pengenalan sistem tenaga listrik

PT PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

Pengenalan Sistem Tenaga Listrik

2. PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK

Secara umum sistem tenaga listrik dapat dikatakan terdiri dari tiga bagian utama, yaitu a. pembangkitan tenaga listrik, listri k, b. penyaluran tenaga listrik dan dan c. distribusi tenaga listrik. listrik . Sistem tenaga listrik sering pula hanya disebut dengan sistem tenaga, bahkan kadangkala cukup disebut dengan sistem. Penamaan suatu sistem tenaga biasanya menggunakan daerah cakupan yang dilistriki, misalnya Sistem Jawa Bali berarti sistem tenaga listrik yang mencakup Pulau Jawa, Madura dan Bali. Bab ini akan memperkenalkan elemen-elemen dasar sistem tenaga yang membentuk ketiga bagian tersebut. Elemen-elemen dasar sistem tenaga adalah: a. pembangkit tenaga listrik b. saluran transmisi c. gardu induk transmisi d. gardu induk distribusi e. jaringan distribusi. Gambar berikut ini menampilkan ilustrasi hubungan antara elemen-elemen dasar sistem tenaga.

Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

106



Gambar 1–1. Elemen-elemen sistem tenaga listrik Gambar di atas merupakan penyederhanaan. Pada sistem tenaga yang sesungguhnya dapat terdiri dari banyak pusat listrik, gardu induk, saluran transmisi, gardu distribusi dan penyulang-penyulang distribusi yang terhubung secara kompleks. 2.1.

ENERGI PRIMER Sepanjang sejarah umat manusia, kemajuan utama di dalam peradaban diiringi dengan pertambahan laju pemakaian energi. Dewasa ini konsumsi energi dikaitkan langsung dengan tingkat hidup masyarakat dan tingkat industrialisasi suatu negara. Negara-negara yang memiliki pasokan energi yang berlimpah menunjukkan laju perkembangan industri yang lebih tinggi dan produk nasional bruto meningkat. Ketersedian energi berbiaya rendah telah menimbulkan pemanfaatan energi yang tidak efisien dan juga menimbulkan kerusakan lingkungan. Masyarakat di negara- negara yang sangat bergantung pada energi menjadi lebih memperhatikan keperluan konversi dan konservasi energi seiring dengan perkembangan sumbe-sumber energi baru. Adalah tanggung-jawab para


107



ilmuwan, enjinir dan teknisi ketenagaan untuk mencari, mengembangkan dan memanfaatkan sumber-sumber energi untuk kepentingan umat manusia. 2.2.

JENIS-JENIS ENERGI DAN SIFAT-SIFATNYA Ada dua jenis energi dasar yaitu Energi Transisional dan Energi Tersimpan.

2.2.1. Energi Transisional: Energi transisional adalah energi di dalam gerak. 2.2.2. Energi Tersimpan: Energi tersimpan adalah bentuk energi yang berupa masa, posisi substansi di dalam medan gaya dan lain sebagainya. Bentuk energi tersimpan biasanya dengan mudah dapat dirubah menjadi beberapa bentuk energi transisional. 2.3.

KLASIFIKASI ENERGI Metode atau sistem pengelompokan energi yang dapat diberlakukan secara umum belum ada. Dalam paparan ini, energi secara umum dikelompokkan menjadi

6

kelompok

atau

kelas,

yaitu

energi

mekanik,

listrik,

elektromagnetik, kimia, nuklir dan energi termal. 2.3.1. Energi Mekanik Di dalam kajian termodinamika, energi mekanik didefinisikan sebagai energi yang dapat dipakai untuk mengangkat berat beban. Energi mekanik merupakan energi yang sangat bermanfaat. Energi mekanik dapat dengan mudah dan efisien dirubah menjadi bentuk energi lain. 2.3.1.1.

Usaha

Bentuk transisional energi mekanik disebut usaha. Energi mekanik yang tersimpan digabungkan dalam satu istilah energi yang umum, disebut energi potensial. Energi mekanik secara luas didefinisikan sebagai energi yang


108



berhubungan dengan posisi suatu benda di dalam medan gaya. Memakai definisi yang sangat umum, ada 5 anak kelompok energi potensial, yaitu: a. energi yang berhubungan dengan posisi benda di dalam medan gravitasi (definisi termodinamika klasik untuk energi potensial), b. energi suatu beban karena posisinya di dalam medan gaya inersia (definisi termodinamika klasik untuk energi kinetik), c. energi yang berhubungan dengan fluida yang dimampatkan, d. energi yang berhubungan dengan posisi benda di dalam medan elasticstrain, dan e. energi yang berhubungan dengan posisi bahan feromagnetik di dalam medan magnetik. Dengan demikian energi mekanik tersimpan dapat muncul dalam bentuk masa benda pada suatu ketinggian, roda-gila, gas yang dimampatkan, tarikmenarik magnetik dari besi. 2.3.2. Energi Listrik Energi listrik adalah kelompok energi yang berhubungan dengan aliran atau akumulasi elektron. Bentuk energi ini biasanya dinyatakan dalam satuan daya dan waktu seperti Wh, kwh atau mwh. Bentuk transisional dari enegi listrik adalah aliran elektron melalui penghantar. Energi listrik dalam jumlah besar dikirim pada jarak yang panjang menggunakan saluran transmisi tegangan tinggi. Energi listrik dapat tersimpan sebagai energi medan elektrostatik atau energi medan induktif. Energi medan elektrostatik adalah energi yang berhubungan dengan akumulasi muatan elektron pada lempeng-lempeng suatu kapasitor. Energi medan induktif yang juga disebut medan elektromagnetik adalah energi yang berhubungan dengan energi yang dihasilkan oleh aliran elektron yang melewati lilitan induksi. Sebagaimana energi mekanik, energi listrik merupakan bentuk energi yang sangat bermanfaat karena dapat dengan mudah dan efisien dirubah menjadi bentuk energi yang lain.


109



2.3.3. Energi Elektro-magnetik Energi elektromagnetik adalah bentuk energi yang berhubungan dengan radiasi elektromagnetik. Energi radiasi biasanya dinyatakan dalam satuan energi yang sangat kecil disebut electron volt (eV) atau juta electron volt (MeV). Satuan energi ini juga sangat luas digunakan di dalam kajian mengenai energi nuklir. Energi radiasi adalah bentuk energi murni karena tidak ada masa yang berhubungan dengannya.. Energi elektromagnetik merupakan satu-satunya kelompok energi utama yang tidak dapat tersedia dalam bentuk energi tersimpan. Energi ini adalah murni energi transisional yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Radiasi Gamma dan sinar X termasuk di dalam kelompok radiasi elektromagnetik. 2.3.4. Energi Kimia Energi kimia adalah energi yang dilepaskan sebagai hasil interaksi dimana dua atau lebih atom dan atau molekul bergabung untuk menghasilkan senyawa kimia yang lebih stabil. Energi kimia ada hanya dalam bentuk energi tersimpan. 2.3.5. Energi Nuklir Energi nuklir adalah kelompok energi utama lainnya yang tersedia hanya dalam bentuk energi tersimpan. Inilah energi yang dilepaskan sebagai hasil dari interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom dan dinyatakan dengan satuan MeV. Ada 3 jenis reaksi nuklir yang umum yaitu peluruhan radioaktif, fisi dan fusi. Proses peluruhan radioaktif adalah proses dimana hanya satu inti tak-stabil suatu radio isotop secara acak meluruh menjadi suatu konfigurasi yang lebih stabil dengan melepas partikel dan energi. Reaksi fisi yang merupakan proses utama di dalam reaktor nuklir terjadi jika inti bermasa berat menyerap neutron dan inti senyawa yang dihasilkan terpisah menjadi dua atau lebih inti yang bermasa ringan dengan melepaskan energi. Di dalam


110



reaksi fusi, dua atom bermasa ringan bergabung membentuk suatu konfigurasi yang lebih stabil dengan melepaskan energi. 2.3.6. Energi Termal Kelompok energi utama yang terakhir adalah energi termal, yaitu energi yang berhubungan dengan vibrasi atom dan molekul. Energi termal adalah bentuk energi dasar. Semua bentuk energi lainnya dapat dirubah menjadi energi termal tetapi perubahan energi termal menjadi bentuk energi lainnya sangat terbatas. Yang membatasinya adalah hukum ke dua termodinamika. Bentuk transisisional energi termal adalah panas, yang biasanya dinyatakan dengan satuan joule, calori atau Btu. 2.4.

SUMBER-SUMBER ENERGI Kelompok Sumber Energi Semua sumber energi dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori umum yaitu energi income dan energi capital. a. Energi income adalah energi yang mencapai bumi dari angkasa luar meliputi energi matahari dan bulan. b. Energi capital adalah energi yang sudah tersedia di bumi meliputi bahan bakar fosil, energi panas bumi dan energi nuklir.

2.4.1. Sumber Energi Income Pada kenyataannya sumber-sumber energi income mencakup semua sumber terduga (possible) yang memberi energi ke bumi dari angkasa luar. Sumber-sumber ini meliputi energi elektromagnetik, gravitasi, pertikelpartikel dari benda-benda angkasa seperti bintang, planet dan bulan sebagai energi potensial meteor yang memasuki atmosfir bumi. Sumber energi income yang bermanfaat hanyalah energi elektromagnetik dari matahari, disebut energi matahari langsung (direct solar energy) dan energi gravitasi bulan yang menghasilkan aliran gelombang pasang-surut. Pemanfaatan sumber energi income sangat menarik karena merupakan Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

111



sumber energi yang terus- menerus dan tak-habis dan juga karena relatif bebas polusi merupakan pertimbangan yang sangat penting, 1.4.1.1.

Energi Matahari

Energi matahari langsung juga membangkitkan sumber energi tak langsung yang tak habis. 1.4.1.2.

Angin dan Arus Laut

Pemanasan

matahari

langsung

berkombinasi

dengan

rotasi

bumi

menghasilkan arus konveksi yang besar dalam bentuk angin di atmosfir dan arus air laut. Penyerapan energi matahari juga membangkitkan gradien suhu yang signifikan di laut yang berpotensi menghasilkan daya. Di samping itu, penguapan air permukaan membangkitkan awan yang jika terkondensasi akan menurunkan hujan di tempat yang lebih tinggi menjadi sumber untuk membangkitkan listrik tenaga air. 1.4.1.3.

Biomasa

Bentuk tak langsung dari energi matahari langsung adalah semua benda hidup yang dihasilkan dari proses fotosintesa. Sumber ini diberi nama yang umum yaitu biomasa meliputi tumbuhan, hewan, sampah organik dan produk lain yang berasal darinya. Beberapa bahan tersebut seperti kayu dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar atau diolah untuk menghasilkan bahan bakar lain seperti arang, alkohol, metana dan lainnya. 1.4.1.4.

Gradien Suhu Laut

Studi-studi juga banyak dilakukan untuk memanfaatkan gradien suhu laut bagi pembangkitan tenaga listrik dengan menerapkan konversi termal air laut (OTEC = ocean thermal energy conversion). Sistem ini memakai air permukaan laut untuk merebus fluida kerja pada pembangkit siklus-Rankine dan air di kedalaman yang lebih dingin untuk meng-kondensasi air keluar dari turbin.


112


1.4.1.5.


Energi Bulan

Sumber utama energi income lainnya adalah energi bulan yang pada dasarnya berupa energi gravitasi bulan. Energi gravitasi menghasilkan aliran pasang-surut dan dipakai untuk memutar turbin air. Ada dua pilihan jenis turbin air yang dapat digunakan yaitu single-effect atau double-effect. Turbin single-effect hanya memanfaat aliran pasang turun, sedangkan double-effect memanfaat kedua aliran pasang naik ataupun pasang turun. 2.4.2. Sumber Energi Capital Seperti disebutkan di atas bahwa Energi capital adalah energi yang sudah tersedia di bumi, beberapa sumber energi tersebut dapat dijelaskan seperti di bawah ini. 2.4.2.1.

Bahan Bakar Fosil

Dewasa`ini sumber utama energi bahan bakar dunia adalah sumber energi yang disebut bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil dibagi dalam tiga kelompok yaitu batubara, minyak dan gas alam. Semua bahan bakar fosil dihasilkan dari fosilisasi senyawa karbohidrat. Senyawa karbohidrat memiliki rumus kimia umum Cx(H2O)y dihasilkan oleh tumbuhan hidup dari proses fotosintesa dimana tumbuhan merubah energi matahari langsung menjadi energi kimia. Setelah tumbuhan mati, karbohidrat berubah karena tekanan dan panas, oksigennya terpisahkan menjadi senyawa hidrokarbon dengan rumus kimia umum CnHm. 2.4.2.2.

Panas Bumi

Sumber energi utama lainnya adalah energi panas-bumi. Energi ini adalah energi yang tertahan di bawah dan di dalam lapisan bumi, berbentuk uap, air panas dan atau batuan cair. Energi panas bumi dapat dikelompokkan ke dalam 2 kategori. Sumber panas bumi hidrothermal berhubungan dengan uap dan air panas. Sumber panas-bumi yang berhubungan dengan batuan panas disebut sumber energi petrothermal.


113



Banyak kalangan yang mempromosikan energi panas-bumi sebagi sumber utama energi bebas polusi. 2.4.2.3.

Batubara

Batubara merupakan bahan bakar fosil yang cukup berlimpah, tercipta dari tumbuhan yang terfosilisasi. Batubara biasanya ditemukan berupa lapisanlapisan di dalam lapisan kulit bumi. Tumbuhan padat setebal sedikitnya 20 kaki diperkirakan dapat menghasilkan lapisan batubara setebal 1 kaki. Tumbuhan padat di bawah pengaruh tekanan, suhu dan tanpa keberadaan udara berubah menjadi peat, bahan bakar tingkat rendah kemudian menjadi batubara coklat, lalu menjadi batubara lignitic, selanjutnya menjadi batubara subbituminous, kemudian manjadi batubara bituminous dan akhirnya menjadi batubara anthracitic. Proses terus berlanjut sepanjang waktu, batubara menjadi semakin keras, kandungan hidrogen dan oksigen berkurang, kelembaban berkurang dan kandungan karbon meningkat. American Society for Testing Material (ASTM) telah mengembangkan metode untuk menentukan klasifikasi rank batubara ke dalam 4 kelas dengan subbagiannya. Diurutkan dari yang paling tua adalah batubara anthracitic (barubara kelas I), batubara bituminous (batubara kelas II), batubara subbituminous (batubara kelas III) dan batubara lignitic (batubara kelas IV). 2.4.2.4.

Minyak Bumi

Jika batubara terbentuk dari tumbuhan yang terfosilisasi, minyak bumi terbentuk dari kehidupan laut yang secara parsial terdekomposisi. Minyak mentah (crude oil) atau petroleum ditemukan di dalam cembungan besar rongga batuan. Minyak mentah biasanya dikelompokkan menurut rank ke dalam 3 kategori tergantung pada jenis residue yang tertinggal setelah bagian yang lebih ringan di-distilasi.


114


2.4.2.5.


Bahan Bakar Gas

Hampir semua bahan bakar gas adalah bahan bakar fosil atau hasil sampingan dari bahan bakar fosil. Bahan bakar ini dapat dibagi ke dalam 3 kelompok yaitu gas alam (natural gases), gas bahan bakar fabrikasi dan gas bahan bakar hasil sampingan. Gas alam adalah satu-satunya gas bahan bakar fosill dan biasanya terkandung di bawah wadah bebatuan di atas cadangan minyak bumi. Pada kenyataannya ada 2 jenis gas alam yaitu yang dihasilkan dari peluruhan bahan organik dan yang telah tersedia di kedalaman lapisan bumi sejak bumi tercipta. Gas alam paling mudah terbakar dari ketiga jenis bahan bakar fosil; dapat bercampur baik dengan udara dan terbakar bersih dengan abu sedikit. Gas alam dapat dengan mudah dan murah dikirim melalui pipa-pipa; kadangkala dirubah menjadi gas alam cair (LNG

liquified

natural gas) lalu dikapalkan dalam cryogenic

tanker untuk dikirim ke negara pemakainya. Liquified petroleum gas (LPG) termasuk kedalam kelompok gas bahan bakar fabrikasi. Bahan bakar ini sering disebut refinery gas. 2.5.

ISTILAH DAN SATUAN ENERGI Istilah dalam Konversi Energi Ada dua istilah yang biasanya digunakan pada sistem konversi energi, yaitu power density dan specific power. Power density adalah daya persatuan volume, dinyatakan dengan satuan kW/m3. Specific power adalah daya per satuan masa bahan bakar, dinyatakan dengan satuan kW/kg bahan bakar.

2.5.1. Satuan Daya Ketika melakukan perhitungan energi jangan sampai dibingungkan oleh satuan energi dan satuan daya. Daya adalah laju energi dan energi sama dengan integral dari daya selama interval waktu tertentu. Satuan daya dalam dalam Standard International (SI) adalah watt (W) dan biasanya disertai dengan faktor kelipatan tertentu. Faktor kelipatan seribu (103) dinyatakan dengan kilo (k), sejuta (106) dengan mega (M), 109 dengan giga


115



(G) dan seterusnya. Daya juga dapat dinyatakan dengan suku laju energi seperti J/s. 2.5.2. Satuan Energi Satuan SI untuk energi adalah joule (J). Satuan lain yang sering digunakan untuk energi adalah elektron volt (eV), kalori (cal), British thermal unit (Btu) dan foot-pound force (ft lbf). Selain itu, biasanya energi dinyatakan dalam suku daya dan waktu seperti watthour (Wh) dan horsepowerhour (hph). Faktor kelipatan seperti di atas juga sering digunakan menyertai satuan energi. 2.5.3. Tikalas Tikalas (subscript) tertentu untuk menyatakan jenis energi juga sering disertakan pada satuan tersebut, seperti “e” untuk listrik (electric), “em” untuk elektromagnetik, “m” untuk mekanik, “c” untuk kimia, “n” untuk nuklir dan :th” untuk termal. 2.6.

PEMBANGKIT LISTRIK Pembangkit listrik memasok tenaga listrik ke sistem tenaga. Pembangkit listrik terdiri dari generator dan penggerak mula. Penggerak mula berupa mesin yang memutar poros generator. Tenaga listrik diperoleh dari generator arus bolak-balik. Generator listrik menghasilkan tenaga listrik dengan frekuensi tertentu. Generatorgenerator di sistem tenaga lisrik di Indonesia menggunakan frekuensi 50 hertz. Kapasitas generator beragam, dari beberapa ratus kW hingga lebih dari seribu MW. Pembangkit listrik sering dikelompokkan berdasarkan jenis tenaga yang dirubah menjadi tenaga listrik, yaitu: a. tenaga panas (termal) b. tenaga air (hidro) c. tenaga nuklir.


116



Pembangkit listrik termal dapat dibagi berdasarkan sumber tenaga panas yang dipakai yaitu a. berbahan-bakar fosil : batubara (coal), minyak bumi (oil) dan gas alam (natural gas) b. tenaga panas-bumi (geothermal). 2.6.1. Penggerak Mula Untuk menghasilkan tenaga listrik, poros generator diputar oleh mesin penggerak yang disebut penggerak mula. Penggerak mula berupa mesin yang merubah suatu bentuk energi menjadi energi mekanis. Energi mekanis itu dipakai untuk memutar poros generator. Jenis penggerak mula bermacam-macam, sesuai dengan sumber tenaga yang menghasilkan gerak tersebut antara lain: a. mesin Diesel, b. turbin gas, c. turbin uap, d. turbin air, e. kincir angin. 2.6.2. Frekuensi Pembangkit Listrik Frekuensi sistem tenaga (selanjutnya disebut frekuensi) merupakan salah satu besaran yang digunakan untuk menyatakan mutu tenaga listrik. Frekuensi berlaku sama di setiap bagian sistem, artinya pada suatu saat yang bersamaan besarnya relatif sama meskipun diukur pada tempat berbeda di dalam sistem. Demikian pula, semua unit pembangkit yang tersambung dalam sistem memiliki frekuensi yang sama. 2.6.2.1.

Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah gelombang sinusoida dari tegangan atau arus listrik dalam rentang waktu satu detik. Satuan yang digunakan menyatakan ukuran frekuensi adalah hertz (Hz). Satu hertz berarti satu siklus per detik (cycle/sec). Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

117



Di dalam pembangkitan tenaga listrik, frekuensi menunjukkan jumlah putaran elektrik mesin pembangkit. Satu putaran elektrik dapat diwakili oleh satu gelombang sinusoida. Sistem tenaga yang dikelola PLN menggunakan frekuensi 50 Hz dengan kisaran

0,5

Hz. Frekuensi 50 Hz setara dengan

50 putaran elektrik per detik atau 3000 putaran per menit. 2.6.2.2.

Perubahan Nilai Frekuensi

Frekuensi juga dapat dipakai sebagai ukuran kesetimbangan sesaat antara daya nyata (MW) yang konsumsi oleh konsumen (selanjutnya disebut beban) dengan daya nyata pasokan dari pembangkit tenaga listrik. Pada keadaan keduanya setimbang, frekuensi 50 Hz. Bila frekuensi kurang dari 50 Hz berarti pasokan daya nyata dari pembangkit kurang. Sebaliknya jika pasokan daya nyata dari pembangkit berlebih, menyebabkan frekuensi lebih dari 50 Hz. 2.6.2.3.

Frekuensi Berubah ubah

Nilai frekuensi sistem tenaga selalu berubah-ubah, karena dari waktu ke waktu daya nyata yang dikonsumsi oleh konsumen (beban) bersifat acak sedangkan alat pengatur kecepatan (speed governor) pada tiap mesin pembangkit masing-masing bekerja sendiri. Hampir tidak ada kemungkinan pasokan daya nyata unit pembangkit terus menerus tepat sama dengan beban sistem. 2.6.3. Pusat Listrik / Pembangkit Listrik Sekelompok pembangkit listrik yang sejenis pada satu lokasi membentuk pusat listrik. Pemberian nama pusat listrik menurut jenis penggerak mula yang digunakan, seperti: a. Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD) b. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) c. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) d. Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) e. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)


118



Di samping itu ada pula pusat listrik yang diberi-nama menurut jenis energi yang digunakan adalah: a. Pusat Listrik Tenaga Panas-Bumi (PLTP) b. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) Secara logis kita akan berfikir bahwa tempat yang paling baik untuk menempatkan pusat listrik adalah dekat dengan pemakai tenaga listrik. Namun hal ini tidak selalu dapat dipenuhi karena beberapa alasan yang dijumpai pada keadaan yang sesungguhnya, antara lain: a. pembangkit

listrik

tenaga

nuklir

dan

yang

berbahan-bakar

fosil

memerlukan sumber air yang besar untuk sistem pendinginannya. Hal ini hanya dapat dipenuhi dari laut, danau atau sungai. Inilah alasan mengapa pembangkit listrik selalu dekat dengan air. b. pembangkit listrik tenaga air memerlukan sumber air dengan perubahan elevasi atau tinggi jatuh (head) yang cukup. c. pembangkit listrik tenaga panas bumi harus berada pada lokasi dimana sumber tenaganya tersedia. Tegangan keluaran generator bermacam-macam, biasanya 25 kV atau lebih rendah. 2.6.4. Peran Pembangkit Dalam Operasi Sistem Berdasarkan peran untuk memenuhi pasokan bagi sistem tenaga listrik, unit pembangkit biasanya dapat dikategorikan sebagai salah satu dari tiga jenis pembangkit yaitu pembangkit pemikul beban-dasar (baseload power plant), pembangkit pemikul beban menengah (intermediate plant) atau pembangkit pemikul beban puncak (peaking unit). 2.6.4.1.

Pemikul Beban Dasar

Pembangkit dengan 5000 jam operasi rata-rata per tahun (capacity factor > 57 %) disebut pembangkit pemikul beban dasar. Pembangkit dalam kategori ini memiliki daya keluaran besar, biaya kapital tinggi dan biaya operasi rendah. Pembangkit tenaga nuklir dan pembangkit tenaga uap berbahanbakar batubara biasanya digunakan sebagai pemikul beban dasar. Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

119


2.6.4.2.


Pemikul Beban Menengah

Pembangkit dengan jam operasi lebih besar dari 2000 jam per tahun dan lebih kecil dari 5000 jam rata-rata pertahun (23% > capacity factor > 57 %) disebut pembangkit pemikul beban menengah. Pembangkit combined cycled, pembangkit berbahan-bakar minyak dan pembangkit tua yang kurang efisien digunakan untuk pemikul beban menengah. 2.6.4.3.

Pemikul Beban Puncak

Pembangkit pemikul beban puncak dioperasikan untuk memenuhi beban pada waktu beban maksimum (beban puncak). Periode beban puncak tidak selalu sama. Jam operasi pembangkit ini kurang dari 2000 jam rata-rata per tahun (capacity factor < 23 %), sehingga pembangkit yang dipilih biasanya yang berbiaya kapital rendah. Biaya operasi jenis pembangkit ini biasanya tinggi, menyebabkan biaya keseluruhan pembangkitan menjadi tinggi. Pembangkit tenaga (turbin) gas, tenaga air, pumped-storage dan mesin Diesel digunakan sebagai pemikul beban puncak. 2.7.

PENYALURAN TENAGA LISTRIK Listrik yang dihasilkan pusat listrik dapat dikirimkan sejauh puluhan hingga ratusan kilometer. Jika arus mengalir di dalam penghantar maka ada daya yang hilang, artinya daya yang diterima di ujung penerima lebih kecil daripada yang dikirim. Listrik yang hilang ketika disalurkan disebut rugi-rugi (losses). Penyaluran tenaga listrik pada umumnya dilaksanakan melalui saluran transmisi tegangan tinggi atau tegangan ekstra tinggi.Penggunaan tegangan yang tinggi pada penyaluran tenaga listrik yang berjarak jauh dapat mengurangi rugi- rugi.

2.7.1. Transformator Tenaga Transformator

tenaga

digunakan

di

dalam

sistem

tenaga

untuk

mentransformasikan tenaga listrik ke tegangan yang lain. Keberadaan transformator sangat membantu penyaluran tenaga listrik. Transformator penaik tegangan digunakan untuk menaikkan tegangan keluaran generator Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

120



ke tegangan transmisi yang diinginkan. Transformator penaik tegangan yang tersambung pada generator disebut juga transformator-generator. Tegangan transmisi di gardu induk penerima diturunkan dengan transformator penurun tegangan ke tegangan yang diinginkan misalnya ke tegangan subtransmisi atau tegangan distribusi. Transformator yang menurunkan tegangan transmisi ke tegangan distribusi sering juga disebut dengan transformator distribusi. 2.7.2. Saluran Transmisi Sistem penyaluran terbentuk dari saluran transmisi tegangan tinggi yang digunakan untuk mengirimkan tenaga listrik dari pembangkit listrik ke konsumen (beban). Saluran transmisi umumnya berupa penghantar udara yang ditopang oleh menara (tower). Panjangnya hingga ratusan kilometer. Ada pula yang berupa kabel yang ditanam di tanah. Biasanya ini dilakukan terkait dengan estetika kota dan keselamatan lingkungan di kota atau daerah pemukiman. Saluran transmisi juga digunakan untuk menghubungkan antar sistem tenaga sehingga pertukaran daya antar sistem dapat berlangsung jika diperlukan. 2.7.3. Tegangan Operasi 2.7.3.1.

Tegangan Ekstra Tinggi

Tegangan ekstra tinggi (TET) atau extra high voltage (EHV) adalah tegangan transmisi di atas 230 kV. Sebagai contoh saluran udara yang beroperasi pada tegangan 345 kV, 500 kV dan 765 kV adalah saluran udara tegangan ekstra tinggi (SUTET). 2.7.3.2.

Tegangan Ultra Tinggi

Saluran tegangan ultra tinggi (TUT) atau ultra high voltage (UHV) adalah saluran transmisi yang menggunakan tegangan 800 kV atau lebih tinggi. 2.7.3.3.

Tegangan Tinggi Arus Searah

Selain

tegangan

arus

bolak-balik

di

atas,

beberapa

sistem

tenaga

menggunakan saluran transmisi tegangan tinggi arus searah atau high


121



voltage direct current (HVDC). Tegangan tinggi yang dipakai mencapai 1000 kV. 2.7.4. Gardu Induk 2.7.4.1.

Gardu Induk Transmisi

Gardu induk transmisi merupakan fasilitas dimana saluran transmisi berakhir atau terhubung dengan saluran transmisi lain. Gardu induk transmisi memiliki peralatan untuk memisahkan sistem tenaga dan untuk melepaskan peralatan yang terganggu atau peralatan yang akan dipelihara dari sistem tenaga. Tegangan perlu diturunkan sebelum sampai di konsumen. Oleh sebab itu hampir semua gardu induk transmisi memiliki transformator tenaga untuk menurunkan tegangan transmisi ke tegangan yang lebih rendah. 2.7.4.2.

Gardu Induk Switching

Gardu induk yang tidak memiliki transformator tenaga disebut gardu induk switching, hanya memiliki peralatan yang diperlukan untuk memisahkan saluran transmisi untuk pemeliharaan peralatan atau untuk mengisolir daerah yang terganggu. 2.8.

DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

2.8.1. Gardu Distribusi Gardu distribusi memasok jaringan distribusi untuk memasok daya ke beban. Gardu distribusi memiliki transformator tenaga yang menurunkan tegangan transmisi ke tegangan distribusi. Kebanyakan sistem tenaga mengoperasikan jaringan distribusi pada tegangan antara 4 kV dan 34,5 kV. 2.8.2. Jaringan Distribusi Jaringan distribusi adalah tahap akhir dalam menyampaikan tenaga listrik ke konsumen.


122



2.8.3. Penyulang Distribusi Gardu distribusi memasok rangkaian distribusi primer yang disebut penyulang distribusi. Penyulang distribusi biasanya dipasok dengan tegangan di antara 4 kV hingga 34,5 kV. Penyulang distribusi mengirimkan tenaga listrik dari gardu distribusi mencapai konsumen. Penyulang distribusi berupa kawat udara yang ditopang tiang-tiang atau kabel bawah tanah. Tegangan yang digunakan konsumen rumah tangga adalah 120 V atau 240 V ( 220 V di Indonesia). Konsumen bisnis biasanya menggunakan 3 fasa untuk daya yang lebih besar.

Tegangan distribusi primer diturunkan dengan transformator ke tegangan distribusi sekunder. Transformator ini dipasang di atas tiang atau di atas tanah (pad-mounted) atau di bawah tanah. 2.9.

BEBAN SISTEM Beban sistem tenaga di dalam suatu daerah tergantung pada kegiatan komersial, industri dan pemukiman yang juga dipengaruhi oleh keadaan cuaca. Kegiatan-kegiatan khusus keagamaan dan sosial juga memberi pengaruh pada hari- hari tertentu. Pengetahuan mengenai sifat beban dari kelompok pelanggan yang beragam tersebut akan sangat membantu dalam proses prakiraan beban sistem tenaga. Beban sistem tenaga terdiri dari beberapa kelompok pelanggan. Tiap kelompok pelanggan memiliki sifat-sifat yang khas. Ada yang membagi pelanggan-pelanggan tersebut secara umum ke dalam enam kelompok, yaitu: 1. pemukiman, 2. komersial 3. industri, 4. pertanian, 5. kotapraja, dan 6. traksi listrik.


123



Gambar 1–2. Beban kelompok industri Pola konsumsi listrik masing-masing kelompok itu sangat khas dan puncaknya terjadi tidak bersamaan. Sebagai contoh, beban pemukiman yang kebanyakan terdiri dari lampu penerangan perumahan, peralatan rumah tangga yang mengkonsumsi listrik seperti radio, televisi, lemari pendingin, penyejuk ruangan dan sebagainya; memiliki puncak yang terjadi di malam hari. Bebannya rendah di luar periode tersebut. Pada kelompok beban komersial seperti perkantoran, rumah sakit, hotel, pertokoan dan sebagainya adalah kebalikannya. Bebannya lebih merata sepanjang hari, memiliki dua puncak yaitu pada pagi dan malam hari. Mirip dengan itu adalah traksi sebagai sarana transportasi, memiliki puncak di pagi dan sore hari. Beban industri baik industri kecil dan industri berat bekerja dalam satu atau tiga shift sehari, dapat dikatakan hampir rata sepanjang hari. Penerangan jalan, perusahaan air minum dan drainase termasuk kelompok beban kotapraja. Penerangan jalan yang merupakan bagian utamanya hampir rata selama lampu dinyalakan yaitu mulai pukul 6 sore hingga 6 pagi. Beban pertanian terjadi selama siang hari.


124



Gambar 1–3. Beban kelompok komersial

Ada pula yang membagi komponen beban sistem dalam empat kelompok, yaitu : 1. komersial 2. industri, 3. domestik, 4. beban khusus.

Gambar 1–4. Beban kelompok pemukiman Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

125



Beban biasanya digambarkan dalam kurva dengan sumbu waktu. Beberapa contoh kurva dari kelompok beban di atas ditunjukkan dalam Gambar 1-2 hingga Gambar 1-5.

Gambar 1–5. Beban penerangan jalan 2.9.1. Kurva Beban 2.9.1.1.

Kurva Beban Harian

Jadi beban sistem merupakan hasil dari penjumlahan kelompok-kelompok beban tersebut. Kurva beban sistem disebut juga kurva beban harian.

Gambar 1–6. Kurva beban sistem


126



Di negeri empat musim belahan bumi utara dan selatan, siklus tingkat pemakaian listrik mengikuti musim. Pemakaian listrik pada musim panas berbeda dengan pada musim dingin. Sebagai contoh di Sistem Jawa Bali siklus musim tidak dikenal. Pada dua minggu sekitar hari raya Iedul Fitri serta dua minggu sekitar Natal dan Tahun Baru, pemakaian listrik menurun tinggal 80 %.

Gambar 1–7. Contoh variasi beban pada hari kerja (atas) dan hari libur (bawah). Siklus harian lazim ada di semua sistem tenaga. Tingkat pemakaian listrik pada hari kerja lebih tinggi dibanding pada hari libur dan Ahad (Minggu).


127



Gambar 1–8. Kurva beban hari kerja, libur dan hari khusus 2.9.1.2.

Kurva Lama Beban

Beban kerap pula digambarkan dengan kurva lama beban (load duration curve). Kurva lama beban ekivalen merupakan konsep penting yang digunakan dalam teknik simulasi produksi listrik secara probabilistik.


128



Gambar 1–9. Kurva lama beban 2.9.2. Pengaruh Frekuensi Dan Tegangan Pada Beban Pengaruh tegangan dan frekuensi pada beban perlu diketahui oleh pengendali operasi sistem tenaga listrik. Perubahan beban akibat perubahan tegangan

dan

frekuensi

menjadi

pertimbangan

di

dalam

tindakan

pengendalian sistem tenaga. Ketika sistem tenaga mengalami kekurangan pembangkitan, pengendali sistem tenaga akan melakukan “brownout” untuk menurunkan beban sistem agar sesuai dengan pembangkitan yang tersedia. Upaya yang dilakukan tersebut adalah dengan menurunkan tegangan kerja. Pada keadaan yang tak terhindari, frekuensi dapat berada di bawah nilai nominal. Simak penjelasan mengenai pengaruh penurunan tegangan kerja dan frekuensi sistem pada beban berikut ini. Secara umum beban di sistem tenaga terdiri dari dua jenis yaitu beban impedansi dan beban motor.


129



2.9.3. Beban Impedansi Jenis-jenis beban yang termasuk di dakam kelompok ini antara lain lampulampu, pemanas, oven dan yang sejenis. Berikut ini kita tinjau pengaruh frekuensi dan tegangan pada beban impedansi. Andaikan suatu beban induktif memiliki impedansi Z = P + jX . Berapa persenkah penurunan daya nyata (watt) yang diperoleh jika tegangan turun sebesar 1 persen ? Daya dinyatakan sebagai S = P + jQ = |V|2 Y* 1

2

= |V |

R + jX 2

= |V |

Maka

2

P = |V |

R + jX R 2 + X 2

R R + X 2

dan Q = |V |2

2

X R + X 2 2

Jelas bahwa daya nyata dan daya reaktif beban berbanding lurus dengan kuadrat tegangan.

∆P

≈

∆|V |

δP δ|V |

= 2|V |

=2

X R + X 2 2

P |V |

Pernyataan ini dapat dituliskan kembali sebagai ∆P

≈2

∆|V |

P

Pernyataan

ini

|V |

menunjukkan

perubahan

relatif

kecil

pada

tegangan

mengakibatkan perubahan daya nyata sebesar dua kalinya. Di dalam hal ini, penurunan tegangan 1 persen menyebabkan penurunan daya nyata sebesar 2 persen. Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan

130



2.9.4. Pengaruh Frekuensi Nilai reaktansi X tergantung pada nilai frekuensi dengan hubungan X 

2

f. L. Sebagai perkiraan yang dapat kita gunakan adalah jika tegangan turun

sebesar 1 % akan menghasilkan kenaikan beban (daya aktif) sebesar 2 kali sin2



(dalam %). Contohnya jika frekuensi sistem turun 1 % akan

menyebabkan kenaikan daya aktif sebesar 0,72 % pada beban impedansi yang memiliki cos

 0,8

2.9.5. Beban Motor Motor induksi yang paling banyak di dalam kelompok beban motor ini. Pengaruh tegangan dan frekuensi pada jenis beban ini lebih kompleks untuk dianalisa. Sebagai perkiraan yang dapat kita gunakan adalah jika tegangan turun sebesar 1 % akan menghasilkan penurunan beban (daya aktif) sebesar 0,2 %. 2.10. PUSAT PENGATUR BEBAN Kompleksitas operasi sistem tenaga yang sederhana misalnya terdiri hanya satu pusat listrik dan sekumpulan beban di beberapa gardu induk yang dipasoknya belum begitu terasa. Jika sistem tenaga berkembang menjadi sistem yang semakin besar, maka operasinyapun menjadi semaklin kompleks. Perkembangan tersebut menuntut kebutuhan pengendalian yang terkoordinasi. Koordinasi operasi sistem tenaga dilaksanakan dari satu atau beberapa pusat pengatur (control centre). 2.10.1.

Fungsi Pusat Pengatur Beban

Fungsi utama Pusat Pengatur Beban antara lain: a. mengendalikan produksi energi listrik (pembangkitan), b. mengendalikan transmisi tenaga listrik, c. melaksanakan administrasi dan koordinasi penjadwalan pemeliharaan peralatan sistem tenaga, d. melakukan simulasi contingency, dan e. memantau sistem kendali (SCADA, automation) yang dipakai.


131


2.10.2.


Peran Pusat Pengatur Beban

Peran Pusat Pengatur Beban yang langsung mempengaruhi operasi sistem tenaga adalah: a. perencanaan operasi jangka pendek, b. pelaksanaan operasi real-time (monitoring and controlling), c. pelaporan operasi dan tindak- lanjut penanganan gangguan. 2.10.3.

Kegiatan Pusat Pengatur Beban

Kegiatan yang dilakukan Pusat Pengatur Beban dapat dikelompokkan sebagai berikut: a. Pre-dispatch, b. Dispatch, c. Post-dispatch. 2.10.3.1. Pre-dispatch Pre-dispatch adalah tahap menentukan kombinasi sumber produksi tenaga listrik dan unit pembangkitnya yang akan memasok kebutuhan beban sistem beberapa waktu ke depan. Kegiatan yang dilaksanakan pada pre-dispatch antara lain mencakup a. prakiraan beban (load forecast) jangka pendek, b. penjadwalan pembangkitan, c. perencanaan kebutuhan daya reaktif, d. perencanaan pemeliharan dan pemisahan (outage) peralatan, e. pengembangan switching terencana, f. perbaikan rencana dan tatacara pemulihan setelah gangguan. 2.10.3.2. Dispatch Kegiatan pada tahap dispatch meliputi: a. pemantauan sistem tenaga, peralatan sistem dan statusnya, b. pengendalian tenaga listrik (power dispatch), c. evaluasi ekonomi dan sekuriti sistem, d. melaksanakan switching dan melaksanakan pemulihan sistem setelah gangguan.


132



2.10.3.3. Post-dispatch Pada tahap post-dispatch, kegiatan-kegiatan yang dilakukan meliputi: a.

pengarsipan

data

kejadian

(events)

di

sistem

dan kegiatan

pelaksanaan pengaturan, b.

penyusunan laporan operasi sistem,

c.

pengumpulan data statistik (data gangguan sistem dan sebagainya),

d.

perhitungan energi,

e.

analisis gangguan yang terjadi di dalam sistem tenaga.

2.10.4.

Jenis Pusat Pengatur

Pusat pengatur dibedakan atas tugas dan tanggung-jawabnya di dalam melaksanakan operasi sistem tenaga dan kadang kala dibatasi oleh wilayah yang dioperasikannya. Pusat pengatur ada yang melaksanakan tugas manajemen energi atau hanya melaksanakan tugas switching jaringan tetapi ada pula yang melaksanakan kedua tugas tersebut. Pusat pengatur yang melaksanakan tugas manajemen energi dan switching jaringan sebagai contoh di Indonesia adalah Jawa Bali Control Centre (JCC). Region Control Centre (RCC) di Sistem Jawa Bali adalah contoh pusat pengatur yang melaksanakan switching jaringan saja. Pusat Pengatur Distribusi (DCC

distribution

control centre) melakukan

switching jaringan distribusi yang dikelolanya.


133

pengenalan sistem tenaga listrik

Recommend Documents