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
