V.
C. Sistem Interkoneksi
Sistem Tenaga Listrik yang diuraikan di atas adalah gambaran
secara sederhana, yaitu satu sistem pembangkitan yang
melayani satu sistem beban. Sistem yang demikian disebut
sistem tunggal. Namun dalam prakteknya kadang suatu
sistem tenaga listrik terdiri dari beberapa sistem pembangkit
untuk melayani beberapa macam beban yang ada pada lokasi
yang berlainan. Untuk memperoleh kualitas pelayanan yang
lebih baik, maka seluruh sistem haruslah saling berhubungan
4
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
atau interkoneksi sehingga dapat dikendalikan dari satu
tempat. Demikian pula kebutuhan daya dapat dilayani dari
pembangkit mana saja sekalipun lokasinya jauh dari pusat
beban.
Untuk mendapatkan sistem yang demikian setiap
pembangkit dan pusat beban harus saling berhubungan.
Sistem yang demikian disebut sebagai sistem interkoneksi.
Dengan sistem ini di harapkan kualitas pelayanan dapat
menjadi lebih baik. Dengan sistem interkoneksi, sistem tenaga
listrik menjadi lebih komplek, sehingga biaya pembangunan
dan opersionalnya menjadi lebih besar dan pengelolaannya
menjadi lebih rumit. Dengan demikian sistem interkoneksi
hanya digunakan pada sistem tenaga listrik dengan daya
besar dan memerlukan standar kualitas pelayanan yang
tinggi.
SOAL LATIHAN:
1. Jelaskan dengan skema dan penjelasan singkat, apa yang
dimaksud dengan sistem tenaga listrik.
2. Jelaskan fungsi jaringan distribusi pada suatu sistem
tenaga listrik.
3. Saluran transmisi biasanya menggunkan level tegangan
yang lebih tinggi dibanding sistem yang lain, mengapa
demikian?
4. Sistem interkoneksi di Indonesia hanya dilakukan di
daerah pulau jawa, sedang di daerah lain tidak dibuat
demikian, jelaskan.
5. Atas pertimbangan apa beban industri atau rumah sakit
yang cukup besar berlangganan PLN dengan tegangan
menengah 20 kV bukan 220 volt.
5
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
BAB II
PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
A.
Pengertian dan macam-macamnya.
Pembangkit Tenaga Listrik merupakan bagian dari
sistem tenaga listrik yang berfungsi membangkitkan energi
listrik dengan mengubah sumber energi lain menjadi energi
listrik. Sumber energi tersbut dapat berupa energi air, bahan
bakar minyak, batu bara, angin, surya dan lain-lain. Masingmasing pembangkit mempunyai sifat dan karakteristik yang
berbeda-beda, sehingga penggunaannya disesuaikan dengan
kepentingannya. Pembangkit Tenaga Listrik biasanya
digolongkan menurut prinsip kerja dan sumber energi yang
digunakan.
Pembangkit Non Termis
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
2. Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB)
3. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Pembangkit Termis
4. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
5. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
6. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)
7. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
8. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
6
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
B. Komponen pokok pembangkit tenaga listrik
Suatu unit pembangkit paling biasanya terdiri dari tiga
komponen, yaitu:
1. Penggerak mula berfungsi menghasilkan energi gerak
berupa putaran poros yang selanjutnya digunakan untuk
memutar generator.
2. Generator berfungsi untuk mengubah energi gerak menjadi
energi listrik yang siap dikirimkan ke pusat beban.
3. Gardu induk berfungsi untuk mengatur pengiriman energi
dan juga untuk menyesuaikan level tegangan agar sesuai
dengan level tegangan pengiriman.
C. Pertimbangan Pembangunan Sistem Pembangkit
Untuk membangun suatu sistem pembangkit agar
diperoleh suatu sistem pembangkit yang dapat bekerja secara
optimal sesuai dengan kebutuhan, perlu dipertimbangkan
banyak hal, di antaranya:
1. Studi analisa mengenai dampak lingkungan (amdal). Di sini
dianalisa dan diperhitungkan mengenai berbagai dampak
yang mungkin akan timbul pada saat pembangunannya dan
pada saat pembangkit tenaga listrik tersebut dioperasikan.
2. Memperhitungkan dan memprediksikan tersedianya
sumber daya penggerak (air, panas bumi dan bahan bakar),
sehingga benar-benar feasible untuk penggunaan dalam
jangka waktu yang lama dan bisa mendukung kontinyuitas
operasional pembangkit tersebut.
7
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
3. Tersedianya lahan beserta prasarana dan sarananya, baik
untuk pembangkit tenaga listrik itu sendiri maupun untuk
penyalurannya, karena hal ini merupakan satu kesatuan
untuk melayani beban.
4. Pertimbangan dari segi pemakaian pembangkit tenaga
listrik tersebut, apakah untuk melayani dan menanggung
beban puncak, beban yang besar, beban yang kecil atau
sedang, beban yang bersifat fluktuatif atau hanya untuk
stand by saja.
5. Biaya pembangunannya harus ekonomis dan diupayakan
memakan waktu sesingkat mungkin. Selain itu juga harus
dipertimbangkan dari segi operasionalnya tidak boleh
terlalu mahal.
6. Pertimbangan dari segi kemudahan dalam pengoperasian,
keandalan yang tinggi, mudah dalam pemeliharaan dan
umur operasional (life time) pembangkit tenaga listrik
tersebut harus panjang.
7. Harus dipertimbangkan kemungkinan bertambahnya
beban, karena hal ini akan berkaitan dengan kemungkinan
perluasan pembangkit dan penambahan beban terpasang
pada pembangkit.
8. Berbagai pertimbangan sosial, teknis dan lain sebagainya
yang mungkin akan menghambat dalam pelaksanaan
pembanguna serta pada pembangkit tenaga listrik tersebut
beroperasi.
Dari berbagai pertimbangan tersebut, ada satu hal yang
dijadikan pedoman dan filosofi dalam membangun
pembangkit tenaga listrik yaitu pembangunan paling murah
dan investasi paling sedikit (least cost generation and least
invesment).
8
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
D. Prinsip kerja dan watak Macam-macam Pembangkit
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) sesuai dengan
namanya menggunakan tenaga air sebegai sumber energi
untuk memutar turbin. Selanjutnya putaran turbin digunakan
untuk memutar generator. Energi berasal dari air yang berada
pada ketinggian tertentu yang dialirkan melalui sudu-sudu
turbin. Dilihat dari posisi poros turbinnya, ada dua jenis PLTA
yaitu PLTA dengan poros turbin horisontal dan PLTA dengan
poros turbin vertikal. Masing-masing disesuaikan dengan
keadaan dan lokasi air yang digunakan. Kemudian dari lokasi
turbin airnya, ada dua macam juga yaitu PLTA dengan
memanfaatkan energi ketinggian air yang ditampung di
waduk, kemudian di tempat yang relatif rendah dibangun
turbin air. Bila ketinggian air tidak mencukupi, maka turbin
dibangun di daerah yang agak jauh dari lokasi waduk pada
daerah aliran sungai tersebut yang mempunyai lokasi yang
lebih rendah.
9
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Prinsip kerja PLTA secara garis besar dapat dilihat pada
uraian berikut:
1. Air sungai yang mengalir ditampung di waduk sehingga
mempunyai ketingian tertentu. Di dekat waduk pada
daerah yang lebih rendah dipasang turbin air.
2. Dari waduk air di alirkan ke turbin melalui pipa pesat.
Aliran air diatur sesuai dengan kebutuhan turbin.
3. Air yang mengalir dengan tekanan tinggi digunakan untuk
memutar turbin air.
4. Selanjutnya air yang keluar turbin dialitkan kembali ke
sungai untuk keperluan pengairan atau untuk keperluan
lain.
Pada pipa pesat diperlukan pendatar air yang
berfungsi mengendalikan tekanan pada pipa pesat ketika
terjadi kerusakan pada turbin yang mengakibatkan aliran air
terhambat.
Dibandingkan dengan pembangkit jenis lain PLTA
mempunyai keuntungan biaya operasionalnya relatif murah,
akan tetapi pembangunannya sangat tergantung dari
ketersediaan sumber air yang cukup banyak dan kontinyu. Di
samping itu pembangunannya memerlukan waktu yang lama
dan membutuhkan lahan yang luas.
Watak PLTA
 Biaya Operasi relatif ringan
 Tergantung adanya sumber air
 Biaya Pembangunan besar
 Pembangunannya butuh waktu lama
 Letaknya jauh dari Perkotaan
10
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Prinsip kerja PLTU pada prinsipnya adalah sebagai
berikut:
1. Air dipanaskan dalam ketel uap (boiler) hingga menjadi
uap yang bersuhu tinggi dan mempunyai tekanan yang
cukup tinggi.
2. Uap tersebut kemudian dialirkan ke turbin uap untuk
memutar turbin.
3. Uap yang keluar dari turbin yang tekanannya sudah relatif
rendah di alirkan ke dalam pendingin (kondensator) agar
mengembun kembali lagi menjadi air.
4. Air yang dihasilkan dikembalikan lagi ke boiler untuk
diuapkan kembali.
Demikian
seterusnya,
sehingga
siklus
akan
berlangsung selama pemanasan masih dilakukan. Pemanasan
air pada boiler dapat dilakukan dengan membakar bahan
bakar seperti bahan bakar minyak, batu bara atau bahan
bakar lainnya. Sedangkan pendinginan atau pemgembunan
biasanya menggunakan air laut yang disirkulasikan ke ruang
pengembunan.
11
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Lokasi pembangunan PLTU dapat lebih fleksibel
didekatkan dengan pusat beban, asalkan masih di lokasi
pantai untuk memudahkan sirkulasi air laut untuk proses
pengembunan uap. Pembangkit jenis ini tidak memerlukan
lahan seluas PLTA.
Watak PLTU
 Biaya Operasi relatif tinggi, sesuai bahan bakarnya
 Biaya Investasi lebih murah dibanding PLTA
 Pembangunan bisa lebih cepat
 Letaknya dapat didekatkan dengan pusat beban
 Sebaiknya dibangun di pantai
4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Pada PLTG energi yang digunakan untuk memutar
turbin berasal dari hasil pembakaran campuran udara
tekanan tinggi dengan bahan bakar. Proses secara garis besar
adalah sebagai berikut:
1. Udara segar dikompresi kemudian dimasukkan pada ruang
bakar. Pembakaran dilakukan dengan menambahkan
12
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
bahan bakar ke dalam udara yang bertekanan tinggi di
dalam ruang bakar.
2. Gas hasil pembakarannya dialirkan ke turbin gas untuk
memutar turbin.
3. Gas panas yang keluar dari turbin bisa langsung dibuang
atau dapat juga di manfaatkan untuk memanaskan boiler
pada PLTU. Sistem pembangkit yang demikian sering
disebut PLTGU.
PLTG mempunyai keuntungan waktu startnya
singkat, yaitu segera dapat digunakan setelah dioperasikan
akan tetapi biaya operasional relatif tinggi. Watak ini cocok
untuk melayani beban puncak, yaitu beban yang naik cukup
tinggi, akan tetapi pada jangka waktu yang pendek.
5. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Prinsip kerja PLTN mirip dengan PLTU hanya saja
energi yang digunakan untuk memanaskan air dalam boiler
menggunakan hasil reaksi nuklir, yang berupa hasil ledakan
dari bahan baku reaktor nuklir, salah satunya yaitu unsur
uranium. Pada PLTN diperlukan perlindungan yang sangat
baik pada reaktor nuklirnya, karena sisa hasil reaksi ini
mengandung unsur radioaktif yang sangat membahayakan
13
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
manusia atau lingkungan. Biaya operasional PLTN dinilai
relatif murah, akan tetapi biaya pembangunannya relatif
mahal, lebih banya dibangun dengan kapasitas besar.
6. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
Pada PLTP prinsip kerjanya hampir sama dengan
PLTU, hanya saja uap panas bertekanan tinggi yang digunakan
untuk memutar turbin berasal dari dalam permukaan bumi.
Di beberapa tempat pada lapisan bumi terdapat kantong air
yang berasal dari tampungan air hujan. Kantong air semacam
itu ada yang terletak di dekat magma, sehingga sebagian
airnya terpanaskan dan berubah menjadi uap. Dengan
menggunakan pipa yang dimasukkan ke kantong uap
tersebut, uap dialirkan kedalam turbin uap untuk memutar
turbin. Uap yang keluar dari turbin selanjutnya diembunkan
dan dikembalikan ke kantong air dalam tanah tersebut,
sehingga terjadi siklus yang dapat dimanfaatkan secara terus
menerus untuk membangkitkan tenaga listrik.
14
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
6. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
Berbeda dengan jenis pembangkit yang dibahas
sebelumnya, pada PLTD energi mekanik yang digunakan
untuk memutar generator bukan berasal dari turbin, akan
tetapi berasal dari mesin diesel. Dengan demikian prinsip
kerja PLTD nampak lebih sederhana, akan tetapi karena
efisiensinya yang relatif kecil, maka PLTD hanya digunakan
untuk pembangkit dengan kapasitas daya yang relatif kecil.
Watak PLTD
 Biaya Operasi sangat tinggi (menggunakan BBM)
 Biaya pembangunan relatif ringan
 Pembangunannya cepat
 Letaknya dapat didekatkan pusat beban
 Biasanya untuk daya relatif kecil
 Untuk melayani beban puncak atau terpencil
 Segera bisa digunakan setelah start
15
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
7. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Prinsip kerja dari PLTS adalah memanfaatkan energi
panas matahari untuk memanaskan sel surya. Sel surya pada
prinsipnya tersusun dari dua buah bahan bila terkena panas
matahari potensial listrik kedua bahan itu berbeda. Beda
potensial antara dua bahan tersebut relatif rendah, sehingga
untuk mendapatkan potensial yang lebih tinggi, maka sel-sel
tersebut dipasang seri, sedangkan untuk mendapatkan daya
listrik yang lebih besar, sel-sel tersebut di pasang paralel.
Dalam prakteknya sel surya terdiri dari banyak sel yang
dirangkai secara seri dan paralel untuk mendapatkan daya
yang cukup besar dan tegangan yang lebih tinggi.
Energi yang dihasilkan oleh Sel surya hanya
berlangsung ketika ada sinar matahari yaitu pada siang hari
saja. Agar energi listrik dapat dimanfaatkan sewaktu-waktu,
energi listrik yang dihasilkan perlu disimpan dulu pada
beterai. Baterai ini kemudian dipakai sebagai sumber energi
listrik yang dihubungkan dengan beban.
16
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
8. Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA)
Pada pembangkit listrik tenaga angin sesuai namanya,
energi yang digunakan untuk memutar generator berasal dari
energi angin. Angin yang mempunyai kecepatan cukup tinggi
digunakan untuk memutar genrator. Jenis pembangkit ini
tentunya lebih cocok pada daerah-daerah yang kecepatan
anginnya tinggi biasanya berada di daerah pantai.
Seperti halnya PLTS, pada PLT Angin juga diperlukan
adanya alat penyimpan energi, karena keadaan angin
sewaktu-waktu dapat berubah, sehingga penggunaan energi
dapat diatur sesuai kebutuhan.
17
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
E. Generator Pembangkit
Generator merupakan komponen yang sangat
menentukan watak suatu sistem pembangkit selain PLT
Surya. Untuk pembangkit yang berkapasitas besar biasanya
digunakan generator AC sinkron 3 fase. Generator jenis ini
mempunyai keuntungan pengaturan tegangan dan
frekuensinya lebih sederhana.
Macam-macam Generator
 Generator DC
 Generator DC shunt
 Generator DC seri
 Generator DC kompon
 Generator AC
 Generator AC sinkron dan asinkron
 Generator AC satu fasa dan tiga fasa
18
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
1. Prinsip kerja generator
Proses terjadunya arus induksi
Prinsip kerja generator adalah timbulnya arus induksi
elekromagnetik yang timbul akibat adanya gerakan
konduktor dalam medan magnet. Secara sederhana, induksi
elektromagnetik dapat dijelaskan dengan bantuan gambar di
atas sebagai berikut:
1. Bila dua buah kutub magnet utara dan selatan diletakkan
berdekatan, maka pada ruang antara kedua kutub tersebut
akan muncul garis gaya magnet yang arahnya dari kutub
utara ke kutub selatan.
2. Bila sebuah konduktor digerakkan arah tegak lurus dengan
arah medan magnet dalam ruang antara kedua kutub
tersebut, maka konduktor akan memotong garis-garis gaya
magnet yang mengakibatkan tegangan induksi antara
kedua ujung konduktor tersebut.
3. Kemudian bila kedua ujung konduktor dihubungkan secara
tertutup dengan penghantar, maka pada konduktor akan
mengalir arus yang arahnya seperti digambarkan pada
gambar di atas.
Hubungan arah garis gaya magnet, arah gerakan dan
arah arus induksi dapat digambarkan dengan kaidah tangan
kanan seperti gambar di atas.
19
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Prinsip kerja generator AC
Pada generator AC, secara prinsip seperti yang tampak
pada gambar di atas bagian kiri, konduktor yang digerakkan
pada medan magnet dibentuk sebuah lilitan. Kemudian
melalui slip ring, kedua ujung konduktor dihubungkan ke
beban. Bila konduktor tersebut digerakkan atau diputar, maka
pada konduktor akan timbul tegangan induksi. Karena
konduktor merupakan rangkaian tertutup dengan beban,
selanjutnya akan mengalir arus induksi ke beban. Sedangkan
arah arus akan bergantian, yaitu bila suatu sisi konduktor
berada di atas mengalir arus ke kiri, maka ketika sisi tersebut
berada di bawah arus yang mengalir menjadi sebaliknya,
yaitu ke kanan. Demikian seterusnya, sehingga ketika lilitan
itu diputar kontinyu, maka arah arus akan selalu bergantian
setiap putarannya, dan tegangannya juga demikian, seperti
terlihat pada gambar sebelah kanan.
Generator sinkron dalam praktek
20
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Dalam prakteknya, karena kapasitas generator di
sistem pembangkit relatif besar, yang tentunya arus yang
mengalirpun besar, maka konduktor yang mengalirkan arus
induksi bukan berada pada bagian yang berputar (rotor),
akan tetapi berada pada bagian yang diam (stator). Juga
magnet yang digunakan bukan lagi magnet permanen seperti
pada generator kecil seperti dinamo sepeda misalnya, tetapi
menggunakan magnet permanen, yaitu berupa kumparan
yang didalamnya ada inti besi kemudian di aliri arus listrik
searah. Dengan demikian kekuatan medan magnetnya dapat
diatur.
Bila kumparan statornya hanya terdiri satu pasang
kumparan dengan dua terminal yang diletakkan berhadapan,
maka generator tersebut hanya akan menghasilkan tegangan
bolak-balik satu fasaa yaitu satu gelombang saja yang
berbentuk sinusoidal. Akan tetapi, bila kumparan statornya
terdiri dari tiga pasang yang masing-masing dipasang dengan
jarak 120 derajat, kemudian salah satu ujung dari masingmasing kumparan digabung, maka ujung lain masing-masing
kumparan akan menghasilkan tegangan bolak-balik yang
masing-masing berselisih 120 derajat. Dengan kata lain
menghasilkan tegangan bolak-balik tiga fasa.
Pada dasarnya genarator sinkron mempunyai dua
watak yang sangat diperlukan dalam pengoperasiannya, yaitu
watak tegangan output dan watak frekuensinya.
Tegangan ouput generator sebanding dengan putaran
generator dan jumlah fluk medan listrik yang dihasilkan
kumparan rotornya.
Tegangan yang timbul pada kedua terminal stator, E = C n ф
dengan
n : putaran rotor (rpm)
ф : fluks yang dihasilkan kumparan rotor
C : konstantan mesin (sesuai spesifikasi)
21
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Sedang frekuensi tegangan ouput generator putaran
dan jumlah pasangan kutub magnet rotornya.
Frekuensi tegangan ouput, f = (n x p)/120
dengan n : putaran rotor (rpm)
p : jumlah pasangan kutub kumparan rotor
Pengaturan tegangan ouput dilakukan dengan
mengatur besarnya fluks yang dihasilkan oleh kumparan
rotor, yaitu dengan mengatur arus yang masuk ke kumprana
tersebut. Pengaturan arus dilakukan dengan cara merubah
resistor variabel yang dipasang pada rangkaian kumparan
rotor tersebut. Bila pengaturan arus ke kumparan rotor tidak
lagi dapat dilakukan, pengaturan tegangan masih dapat
dilakukan dengan mengatur putaran rotor. Oleh karena
perubahan putaran akan mengakibatkan perubahan frekuensi
gelombang outputnya, maka perubahan putaran dan
perubahan arus yang mesuk ke kumparan rotor perlu harus
diselaraskan agar diperoleh tegangan dan frekuensi output
yang nilainya masih memenuhi batas toleransi.
SOAL LATIHAN
1.
Jelaskan dengan skema atau gambar dan pejelasan
singkat prinsip kerja PLTU
2.
PLTU biasanya dibangun di daerah pantai, mengapa
demikian?
3.
Hal apa saja yang perlu dipertimbangkan sebelum
melakukan pembangunan Pusat pembangkit listrik,
berilah contoh pembangkit listrik tenaga air.
4.
Sebutkan perbedaan pokok antara PLTD dengan PLTU
yang keduanya menggunakan BBM.
5.
Jelaskan secara singkat
pembangkit listrik.
22
prinsip
kerja
generator
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
BAB III
SALURAN TRANSMISI
A. Pengertian dan macamnya.
 Pengertian:
bagian dari sistem tenaga listrik yang berupa sejumlah
konduktor yang dipasang membentang sepanjang jarak
antara pusat pembangkit sampai pusat beban.
 Fungsi:
untuk mengirimkan energi listrik dari pusat pembangkit ke
pusat beban.
Macam-macam Saluran Transmisi:

Saluran udara: Kawat atau kondutor telanjang (tanpa
isolasi) yang digantung dengan ketinggian tertentu
pada tower dengan menggunakan isolator.
23
Sistem tenaga listrik


teknik elektro- umy
Saluran bawah tanah: kabel atau konduktor
berisolasi yang ditanam dalam tanah dengan
kedalaman tertentu.
Saluran bawah laut: kabel atau konduktor berisolasi
yang diletakkan di dasar laut
Saluran transmisi biasanya digunakan untuk
mengirimkan daya listrik untuk jarak yang relatif jauh. Dari
ketiga jenis saluran transmisi, paling banyak digunakan
adalah saluran udara, karena lebih ekonomis. Biaya
pembangunan saluran udara relatif lebih ringan dibandingkan
dengan jenis yang lain, karena menggunakan penghantar yang
telanjang atau tidak berisolasi, sedang jenis yang lain harus
menggunakan penghantar berisolasi. Penghantar merupakan
komponen pokok dari saluran transmisi, sehingga biaya
pembangunannya sangat dipengaruhi oleh jenis penghantar
yang digunakan. Saluran bawah tanah dan saluran bawah laut
hanya digunakan jika saluran udara tidak lagi bisa digunakan,
misalnya untuk menyalurkan daya antar pulau.
Pada saluran bawah tanah dan saluran bawah laut,
kekuatan fisik maupun elektris isolasi penghantar merupakan
hal yang sangat penting, karena bila terjadi kerusakan atau
kebocoran akan sangat membahayakan lingkungan di
sekitranya. Sedamgkan pada saluran udara, yang penting
adalah memenuhi batas ketinggian saluran minimum,
sehingga induksi elektromagnetik dan pengaruh medan
mabgnet yang ditimbulkan tidak membahayakan penghuni
atau tanaman yang ada di bawah saluran tersebut.
Macam-macam tegangan saluran transmisi
 Saluran Transmisi AC:


lebih mudah ketika menaikkan dan menurunkan
tegangan, cukup dengan transformator.
ada efek induktansi dan kapasitansi saluran
24
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
 Saluran Transmisi DC:


tidak ada efek induktansi dan kapasitansi saluran
perlu peralatan tambahan ketika menaikkan dan
menurunkan tegangan
Dari pertimbangan ekonomis, saluran transmisi
tegangan bolak-balik atau AC menjadi pilihan utama, karena
pada sistem tenaga listrik AC level tegangan dapat dinaikkan
atau diturunkan dengan lebih mudah, yaitu cukup
menggunakan trafo. Hal ini tidak mudah dilakukan pada
sistem listrik arus searah atau DC. Pada sistem DC, untuk
menaikkan atau menurunkan tegangan, tegangan DC harus
terlebih dahulu diubah menjadi AC, barulah dimasukkan ke
trafo, kemudian keluarannya dikembalikan lagi ke DC.
Sebagai contoh pada gardu pembangkit, setelah trafo
penaik tegangan, diperlukan penyearah sebelum dimasukkan
ke saluran transmisi. Setelah sampai di Gardu induk,
diperlukan inverter untuk mengubah menjadi AC, baru
kemudian dimasukkan ke trafo penurun tegangan. Hal ini
mengakibatkan saluran transmisi DC memerlukan biaya
pembangunan yang relatif tinggi dibanding saluran transmisi
AC.
Level tegangan saluran transmisi:
 Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) berkisar
antara 70 s/d 150 kV
 Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) di
atas 150 kV s/d 750 kV
 Saluran Udara Tegangan Ultra Tinggi (SUTUT) di
atas 750 kV
Saluran transmisi berfungsi untuk mengirimkan energi
listrik dari pusat pembangkit ke pusat beban. Pemilihan jenis
saluran transmisi sangat ditentukan oleh jumlah energi yang
akan disalurkan dan jarak atau panjang saluran transmisinya.
25
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Pada saluran transmisi, untuk menyalurkan energi dengan
jumlah tertentu atau daya tertentu, semakin tinggi level
tegangan yang digunakan, maka arus yang mengalir akan
semakin kecil, begitu pula sebaliknya, sesuai dengan rumus:
P=VxI
dimana
P : daya yang dikirimkan
V : tegangan saluran
I : Arus yang mengalir pada saluran
Dengan menaikkan level tegangan, maka arus yang
mengalir pada saluran menjadi lebih kecil. Selanjutnya drop
tegangan pada saluran transmisi menjadi semakin kecil,
sesuai rumus :
V=IxZ
dimana Z adalah impedansi saluran kawat penghantar.
Demikian juga dengan semakin kecil arus yang
mengalir pada saluran, diharapkan rugi-rugi daya pada
saluran semakin kecil, sesuai rumus:
P = I2 x R
dimana R adalah resistansi saluran.
Semakin tinggi level tegangan saluran transmisi
tentunya biaya pembangunannya lebih mahal, karena harus
menggunakan tower yang lebih tinggi dan kekuatan isolasinya
juga lebih besar. Demikian uga peralatan-peralatan yang
harus digunakan pada gardu induknya.
Dengan pertimbangan di atas, saluran transmisi
dengan level tegangan yang lebih tinggi lebih layak digunakan
untuk menyalurkan daya yang relatif lebih besar dan jarak
yang relatif jauh, sehingga kenaikan biaya pembangunan bisa
terimbangi dengan berkurangnya turun tegangan dan rugirugi daya yang terjadi pada saluran.
26
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
B. Peralatan pokok saluran transmisi
Peralatan pokok saluran transmisi adalah:
Konduktor: kawat aluminium berlilit dg inti baja yang
berfungsi sebagai media aliran arus
Kawat pentanahan: kawat baja yang berfungsi untuk
melindungi saluran fase dari gangguan
petir dan mengalirkan arus gangguan ke
tanah.
Tower dan pondasi: berupa tiang konstruksi baja
sebagai penyangga konduktor
Isolator: bahan penggantung konduktor sekaligus
mengisolasi tegangan konduktor dengan
tower
Sesuai dengan fungsinya, yaitu menyalurkan daya atau
mengalirkan arus listrik, maka komponen utama saluran
transmisi adalah kawat konduktor, sedang peralatan lainnya
sebagai penunjang. Untuk saluran udara, karena saluran
transmisi berada di tempat terbuka, maka perlu dilindungi
dari akibat gangguan petir. Untuk itu di atas kawat konduktor
utama dipasang kawat konduktor yang dihubungkan dengan
tanah atau bumi yang sering disebut kawat pentanahan
(ground wire).
Bila ada petir, diharapkan lebih dahulu mengenai
kawat pentanahan, selanjutnya tegangan lebih yang terjadi
dapat dinetralisir karena langsung berhubungan dengan
tanah. Dengan demikian kawat kondutor utama dapan aman
dari gangguan tegangan lebih yang dapat menggangu sistem
atau merusak peralatan isolasinya.
Ketinggian tower perlu diperhatikan agar medan
elektromagnetik yang timbul di sekitar saluran transmisi
tidak membahayakan lingkungan. Kekuatan tower dan
pondasi yang cukup diperlukan agar saluran transmisi aman
27
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
terhadap gangguan angin kencang atau hujan lebat. Isolator
sangan diperlukan agar masing-masing kawat penghantar
tidan saing berhubungan baik antar kawat fasa atau antara
kawat fasa dengan kawat pentanahan.
Saluran trasmisi yang paling banyak digunakan adalah
jenias saluran terutama untuk jarak jauh.
 Keuntungan:
- biaya pembangunan lebih murah
- pemeliharaan saluran lebih mudah
 Kelemahan:
- peka terhadap gangguan cuaca buruk
(angin kencang, hujan dan petir)
- terkesan kurang rapi
Biaya pembangunan saluran udara dinilai lebih murah,
karena menggunakan kawat penghantar tekanjang tanpa
isolasi. Harga kawat telanjang jelas lebih murah dibandingkan
dengan kawat berisolasi, lebih-lebih untuk tegangan tinggi.
Bila terjadi kerusakan pada saluran udara, misalnya ada
bahan isolasi yang patah atau kawat penghantar yang putus,
mak penggantian dapat dilakukan dengan lebih mudah. Pada
saluran bawah tanah untuk mendeteksi lokasi kerusakan
kadang cukup rumit karena penghantar tidak nampa.
Demikian pula bila harus melakukan penggantian.
Saluran udara tergolong rentan terhadap gangguan
cuaca, baik hujan deras, angin kencang maupun petir karena
berada di tempat terbuka. Sehingga perlu diberi pengaman
yang cukup terhadap ketiga macam gangguan tersebut.
Adanya tower dan konduktor yang membentang seringga
menggangu pemandangan, apalagi bila melewati daerah
perkotaan atau daerah padat hunian.
28
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
C. Sifat-sifat Penghantar Saluran Transmisi
Umumnya pada saluran udara digunakan jenis penghantar:
 Kawat aluminium telanjang (bare, tanpa isolasi)
 Berlilit (stranded) dengan penguat baja
 Kawat tunggal atau berkas
Salah satu hal menjadi pertimbangan penggunaan
bahan aluminium sebagai penghantar pada saluran transmisi
adalah harganya lebih murah, tahan terhadap korosi dan
relatif ringan. Untuk dimensi yang sama, nilai resistansi kawat
aluminium lebih besar daripada tembaga, sehingga kawat
tembaga banyak digunakan pad penghantar-penghantar yang
sangat memerlukan resistansi rendah, misalnya kabel
penghubung dalam rangkaian elektronika, kabel telepon dan
lain-lain. Dengan nilai resistansi kawat yang lebih tinggi
berakibat rugi-rugi dayanya menjadi lebih besar. Hanya saja
untuk saluran transmisi saluran udara, penggunaan
penghantar aluminium masih lebih menguntungkan dalam
perhitungan biaya rugi-rugi daya dan biaya pembangunannya
dibanding dengan penghantar tembaga.
Kawat tunggal pada tiap fasa :
 pemasangannya lebih sederhana
 nilai induktansinya lebih besar
Kawat berkas
 pemasangannya lebih rumit karena perlu ada
perentang (spacer)
 efek induktansinya relatif lebih kecil
Kawat pejal dapat lebih murah karena untuk semua
ukuran kawat hanya terdiri dari sebuah kawat saja, sehingga
pembuatannya lebih sederhana. Untuk kawat yang
berdiameter besar, kawat jenis ini bersifat kaku, tidak mudah
29
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
untuk dibengkokkan, sehingga menjadi kurang fleksibel yang
berakibat penanganannya lebih sulit.
Untuk mendapatkan kawat yang lebih fleksibel
dibuatlah kawat berlilit atau stranded, yaitu untuk diameter
tertentu, kawat disusun dari beberapa kawat yang
mempunyai diameter yang lebih kecil dililit menjadi satu
memanjang. Untuk menambah kuat tariknya, dilakukan
dengan memasang sebuah kawat baja memanjang di bagian
tengahnya. Dengan demikian didapatkan kawat penghantar
yang fleksibel dan punya kuat tarik yang lebih tinggi.
Penghantar jenis ini dinilai masih lebih menguntungkan
daripada kawat pejal.
Untuk saluran transmisi daya kecil atau relatif tidak
panjang biasanya cukup menggunakan kawat tunggal pada
tiap fasanya, karena lebih sederhana dan tentunya biayanya
menjadi lebih murah. Pada saluran transmisi semacam ini
efek induktansi relatif kecil, sehingga tidak banyak
berpengaruh.
Sedangkan untuk saluran transmisi yang berkapasitas
besar dan relatif panjang efek induktansi cukup besar,
sehingga perlu diupayakan agar nilai induktansi dan
kapasitansi menjadi lebih kecil, dengan menggunakan kawat
berkas pada tiap fasanya. Pada kawat berkas, untuk setiap
fasanya memerlukan beberapa penghantar, biasanya dua atau
empat yang dipasang berjajar dengan jaraktertentu dan diberi
pemisah (spacer) pada setiap jarak tertentu. Dengan demikian
masing-masing penghantar tidak saling bersentuhan.
Pemasangan kawat berkas lebih rumit dibanding
dengan kawat tunggal, akan tetapi hal ini dilakukan karena
disamping untuk mengurangi efek induktansi juga dapat
mengurangi efek korona, yaitu gejala kerusakan lapisan
dielektrik di sekitar penghantar akibat adanya medan magnet.
Efek ini akan lebih besar jika keadaan udara di sekitar saluran
lembab akibat hujan deras.
30
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
D. Isolator
Bahan:
Isolator saluran transmisi umumnya dibuat dari bahan
porselin yang mempunyai kekuatan isolasi yang tinggi dan
mempunyai kekuatan mekanis cukup tinggi.
Fungsi:
 mengisolasi antara tegangan kawat penghantar dengan
tower penopang.
 menggantungkan kawat penghantar pada tower penopang.
Isolator gantung untuk saluran kadang berbentuk
batang memanjang, atau kadang terdiri dari beberapa isolator
pendek yang berbentuk seperti mangkok terbalik yang
dirangkai memanjang. Jenis yang kedua lebih fleksibel,
panjang rangkaiannya disesuaikan dengan kekuatan isolasi
yang diinginkan.
31
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Watak isolator saluran transmisi:
 Nilai kapasitansi:
karena terdiri dari badan porselin yang diapit dua
elektrode
 Tegangan lompatan api:
tegangan minimal yang menyebabkan lompatan bunga
api antara kedua elektrode di bagian luar isolator (bila
isolator basah/ kotor)
 Tegangan tembus:
batas minimal tegangan yang menyebabkan arus bocor
tertentu yang menembus bahan isolator
(menunjukkan kekuatan dielektriknya)
Nilai kapasitansi isolator dipengaruhi oleh panjang
isolatornya, semakin panjang isoaltor semakin kecil nilai
kapasitansinya dan sebaliknya.
Tegangan lompatan api suatu isolator bisa menurun
bila isolator terkena kotoran misalnya debu atau sejenisnya,
sehingga perlu dilakukan pembersihan isolator secara rutin,
untuk menjaga agar isolator tetap aman dari lompatan api
antar kedua ujungnya.
Tegangan tembus biasanya dipengaruhi oleh kualitas
bahan isolator dan juga umur pemakaiannya. Semakin lama
pemakaian, kualitas bahan isolator akan menurun sehingga
dapat menurunkan nilai tegangan tembusnya.
E. Watak Saluran Transmisi
Tegangan pada ujung penerimaan selalu lebih rendah
dari tegangan pada ujung pengiriman, karena adanya turun
tegangan pada saluran.
32
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Jatuh tegangan relatif =
dimana
Vs - Vr
Vr
X 100 %
Vs tegangan pada ujung pengiriman
dan Vr tegangan pada ujung penerimaan
Nilai jatuh tegangan relatif ini dibatasi 5 - 15 %
Nilai turun tegangan pada saluran transmisi
dipengaruhi oleh besarnya impedansi saluran (Z) dan arus
yang mengalir pada saluran (I) sesuai dengan rumus: V = I x Z.
Semakin besar daya yang disalurkan berarti semakin besar
arus yang mengalir, maka semakin besar pula nilai turun
tegangannya. Impedansi saluran dipengaruhi resistansi
penghantar (R), induktansi (L) dan kapasitansi (C) saluran,
yaitu:
Z=
R 2  ( X C  X L )2
E. Efisiensi Saluran Transmisi
Daya yang diterima beban setelah melewati saluran
transmisi selalu lebih kecil dibanding daya yang dikirim,
karena ada daya yang hilang pada saluran.
Pr
Daya guna (efisiensi) =
X 100 %
Ps
Pr
Atau =
X 100 %
Pr + Ph
Dimana Ps : daya yang dikirim sumber
Pr : daya yang diterima beban
Ph : daya yang hilang pada saluran
33
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Jumlah daya yang hilang (Ph) pada saluran terutama
dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengalir (I) pada
saluran dan besarnya resistansi saluran (R), yaitu : Ph = I2 x R.
Efisiensi pada saluran transmisi nilainya selalu lebih kecil dari
100 % yang berarti daya yang dikirmkan tidak seluruhnya
bisa diterima oleh beban karena pasti ada daya yang hilang
pada saluran.
SOAL LATIHAN
1. Pada sistem interkoneksi jaringan.listrik di jawa, sebagian
besar menggunakan saluran transmisi tegangan ektra
tinggi (SUTET), mengapa demikian.
2. Sedangan pada jaringan antar kota cukup menggunakan
tegangan tinggi 150 kV, apa pertimbangan teknisnya.
3. Saluran transmisi kebanyakan menggunakan tegangan
bolak-balik. Keuntungan apa saja yang didapatkan
dibanding bila menggunakan tegangan searah.
4. Berikan penjelasan tentang dua watak salurann transmisi
yang sangat perlu dipertimbangkan dalam
pengoperasinnya.
5. Langkah apa yang dilakukan untuk mengurangi drop
tegangan yang terjadi pada saluran transmisi.
6. Pada musim hujan malam hari kadang kita lihat saluran
transmisi menyala, jelaskan proses terjadinya gejala ini dan
apa akibatnya bila terlalu sering terjadi.
7. Ketinggian kawat penghantar saluran transmisi tidak boleh
kurang dari standar yang telah ditentukan, megapa
demikian?
34
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
BAB IV
GARDU INDUK DAN TRANSFORMATOR
A. Pengertian dan klasifikasi Gardu Induk
Gardu induk merupakan bagian dari sistem tenaga
listrik yang berupa sejumlah peralatan pemutus/penghubung
aliran arus dan trafo penaik/penurun tegangan yang dipasang
di antara dua komponen sistem tenaga listrik lainnya. Gardu
induk berfungsi untuk memutus/menghubungkan aliran arus
listrik dan menyesuaikan level tegangan sistem-sistem yang
dihubungkan.
Secara garis besar gardu induk pada sistem tenaga
listrik dapat dibedakan berdasar penggunaannya, yaitu gardu
induk pembangkit dan gardu induk distribusi.
1. Gardu induk tegangan ekstra tinggi yaitu gardu induk
yang berfungsi untuk menurunkan tegangan saluran
transmisi dari tegangan extra tinggi ke tegangan tinggi.
2. Gardu induk tegangan tinggi yaitu gardu induk yang
berfungsi untuk menurunkan tegangan tinggi dari
tegangan tinggi pada saluran transmisi ke tegangan
tegangan menengah untuk jaringan distribusi.
35
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Klasifikasi Gardu Induk berdasar letak peralatannya:
 Gardu Induk pasangan luar:
lebih murah, lahan luas, di luar kota
 Gardu Induk pasangan dalam:
lebih mahal, aman dari gangguan cuaca
 Gardu Induk setengan pasangan luar:
dengan pertimbangan di antara 2 di atas
 Gardu Induk pasangan bawah tanah:
lebih mahal, di perkotaan, kap kecil
 Gardu Induk mobile:
praktis untuk kepentingan khusus
Gardu Induk jenis pasang luar adalah Gardu Induk
yang terdiri dari peralatan tinggi pasang luar, misalnya
Transformator, peralatan penghubung (switch gear) yang
mempunyai peralatan control pasang dalam seperti meja
penghubung (switch board).
36
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Pada umumnya, gardu induk untuk transmisi yang
mempunyai kondensator pasangan dalam dan sisi tersier
trafo utama dan trafo pasangan dalam disebut juga sebagai
pasangan luar. Jenis gardu ini memerlukan tanah yang luas
akan tetapi biaya konstruksinya murah dan pendinginnya
mudah Oleh karena itu biasanya gardu induk jenis ini
dipasang dipinggiran kota.
Gardu Induk jenis pasang dalam adalah semua
komponen yang berada pada gardu induk terpasang didalam,
meskipun ada beberapa sejumlah kecil peralatan terpasang
diluar.
Gardu induk ini dipakai dipusat kota,dimana harga
suatu lokasi sangat tidak relevan (mahal) dan biasa digunakan
untuk menghindari kebakaran dan gangguan suara
Gardu Induk jenis pasang setengah pasang
luar adalah gardu induk yang sebagian dari peralatan
tegaangan tingginya terpasang didalam gedung. Gardu ini juga
dapat dikatakan sebagai jenis setengah pasang dalam.
37
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Biasanya jenis gardu ini bermacam-macam bentuknya
dengan berbagai pertimbangan yang sangat ekonomis serta
pencegahan kontaminasi garam.
Gardu Induk jenis pasang bawah tanah dimana
hampir semua peralatan terpasang dalam bangunan bawah
tanah. Biasanya alat pendinginnya terletak diatas tanah
terletak dipusat kota seperti di jalan-jalan kota yang ramai
dimana kebanyakan gardu induk ini dibangun dibawah jalan
raya
Gardu induk jenis mobil yaitu dimana gardu jenis ini
dilengkapi dengan peralatan diatas kereta hela (trailer).
Gardu ini biasa digunakan jika ada gangguan disuatu gardu
lain maka digunakan gardu jenis ini guna pencegahan beban
lebih berkala dan juga biasa digunakan pada pemakaian
sementara dilokasi pembangunan tenaga listrik. Maka dapat
dikatakan bahwa gardu ini tidak dijadikan sebagai gardu
utama melainkan sebagai gardu induk cadangan (sebagai
penghubung yang dapat berpindah-pindah)
Jenis Gardu Induk Berdasarkan Isolasi Busbar:
1. Gardu Induk Konvensional adalah Gardu Induk
yang peralatan instalasinya berisolasikan udara bebas
38
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
karena sebagian besar peralatannya terpasang di luar
gedung (switch yard) dan sebagian kecil di dalam gedung
(HV cell, dll) dan memerlukan areal tanah yang relatif luas
2. Gardu Induk GIS (Gas Insulated Switchgear)
adalah suatu gardu induk yang semua peralatan switchgearnya berisolasikan gas SF-6, karena sebagian besar
peralatannya terpasang di dalam gedung dan dikemas dalam
tabung.
Peralatan utama Gardu Induk:
 Transformator utama:
untuk menaikkan/menurunkan tegangan
 Peralatan penghunbung:
pemutus arus dan pemisah
 Panel hubung dan trafo pengukuran:
trafo arus dan trafo tegangan
 Peralatan perlindungan:
arester dan pentanahan
 Bangunan Sipil:
tower, ruang kontrol dan ruang staf
39
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Peralatan penghubung dan pemutus tenaga atau
Circuit Breaker (PMT/CB) digunakan untuk memutus
rangkaian baik dalam keadaan normal maupun gangguan.
Kapasitas peralatan penghubung dan pemutus tenaga harus
mempu beroperasi pada saat terjadi gangguan, baik gangguan
aruslebih, tegangan lebih maupun hubung singkat. Untuk
menghindari panas berlebihan yang timbul akibat loncatan
bunga api yang berasal dari arus pemutusan atau ketika
penutupan, diperlukan pendingin, ada yang menggunakan
minyak, semburan gas atau yang lainnya.
Saklar Pemisah atau Disconnecting Switch (PMS/DS)
yang dipasang seri dengan pemutus tenaga digunakan untuk
memisahkan rangkaian gardu induk dari sistem saluran
transmisi maupun sistem distribusi. Perbedaannya dengan
pemutus tenaga adalah kontak pemisah berada di tempat
terbuka sehingga nampak jelas posisi kontaknya terputus
atau terhubung, sedang pemutus tenaga biasanya berada pada
tabung tertutup. Dari kemampuan memutus arus, pemisah
hanya dioperasikan bila pemutus tenaga pada posisi terbuka
sehingga diharapkan tidak terjadi loncatan bunga api ketika
terjadi pemutusan atau penutupan, sebagaimana yang terjadi
pada penutus tenaga.
B. Transformator
Sesuai dengan fungsi transformator atau trafo untuk
menaikkan atau menurunkan tegangan, maka trafo pada
sistem tenaga listrik dipasang di antara dua sistem yang
mempunyai level tegangan yang berbeda. Sebagai contoh
pada kedua ujung saluran transmisi. Pada ujung pengiriman
atau sisi pembangkit dipasang trafo penaik tegangan, sedang
pada sisi penerima dipasang trafo penurun tegangan. Dengan
melalui trafo diharapkan besaran yang berubah adalah
tegangan dan arus, tetapi daya relatif tetap seperti terlihat
pada skema di bawah ini.
40
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
1. Prinsip kerja trafo
Seperti tampak pada gambar di atas, pada prinsipnya
trafo tersusun dari dua buah lilitan yang dipasang pada
sebuah inti besi. Salah satu kumparan, biasanya digambarkan
di sebelah kiri, dihubungkan dengan tegangan masukan
kemudian disebut lilitan primer atau lilitan pada sisi sumber.
Sedang lilitan yang lain yang disebelah kanan yang
41
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
dihubungkan dengan beban disebut lilitan sekunder yaitu
pada sisi beban.
Prinsip
kerja
trafo
memanfaatkan
gejalan
elektromagnetik dan induksi elektromagnetik, dan dapat
diceritakan sebagai berikut:
1.
Bila kumparan primer diberi tegangan bolak-balik, maka
pada kumparan tersebut akan timbul medan magnet yang
berubah-ubah. Kekuatan medan magnet yang timbul ini
dipengaruhi oleh arus yang mengalir pada kumparan itu.
2.
Flux magnet yang terjadi akan mengalir melalui inti besi
sampai ke kumparan sekunder.
3.
Selanjutnya pada kumparan sekunder konduktor akan
terkena medan magnet yang berubah-ubah yang berasal
dari kumparan primer yang mengakibatkan terjadi
tegangan induksi antara kedua ujung kumparan
sekunder.
4.
Bila kumpuaran sekunder dirangkai dengan beban maka
pada rangkaian sekunder akan mengalir arus dan tentu
juga ada tegangan sekunder.
Perbandingan tegangan pada rangkaian primer dengan
tegangan pada rangkaian
sekunder sesuai dengan
perbandingan jumlah lilitannya masing.
2. Watak trafo daya pada sistem tenaga listrik
42
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Watak yang penting dalam trafo daya adalah regulasi
dan efisiensi. Regulasi tegangan berkaitan dengan
perbandingan antara drop tegangan trafo (selisih antara
tegangan ouput pada saat tanpa beban dengan tegangan
output ketika trafo dibebani penuh) terhadap tegangan
output pada saat trafo berbeban penuh. Turun tegangan pada
trafo terjadi karena adanya impedansi trafo yang merupakan
gabungan antara resistansi kawat tembaga kumparan dan
reaktansi lilitan baik primer maupun sekunder.
Efisiensi trafo merupakan perbandingan antara daya
output trafo dengan daya inputnya pada saat trafo berbeban
penuh. Efisiensi trafo selalu lebih kecil dari 100 % karena
pada trafo terjadi rugi-rugi daya. Rugi-rugi trafo terdiri dari
rugi-rugi inti besi dan rugi-rugi tembaga. Besarnya rugi-rugi
inti besi dipengaruhi oleh tingi rendahnya tegangan trafo
sehingga dalam operasinya nilai rugi-rugi intinya relatif tetap.
Sedangkan rugi-rugi tembaga dipengaruhi oleh arus yang
megalir pada trafo, sehingga makin besar beban trafo, maka
nilai rugi-rugi tembaganya semakin besar.
SOAL LATIHAN
1.
Gardu induk merupakan komponen pokok dalam suatu
sistem tenaga listrik. Jelaskan pengertian dan fungsinya.
2.
Sebutkan perbedaan yang penting antara gardu induk di
unit pembangkit dengan gardu induk di ujung penerima
saluran transmisi.
3.
Untuk memilih tipe gardu induk untuk suatu daerah,
faktor apa saja yang perlu dipertimbangkan.
4.
Jelaskan prinsip keja trafo daya, lalu bandingkan dengan
prinsip kerja generator pembangkit.
43
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
5.
Kadang kita jumpai trafo distribusi tiba-tiba berhenti
beroperasi atau bahkan ada yang terbakar, sebutkan halhal yang dapat menyebabkan terjadinya hal tersebut.
6.
Pada gardu induk maupun trafo daya biasanya dipasang
arester. Jelaskan fungsinya.
44
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
BAB V
JARINGAN DISTRIBUSI
A. Pengertian dan macamnya
Jaringan distribusi dalam operasinya tidak bisa
dipisahkan dengan gardu induk distribusi. Gardu induk
distribusi ada yang berada di ujung saluran transmisi, yang
berfungsi mengatur distribusi daya yang diterima dari saluran
transmisi sekaligus menurunkan tegangan dari level saluran
transmisi ke level jaringan distribusi. Gardu induk juga ada
yang berada di antara jaringan distribusi yang berfungsi
untuk membagi aliran daya dan menurunkan tegangan
distribusi ke tegangan rendah.
45
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Jaringan distribusi tegangan menengah biasanya
mengunakan jaringan 3 fase 4 kawat dengan tegangan antara
fasa dengan tanah (netral) 20 kV. Jaringan distribusi
merupakan penghubung antar gardu induk tegangan
menengah atau yang menghubungkan gardu induk tegangan
menengah dengan trafo distribusi tegangan rendah.
Jaringan tegangan rendah ada yang menggunakan
jaringan 3 fase 4 kawat untuk beban-beban yang relatif besar.
Untuk beban yang relatif kecil termasuk beban rumah tangga
lebih banyak menggunakan satu fase 2 kawat dengan
tegangan 220 volt dari fasa ke netral. Dalam prakteknya, tarfo
tegangan yang digunakan mempunyai tiga terminal output,
yaitu satu netral yang juga dihubungkan ke tanah dan dua
terminal fasa yang memupnyai tegangan sama 220 volt.
Bila jaringan tegangan rendah dan jaringan tegangan
menengah menggunakan tiang yang sama maka kawat
46
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
penghantar yang digunakan cukup satu saja, sebagai kawat
netral kedua sistem tersebut.
Untuk pelanggan yang menggunakan cukup besar,
misalnya industri, rumah sakit atau kampus biasanya
berlangganan dengan tegangan menengah 20 kV. Untuk
kepentingan menurunkan tegangan dan pendistribusiannya
pihak pelanggan mengelola gardu induk sendiri.
Pelanggan beban yang relatif kecil yang menggunakan
tegangan rendah dilayani dengan jaringan transmisi tegangan
rendah yang menghubungkan pelanggan dengan trafo
distribusi tegangan rendah.
47
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Jaringan distribusi umumnya menggunakan saluran
udara dengan kawat telanjang yang dipasang pada tiang
dengan isolator, karena dari sisi biaya pembangunannya lebih
murah dan perawatannya lebih sederhana. Hanya saja jenis
jaringan ini dapat mengganggu pemandangan, karena banyak
bentangan kawat yang melintas di sepanjang jaringan.
Kelemahan yang kain dari sistem ini adalah kurang aman
terhadap gangguan cuaca dan dan teganggu oleh pepohonan
yang tumbuh di sekitar jaringan.
Berbeda dengan jaringan bawah tanah, yang
mempunyai kelebihan tidak mengganggu pemandangan dan
lebih aman terhadap gangguan cuaca. Hanya saja bila terjadi
kerusakan, penanganannya lebih rumit. Jaringan bawah tanah
harus menggunakan penghantar berisolasi, sehingga biaya
pembangunannya lebih mahal. Jaringan bawah tanah
biasanya digunakan pada daerah yang menuntut estetika yang
tinggi dan jarak yang relatif pendek.
48
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Pada jaringan distribusi sistem radial, suatu gardu
induk digunakan untuk melayani beban gardu induk yang lain
yang kapasitasnya lebih kecil. Sedangkan masing-masing dari
gardu induk tersebut tidak saling berhubungan. Kemudian
masing-masing gardu induk melayani beberapa beban. Pada
49
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
sistem ini biaya pembangunannya juga relatif murah dan
pengelolaannya lebih sederhana, karena aliran dayanya hanya
satu arah dan jumlah jaringannya relatif sedikit. Kelemahan
sistem ini adalah apabila terjadi gangguan pada suatu gardu
induk atau jaringan yang mengakibatkan kerusakan, maka
semua beban yang melalui jaringan atau gardu induk tersebut
akan terputus.
Kelemahan yang ada pada sistem di atas diselesaikan
dengan menggunakan sistem ring atau loop, yaitu
diuapayakan ada interkoneksi antar gardu induk yang ada
melalui jaringan distribusi. Bila terjadi gangguan pada salah
satu gardu induk, beban dapat dilayani oleh gardu induk yang
lain. melalui jaringan distribusi yang berbeda. Demikian pula
jika gangguan terjadi pada suatu saluran distribusi.
Pengelolaan sistem ini tentunya lebih rumit dan biaya
pembangunannya lebih mahal, tetapi tingkat pelayanan
tenaga listrik ke pelanggan mejadi lebih baik.
50
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
B. Trafo Distribusi
Trafo distribusi merupakan bagian penting dari
jaringan distribusi, yaitu untuk menyesuaikan level tegangan
agar sesuai dengan keperluan pelanggan. Trafo distribusi
biasanya menggunakan pendingin minyak. Kumparan trafo
dimasukkan dalam tabung yang berisi minyak pendingin.
Dalam pemakaiannya perlu dipasang perlatan
pengaman agar trafo tidak mudah rusak akibat gangguan
yang terjadi pada jaringan, baik itu hubung singkat, arus
beban lebih maupun gangguan petir. Untuk melindungi dari
gangguan petir digunakan arester, yang satu ujungnya
dihubungkan dengan kawat tegangan menengah dan ujung
lainnya dihubungkan ke tanah. Prinsip kerjanya, pada saat
normal arester bekerja sebagai isolator. Kemudian pada saat
terjadi teganga lebih akibat petir, maka arester berubah
watak menjadi konduktor yang baik, sehingga tegangan lebih
51
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
yang terjadi dapat dinetralkan ke tanah. Setelah tegangan
lebih petir hilang, maka arester kembali normal sebagai
isolator.
Untuk melindungi dari arus lebih digunakan sekring
lebur, yang akan memutus rangkaian bila terjadi arus lebih,
baik akibat beban yanag berlebih ataupun terjadi hubung
singkat pada jaringan tegangan rendahnya.
Pemilihan kapasitas trafo disesuaikan dengan jumlah
beban yang dilayani, baik itu beban pada saat trafo dipasang
maupun perkiraan pertambahan beban di lokasi tersebut.
Demikian pula sistem jaringan tegangan rendahnya
menggunakan satu fasa atau tiga fasa. Trafo yang
berkapasitaslatif kecil biasanya realatif ringan sehingga cukup
dipasang pada satu tiang yang digunakan untuk menyangga
kawat penghantar jaringan distribusi. Sedang untuk trafo
yang berkapasitas besar tidak lagi dipasang pada tiang
jaringan distribusi, tetapi dipasang dalam bangunan.
52
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
SOAL LATIHAN
1. Jaringan distribusi terbagi menjadi jaringan tegangan
menengah dan tegangan rendah. Dengan pertimbangan apa
jaringan menengah digunakan, dan apa keuntungan yang
diharapkan.
2. Jaringan distribusi tegangan menengah jarang digunakan
untuk jaringan antar gardu induk. Jelaskan mengapa
demikian.
3. Gambarkan secara sederhana jaringan distribusi sistim
ring, kemudian jelaskan kelebihan dan kekurangannya
dibanding dengan sistim radial.
4. Gambarkan secara sederhana suatu tiang jaringan
distribusi yang menopang jaringan distribusi tegangan
menengah dan tegangan rendah sekaligus, dan berika
penjelasan secukupnya.
5. Pada tiang jaringan distribusi tegangan rendah biasanya
terdiri dari tiga kawat penghantar, sedang pada jaringan
yang masuk ke pelanggan rumah tinggal hanya dua bua
kawat, jalaskan mengapa demikian.
6. Pada trafo distribusi biasanya dipasang arester dan
sekring. Jelaskan prinsip kerja dan fungsi masing-masing
peralatan tersebut..
53
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
BAB V
KEANDALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Keandalan dan upaya meningkatkan kendalan sistem
tenaga listrik
Keandalan sistem tenaga listrik berkaitan dengan
kualitas pelayanan tenaga listrik ke beban. Bagi pelanggan
atau pengguna tenaga listik, kualitas pelayanan ditunjukkan
kenyamanan bagi pengguna dan juga keamanan terhadap
peralatan yang digunakan.
Hal-hal yang langsung berhubungan dengan keandalan
sustu sistem tenaga listrik adalah tegangan, frekuensi,
kontunuitas pelayanan dan aman bagi peralatan dan orang
yang menggunakan.
Perubahan tegangan pada sistem tenaga listrik
biasanya terjadi akibat perubahan beban. Pada saat beban
bertambah, turun tegangan yang terjadi pada saluran maupun
54
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
trafo distribusi bertambah yang berakibat tegangan sistem
menurun. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan
memindahkan tap atau terminal trafo didtribusi ke tegangan
yang lebih tinggi. Untuk sistem yang lebih besar, dilakukan
dengan menaikkan tegangan keluaran generator. Kenaikan
tegangan yang terlalu besar dapat menegakibatkan kerusakan
peralatan listrik yang digunakan karena peralatan tidak
bekerja sesuai sepesifikasinya. Sedang bila tegangan sistem
terlalu rendah, maka peralatan tidak dapat bekerja secara
maksimal. Dengan demikian perubahan tegangan perlu dijaga
agar tidak melebihi batas toleransi yang diijinkan.
Perubahan frekuensi dapat terjadi bila putaran
generator berubah, sebagai akibat dari perubahan beban.
Perubahan frekuensi dapat berakibat pada perubahan
putaran motor beban, yang tentunya tidak diinginkan oleh
pihak pengguna. Seperti halnya perubahan tegangan,
frekuensi sistem juga perlu diupayakan agar perubahannya
tidak melebihi batas toleransi.
Unsur keandalan yang lain adalah kontinyuitas
pelanyanan. Sistem tenaga listrik yang baik adalah sistem
yang dapat melayani tenaga listrik secara terus menerus
tanpa henti. Bila pelayanan sering terhenti baik akibat dari
gangguan arus beban lebih, maupun gangguan alam atau
cuaca, maka dapat merugikan konsumen pengguna, terutama
bagi beban-beban yang membutuhkan kontinyuitas
pelayanan yang tinggi. Untuk mengupayakan hal ini
diperlukan peralatan pengaman yang baik dan bisa bekerja
secara otomatis mengamankan gangguan yang terjadi atau
meminimalisir akibat yang terjadi. Dengan demikian bila
terjadi suatu gangguan pada jaringan tertentu atau lokasi
tertentu, diupayakan seminimal mungkin bagian sistem yang
terganggu atau mungkin terputus.
Hal lebih penting diperhatikan dalam sistem tenaga
listrik adalah faktor keamanan, baik keamanan bagi perlatan
55
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
yang digunakan maupun keamanan bagi orang yang
memanfaatkan energi dari sistem tersebut. Upaya ini dapat
dilakukan dengan cara hanya menggunakan perlatanperalatan listrik yang memenuhi strandar di seluruh sistem
mulai dari pembangkitan, penyaluran, distribusi sampai ke
pengguna. Dengan demikian kerusakan peralatan yang
diakibatkan tegangan atau arus lebih dapat dikurangi. Dan
yang lebih penting korban manusia akibat kecelakaan yang
berkaitan dengan sistem tenaga listrik dapat ditekan
seminimal mungkin.
SOAL LATIHAN
1. Apa yang dimaksud dengan keandalan sustu sistem tenaga
listrik, dan apa tujuan peningkatan keandalan sistem
tersebut.
2. Ada beberapa unsur keandalan sistem tenaga listrik.
Sebutkan dampak yang timbul jika unsur-unsur tersebut
tidak diperhatikan diperhatikan.
3. Pada sistem tenaga listrik tunggal, misalnya PLTD, bila
beban listrik pelanggan bertambah akan berakibat
tegangan yang sampai ke pelanggan menjadi lebih rendah.
Jelakan langkah pengaturan yang perlu dilakukan agar
tegangan yang sampai ke pelanggan dapat kembali normal,
dan juga sebaliknya bila beban pelanggan berkurang.
4. Pada sistem tenaga listrik perlu ada standar pengamanan
dan perindungan. Sebutkan hal-hal yang perlu
diperhatikan dalam pengamanan dan perindungan
tersebut.
56
Sistem tenaga listrik
teknik elektro- umy
Catatan:
57
Download