PERBANDINGAN TRANSMISI DAYA AC DAN DC 1. PENDAHULUAN Pertumbuhan
industri
dan
jumlah
penduduk
di
Indonesia
menyebabkan kebutuhan daya listrik meningkat. Kebutuhan daya listrik tersebut dipenuhi dengan menambah pusat pembangkit listrik dan meningkatkan kapasitas transmisi daya listrik. Peningkatan kapasitas transmisi daya listrik dengan cara membangun saluran transmisi baru, tentunya membutuhkan biaya investasi yang tinggi dan menimbulkan masalah sosial yang sulit ditangani. Pertumbuhan beban industri yang didominasi beban induktif membutuhkan suplai daya reaktif yang cukup besar. Kebutuhan daya reaktif ini tentunya akan menurunkan available power yang dapat ditransmisikan ke beban. Oleh karena itu perlu
dilakukan pengaturan aliran daya aktif dan reaktif pada saluran transmisi sehingga dicapai proses penyaluran daya yang efisien.
Berdasarkan pemasangannya, saluran transmisi dibagi menjadi dua kategori, yaitu:
1. saluran udara (overhead lines) ; saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antar menara atau tiang transmisi. Keuntungan dari saluran transmisi udara adalah lebih murah, mudah dalam perawatan, mudah dalam mengetahui letak gangguan, mudah dalam perbaikan, dan lainnya. Namun juga memiliki kerugian, antara lain: karena berada di ruang terbuka, maka cuaca sangat berpengaruh terhadap keandalannya, dengan kata lain mudah terjadi gangguan, seperti gangguan hubung singkat, gangguan tegangan lebih karena tersambar petir, dan gangguan-gangguan lainnya. Dari segi estetika/keindahan juga kurang, sehingga saluran transmisi bukan pilihan yang ideal untuk suatu saluran transmisi didalam kota 2. saluran kabel tanah (underground cable); saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah. Kategori saluran transmisi seperti ini adalah yang favorite untuk pemasangan di dalam kota, karena berada didalam tanah, maka tidak mengganggu keindahan kota dan juga tidak mudah terjadi gangguan akibat kondisi cuaca atau kondisi alam. Namun juga memilik kekurangan. Seperti: mahalnya biaya investasi dan sulitnya menentukan titik gangguan dan perbaikannya.
Kategori saluran transmisi berdasarkan arus listrik :
Dalam dunia kelistrikan, dikenal dua kategori arus listrik, yaitu arus bolak-balik (Alternating Current/AC) dan arus searah (Direct Current/DC). Oleh karena itu , berdasarkan jenis arus listrik yang mengalir di saluran transmisi, maka saluran transmisi terdiri dari : 1. saluran transmisi AC ; didalam system AC, penaikan dan penurunan tegangannya sangat mudah dilakukan dengan bantuan transformator dan juga memiliki 2 sistem, sistem fasa tunggal dan sistem fasa tiga sehingga saluran transmisi AC memiliki keuntungan lainnya, antara lain : a. daya yang disalurkan lebih besar b. nilai sesaat (instantaneous value)nya konstan, dan c. mempunyai medan magnet putar selain keuntungan-keuntungan yang disebutkan diatas, saluran transmisi AC juga memilik kerugian, yaitu: tidak stabil, isolasi yang rumit dan mahal (mahal disini dalam artian untuk menyediakan suatu isolasi yang memang aman dan kuat). 2. saluran transmisi DC ; dalam saluran transmisi DC, daya guna atau efesiensinya tinggi karena mempunyai factor daya = 1, tidak memiliki masalah terhadap stabilitas terhadap system, sehingga dimungkinkan untuk penyaluran jarak jauh dan memiliki isolasi yang lebih sederhana. sederhana. Berhubungan dengan keuntungan dan kerugiannya, dewasa ini saluran transmisi di dunia sebagian besar menggunakan saluran transmisi AC. Saluran transmisi DC baru dapat dianggap ekonomis jika jarak saluran udaranya antara 400km sampai 600km, atau untuk saluran bawah tanah dengan panjang 50km. hal itu disebabkan karena biaya peralatan pengubah dari AC ke DC dan sebaliknya (converter & inverter) masih sangat mahal, sehingga dari segi ekonomisnya saluran AC akan tetap menjadi primadona dari saluran transmisi. Keuntungan-keuntungan Utama Transmisi DC : 1. Jika
biaya
yang
besar
untuk
stasiun-stasiun
converter
tidak
diperhitungkan, saluran-saluran udara dan kabel dc lebih murah dari pada
saluran-saluran udara dan kabel-kabel ac. Jarak impas keduanya adalah sekitar 500 mil untuk saluran udara, (15 - 30 ) mil untuk kabel bawah laut, (30 - 60) mil untuk kabel bawah tanah. 2. Kondisi rugi corona dan radio interferensi lebih baik pada saluran dc dibandingkan saluran ac. 3.
Faktor daya saluran dc selalu sama dengan satu (1), dan karenanya tidak dibutuhkan konpensasi daya reaktif.
4.
Karena tidak dibutuhkan operasi sinkron, maka panjang saluran tidak dibatasi oleh stabilitas, demikian juga daya dapat dikirim dengan kabel sampai pada jarak yang sangat jauh.
5. Rugi saluran dc lebih kecil daripada saluran ac untuk saluran yang sebanding. Kerugian-kerugian Utama Transmisi DC 1. Converter menimbulkan arus dan tegangan harmonisa pada kedua sisi ac dan dc, karena itu dibutuhkan filter. 2. Converter menkomsumsi daya reaktif 3.
Stasiun-stasiun converter masih relatif mahal
4. Circuit Breaker (CB) dc mempunyai kerugian-kerugian ke rugian-kerugian dibanding CB ac, sebab arus dc tidak menurun ke titik 0 dua kali setiap siklus seperti pada arus ac. 5.
Tidak mudah menyadap daya pada titik sepanjang saluran dc, sehingga biasanya merupakan sistem poit to point yang menghubungkan suatu stasiun pembangkit besar ke suatu pusat konsumen daya yang besar, atau interkoneksi dua sistem ac yang terpisah.
FACTS sebagai Teknologi Transmisi Listrik Masa Depan
Pengoperasian sistim jaringan transmisi daya listrik kini telah memasuki era baru. Dalam tahapan baru ini, transmisi daya listrik tidak hanya akan menjadi lebih terjamin dan lebih terkendali dalam pengaturannya, tetapi juga akan menjadi jauh lebih efisien dalam pemanfaatannya. Peningkatan pesat ke arah pemanfaatan sistim jaringan transmisi listrik secara optimal ini dimungkinkan dengan keberadaan dan semakin dewasanya aplikasi teknologi dibidang elektronika daya pada khususnya dan teknologi semikonduktor pada umumnya. Teknologi kendali terbaru untuk transmisi daya listrik ini populer dengan den gan sebutan FACTS singkatan dari Flexible AC Transmission System dan pertama kali dikembangkan oleh Electric Power Research Institute (EPRI) di Palo Alto negara bagian California di Amerika Serikat. Pada awal pengembangannya, teknologi
FACTS ditujukan untuk menjawab permasalahan dalam peningkatan kapasitas pengaliran daya listrik pada sistim jaringan transmisi dan juga untuk menyediakan peralatan kendali daya listrik yang terpercaya pada jalur transmisi yang diinginkan. Latar belakang
Pengendalian sistim daya listrik bolak balik (AC) telah dikenal sebagai hal yang kompleks. Ini disebabkan oleh perubahan secara terus menerus antara medan magnit dan medan listrik. Bergeraknya arus listrik pada satu transmisi tidak hanya dipengaruhi oleh keberadaan tahanan tetapi juga dari induktansi dan kapasitansi di sepanjang transmisi tersebut. Kombinasi dari ketiga hal inilah yang dikenal dengan istilah impedansi. Selain daripada itu, pada jaringan transmisi listrik AC, daya listrik mengalir dari ujung transmisi dengan voltase fasa leading ke ujung yang lain yang bervoltase fasa tertinggal (lagging). Besarnya daya listrik yang mengalir pada suatu transmisi akan bertambah dengan semakin besarnya perbedaan sudut fasa antara kedua voltase tersebut. Konsekuensinya, penambahan aliran daya listrik suatu transmisi dengan demikian dapat dilakukan dengan tiga cara: menaikan voltase, menambah selisih sudut antara dua ujung transmisi atau dengan pengurangan impedansi dari transmisi. Teknologi FACTS inilah yang kemudian dikembangkan dengan salah satu tujuan untuk menyediakan peralatan yang fleksible dalam pengaturan atau pengendalian ketiga parameter aliran daya listrik tersebut. Dengan pengaturan dan pengendalian yang fleksibel ini maka harapan untuk memaksimalkan kapasitas transmisi pada tingkat batas panas (thermal rating) akan terwujud. Untuk menyadari pentingnya batas panas ini, sebagai contoh di Amerika Serikat, untuk transmisi daya listrik pada jaringan transmisi 500kV biasanya diberi batas beban (loading limit) sekitar 1000-2000MW untuk pengoperasian yang aman, walaupun batas panas (thermal rating) dari jaringan transmisi itu sendiri bisa mencapai 3000MW. Selain daripada itu, ada dua hal lain yang juga merupakan permasalahan pada sistim jaringan transmisi listrik bolak balik (AC). Yang pertama adalah keberadaan daya reaktif (reactive power) yang membawa dampak negatif terhadap sistim jaringan transmisi daya listrik. Sebagai contoh, daya reaktif ini dapat mengakibatkan kelebihan beban dan voltage sags pada sistim transmisi. Dengan latar belakang ini pula, maka beberapa alat FACTS dirancang untuk menjawab persoalan daya reaktif ini. Permasalahan transmisi listrik AC berikutnya adalah berhubungan dengan keberadaan sistim listrik AC yang sensitif terhadap hal hal yang dapat mengganggu kestabilan sistim. Sebagai contoh
adalah dengan terjadinya subsynchronous resonance (SSR). Pada SSR arus listrik AC yang mengalir pada transmisi mengandung komponen frekuensi rendah yang telah terbukti dapat mengakibatkan kerusakan pada generator misalnya. Ini juga yang menjadi satu alasan dikembangkannya beberapa peralatan FACTS yang dapat difungsikan sebagai pereda (damper) dari komponen frekuensi rendah ini. FACTS sebagai istilah baru
Pada dasarnya, FACTS adalah kumpulan peralatan yang dibuat dari komponen elektronik solid state untuk pengaturan atau pengendalian transmisi daya listrik secara fleksible. Sampai saat ini telah terdapat sekitar dua belas macam peralatan FACTS yang memiliki fungsi masing masing. Dari jumlah ini, beberapa masih dalam tahap pengembangkan sedangkan beberapa lagi telah dipasang diberbagai lokasi jaringan transimisi di Amerika Serikat dengan hasil yang memuaskan. Pada akhirnya nanti, peralatan FACTS ini diharapkan untuk dapat menggantikan peralatan kendali daya listrik mekanik yang saat ini umum dipasang pada jaringan transmisi listrik seperti misalnya pemutus rangkaian (circuit breakers), perubah tegangan variabel (transformer tap changers ), kapasitor muka (shunt capacitor switches) dan lainnya. FACTS dalam pengembangannya sangat erat sekali hubungannya dengan pengkajian aplikasi Thyristor untuk elektronika daya. Dengan pemanfaatan peralatan kendali elektronika daya tersebut, maka FACTS akan sangat diminati karena menyediakan banyak kelebihan dibandingkan dengan peralatan kendali mekanik. Keuntungan alat kendali elektronik seperti misalnya waktu reaksi yang berkecepatan tinggi dibandingkan dengan waktu reaksi dari peralatan kendali mekanik. Sebagai gambaran, FACTS dapat mengubah arah atau jalur daya listrik dalam waktu kurang dari satu cycle. Dengan kecepatan reaksi yang tinggi ini berarti FACTS dapat juga menyediakan fungsi lainnya yang tidak mungkin didapatkan pada alat kendali mekanik, seperti misalnya fungsi untuk mengatasi gangguan peralihan (transient disturbance) pada jaringan transmisi. Selain dari itu, peralatan kendali mekanik pada umumnya menjadi aus (wear out) sehingga penggunaannyapun perlu dibatasi. Sebagai contoh, transformer yang dipakai untuk mengkompensasi beban yang berubah (shifting load) biasanya hanya dibatasi kurang dari 12 kali perubahan pada tap nya dan memakan waktu lebih dari satu menit (banyak cycle) untuk setiap perubahan. Dilain pihak, FACTS mampu melakukan fungsi yang sama dengan den gan kecepatan 2 kali perubahan dalam satu cycle.
FACTS dapat memanfaatkan jaringan transmisi daya listrik secara fleksibel pada tingkat yang dekat dengan batas panas (thermal limit) transmisi secara aman
dengan
menghindari
kemungkinan
terjadinya
kelebihan
beban
(overloading). Hal ini sangat penting karena akan menambah kapasitas penyediaan daya listrik pada jaringan transmisi yang sama. Dengan demikian, FACTS akan menghemat banyak biaya untuk penambahan penyediaan daya listrik karena menghindari pembangunan jaringan transmisi baru. Keuntungan ekonomi lain dari pengoperasikan jaringan transmisi pada batas panas ini adalah dengan dapat diturunkannya
generation reserve margin yang biasanya
disediakan untuk keperluan cadangan (backup). Dengan peralatan FACTS, generation reserve margin dapat dikurangi dari 18% menjadi kurang dari 15%.
Selisih dari penurunan tersebut tentunya berarti peningkatan efisiensi penggunaan daya listrik yang disediakan oleh generator dan secara bersamaan akan berarti pula penambahan penyediaan kebutuhan daya listrik. Jenis peralatan FACTS
Perkembangan teknologi FACTS telah mengalami dua generasi. Generasi pertama menghasilkan dua jenis peralatan. Alat pertama diberi nama Static Var Compensator (SVC) yang sudah diimplementasikan pada jaringan transmisi listrik semenjak pertengahan tahun 70-an. SVC berfungsi sebagai pemelihara kestabilan kondisi steady state dan dinamika voltase dalam batasan yang sudah ditentukan pada jaringan transmisi berjarak jauh dan berbeban tinggi (heavily loaded). Fungsi SVC diperoleh dengan menggunakan thyristor yang secara cepat dapat menghubungkan atau memutuskan induktor ataupun kapasitor pada jaringan transmisi. Namun kekurangannya, alat ini tidak dapat dipergunakan sebagai alat pengendali aliran daya listrik aktif (active power) yang sangat vital dalam sistim jaringan transmisi listrik AC. Lain dari itu, SVC juga didapati sangat rendah efisiensinya jika terjadi turunnya voltase dari transmisi secara drastis. Demonstrasi pertama pemasangan SVC dilaksanakan tahun 1978 pada jaringan transmisi 115kV Minnesota Power & Light dan telah berhasil menunjukkan perbaikan kendali stabilisasi dan voltase pada jaringan transmisi tersebut. Gambar 1 menunjukkan contoh dari topologi SVC.
Gambar 1. Static VAR Compensator
Semakin
berkembangnya
teknologi
dibidang
pembuatan
Thyristor
mendorong terciptanya generasi kedua dari FACTS. Pada generasi kedua beberapa peralatan FACTS baru telah dikembangkan. Pertama adalah alat yang diberi nama Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) yang berfungsi sebagai pengendali impedansi dari jaringan transmisi. Seperti diketahui, impedansi sepanjang jaringan transmisi umumnya bersifat induktif sedangkan yang bersifat resistif hanya berkisar 5 sampai 10 persen. Ini berarti akan terasa sangat besar manfaatnya apabila kita mampu mengendalikan impedansi transmisi yang bersifat induktif pada kondisi stabil (steady state impendance). Hal ini dapat ditempuh dengan cara penambahan kapasitor dan induktor secara seri. Penghubungan kapasitor secara seri akan berakibat pengurangan impedansi pada transmisi sedangkan penghubungan induktor secara seri akan berarti penaikan impedansi pada transmisi yang sama. Gambar 3 menunjukkan contoh dari TCSC yang telah dipasang pada jaringan transmisi 500kV milik Bonneville Power Administration (BPA) dinegara bagian Oregon. Studi kasus pemasangan TCSC yang telah dilaksanakan oleh Electric Power Research Institute (EPRI) pada satu jaringan transmisi menunjukkan bahwa TCSC berhasil meningkatkan kuantitas aliran daya (dalam MW) sebanyak 30% dengan sekaligus menjaga stabilitas sistim jaringan transmisi tersebut. Hal ini yang mengakibatkan pemasangan TCSC,menurut studi kasus pada jaringan transmisi tersebut, akan memberikan keuntungan sebesar kurang lebih $68 juta US dolar setiap tahunnya.
Gambar 3. Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) Alat yang kedua diberi nama Static Condenser (STATCON) dan berfungsi sebagai penyedia Volt Amp Reactive (VAR ) untuk menjaga kestabilan voltase pada jaringan transmisi yang panjang dan berbeban tinggi (heavily loaded). Pada akhirnya nanti, STATCON diharapkan untuk dapat menggantikan pemakaian alat Rotating Synchronous Condensers yang kini umum dipasang. STATCON adalah alat FACTS pertama yang menggunakan tipe thyristor berbeda dari peralatan FACTS sebelumnya. Jenis thyristor yang dipakai adalah jenis GTO (Gate TurnedOff). Pada dasarnya, STATCON adalah alat yang berbasis inverter tiga fasa yang
dihasilkan oleh voltase satu arah (dc) dari kapasitor seperti yang diilustrasikan oleh Gambar 4. Pada gambar tersebut, jika voltase V 0 lebih tinggi (atau lebih rendah) dari pada voltase sistim transmisi V, maka selisih sudut fasa dari kedua voltase tersebut akan menentukan jumlah arus listrik yang mengalir serta arus listrik akan menjadi lead (atau lag). Dengan jalan demikian, maka daya reaktif beserta arahnya pada sistim transmisi akan dapat dikendalikan secara cepat dan berkelanjutan (continuous). Dua contoh studi kasus pemasangan STATCON di Amerika Serikat telah dilaksanakan dengan hasil yang memuaskan. Percobaan pertama adalah pemasangan 1 Mvar STATCON pada jaringan transmisi milik Orange & Rockland Utilities Inc di negara bagian New York pada tahun 1989. Sedangkan studi kasus berikutnya adalah pemasangan 100-Mvar STATCON pada tahun 1995 di jaringan transmisi Sullivan milik Tennessee Valley Authority (TVA) di negara bagian Tennessee.
Gambar 4. Static Condenser (STATCON) Selanjutnya adalat alat FACTS yang disebut TCPR kependekan dari Thyristor Controlled Phase angle Regulator. Fungsi dari alat ini tidak lain adalah sebagai pengendali selisih sudut fasa pada voltase dari kedua ujung jaringan transmisi yang sama. Fungsi tersebut dimungkinkan dengan cara penyuntikan voltase secara seri pada jaringan transmisi listrik. Gambar 5 menunjukkan konsep dari TCPR ini. Pena cara menambahkan voltase V q yang tegak lurus terhadap V. Voltase V q sendiri dihasilkan dari voltase sekunder dari transformer yang dihubungkan ke dua fasa dari sistim transmisi tiga fasa ini. Percobaan pemasangan TCPR telah dilaksanakan dengan sukses diberbagai lokasi jaringan transmisi di Amerika Serikat. Salah satu contoh adalah pemasangan TCPR di jaringan transmisi 230kV milik Minnesota Power yang telah terbukti mampu menghasilkan selisih sudut fasa dengan sangat cepat.
Gambar 5. Thyristor Controlled Phase angle Regulator
Alat selanjutnya adalah konsep lain dari pengaturan selisih sudut fasa seperti pada TCPR. Alat ini diberi nama Unified Power Flow Controller (UPFC) yang mana perancangannya berbasis inverter dengan menggunakan thyristor. Sebagaimana diilustrasikan pada gambar 6, pada UPFC, vektor voltase V pq yang dihasilkan oleh inverter disuntikkan secara seri ke jaringan transmisi. Voltase searah (dc) yang digunakan inverter ini didapatkan dari hasil penyearah (rectification) voltase dari transmisi yang sama. UPFC merupakan alat kendali daya aktif dan daya reaktif secara terpisah pada trasmisi listrik dan dapat dipasang pada ujung pengirim maupun penerima daya. Lebih penting lagi, UPFC juga merupakan alat pengendali daya yang sangat fleksibel karena dapat menggunakan salah satu ataupun kombinasi parameter dasar dari sistim aliran daya yaitu voltase transmisi, impedansi transmisi, dan selisih sudut fasa transmisi. Hal ini merupakan suatu keuntungan karena dengan pemasangan satu UPFC yang dapat mengendalikan ketiga parameter tersebut, maka tidak hanya sistim jaringan transmisi akan menjadi lebih baik, tetapi juga akan menjadi lebih murah dan mudah dalam pemeliharaan dan pengoperasiannya. Dengan kata lain, pemasangan satu UPFC akan sama halnya dengan pemasangan alat TCSC, STATCON dan TCPR secara bersamaan. b ersamaan. Studi kasus terhadap UPFC, baik itu dalam skala besar maupun kecil telah berhasil dilaksanakan. Sebagai contoh, 1060 MVA UPFC telah dipasang pada jaringan transmisi 500kV yang menghubungkan kota Phoenix (negara bagian Arizona) dengan kota Las Vegas (negara bagian Nevada) dan kota Los Angeles (negara bagian California). Gangguan tiga fasa pada satu titik di jaringan tersebut disimulasikan untuk menginvestigasi reaksi UPFC dan peralatan konvesional. Hasil simulasi menunjukkan UPFC memberikan reaksi lebih stabil dibandingkan dengan reaksi peralatan konvesional. Voltase dari
transmisi menunjukkan lebih kurang osilasinya dengan menggunakan UPFC dibandingkan pemasangan peralatan lama. Dengan demikian, UPFC merupakan alat yang dapat dihandalkan untuk pengendalian aliran daya listrik dengan sekaligus menjaga kestabilan sistim jaringan transmisi itu sendiri.
Gambar 6. Unified Power Flow Controller Beberapa peralatan FACTS lainnya yang juga dikembangkan adalah TCBR, TCSR, dan TCVL. TCBR adalah singkatan dari Thyristor Controlled Braking Resistor yang dapat menjadi alternatif yang compact dan murah dari penggunaan Mechanically Switched Braking Resistor yang saat ini umum digunakan. Pemasangan braking resistor dekat unit pembangkit sangat diperlukan untuk mencegah terjadinya percepatan pada generator setelah terjadinya pemutusan beban (loss of load) pada transmisi. Direncanakan sebelum tahun 2000 an nanti, alat TCBR ini akan mencapai tahap penyelesaian. Yang berikutnya adalah TCSR singkatan dari Thyristor Controlled Series Reactor yang dapat digunakan pada jaringan transmisi yang membutuhkan pengurangan beban dengan cepat dan pembatasan dari arus gangguan (fault ). Alat ini dapat pula digunakan bersama TCSC pada jaringan transmisi yang memerlukan kompensasi induktif seri yang tinggi. Rancangan alat ini telah dilaksanakan pada pertengahan dekade 90-an. Terakhir adalah Thyristor Controlled Voltage Limiter berfungsi sebagai pembatas kelebihan voltase (overvoltage) selama selang waktu yang relatif cukup lama yang dapat merusak peralatan pada jaringan transmisi. Sebagaimana halnya dengan TCSR, rancangan alat ini juga dimulai sekitar pertengahan dekade 90-an.
Prospek Penggunaan Transmisi HVDC dengan Kabel Laut di Indonesia
Pusat-pusat pembangkit tenaga listrik terutama yang menggunakan tenaga air, biasanya terletak jauh dari pusat-pusat beban. Dengan demikian, tenaga listrik yang telah dibangkitkan harus disalurkan melalui saluran- saluran
transmisi . Saluran-saluran ini membawa tenaga listrik dari pusat pembangkit ke
pusat-pusat beban baik langsung maupun melalui gardu- gardu induk dan gardugardu rele. Saluran transmisi yang dapat digunakan adalah saluran udara atau saluran bawah tanah. Menurut jenis arus yang dapat dibangkitkan yaitu sistem arus bolak balik ( AC AC atau alternating current ) dan sistem arus searah (DC atau direct current ). ).
Dengan memperhatikan kondisi negara Indonesia, luas wilayahnya sebagian besar adalah lautan. Lautan ini bukanlah suatu pemisah antara pulau yang satu dengan pulau lainnya, melainkan pulau dipandang sebagai penghubung antar pulau. Bertitik tolak dari uraian tersebut, maka seyogyanya para ahli perencanaan penyediaaan tenaga listrik di negera ini turut menyikapi akan penyatuan sistem ketenagalistrikan ketenagalistrikan, dengan menerapkan transmisi dengan menggunakan kabel bawah laut. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem arus searah baru dianggap ekonomis bila panjang saluran udara lebih dari 640 km atau saluran bawah tanah lebih panjang dari 50 km. Kabel Tenaga dan Sistem Transmisi HVDC
Untuk penyaluran tenaga listrik di bawah tanah digunakan kabel tenaga (power cable). Jenis kabel tenaga dapat diklasifikasikan atas :
Kelompok menurut kulit pelindungnya (armor)
Kelompok menurut konstruksinya
Kelompok menurut penggunaan, misalnya kabel saluran, kabel laut (submarine), kabel corong utama, kabel udara, dan kabel taruh
Kabel taruh yang dimaksud adalah cara menaruh kabel yang meliputi :
Cara menaruh langsung (direct laying)
Sistem pita (duct line)
Sistem terusan tertutup
Saluran transmisi dapat dikategorikan atas saluran udara (overhead line) dan ). saluran bawah tanah (under ground ). Saluran Udara
Sebagaimana telah disebutkan bahwa pusat pembangkit umumnya jauh dari pusat-pusat beban. Apabila dimisalkan dibangun tidak persis di tepi pantai, yang mungkin di tengah hutan atau di kaki gunung dimana sumber energi itu berada, maka dengan demikian tetap dibutuhkan saluran udara yang selanjutnya dihubungkan dengan kabel laut.
Adapun sifat-sifat kawat logam adalah :
Kawat tembaga tarik yang dipakai pada saluran transmisi karena konduktivitasnya tinggi, meskipun kuat tariknya tidak cukup untuk instalasi
tertentu.
Dibandingkan
dengan
kawat
tembaga
tarik,
konduktivitas kawat Aluminium Cable Steel Reinforced (ACSR) lebih rendah, meskipun kekuatan mekanisnya lebih tinggi.
Kawat tembaga campuran (alloy), konduktivitasnya lebih rendah dari kawat tembaga tarik, tetapi mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi.
Kawat aluminium campuran (alloy), mempunyai kekuatan mekanis yang lebih tiggi dari aluminium murni sehingga dipakai untuk gawang (span) yang lebih besar.
Kawat baja berlapis tembaga mempunyai kekutan mekanis yang besar, dan biasanya dipakai untuk gawang yang besar atau sebagai kawat tanah.
Kawat baja berlapis aluminium mempunyai kekuatan mekanis yang besar, tetapi konduktivitasnya lebih kecil dibanding dengan yang berlapis tembaga meskipn ia lebih ringan.
Saluran Bawah Laut
Kabel yang digunakan untuk transmisi HVDC pada umumnya mempunyai sifat yang sama dengan kabel tanah, namun dengan konstruksi yang berbeda. Sebagai penghantar biasanya digunakan kawat tembaga berlilit (annealed stranded), dan sebagai kulit pelindung digunakan pita baja yang dapat ditaruh di dasar laut. Survei Jalur dan Penetapan Panjang Kabel
Survei ini bertujuan untuk mendapatkan data-data kondisi laut dan jalur kabel yang sesuai. Lintasan yang dilalui kabel diusahakan yang pendek dan lurus, dasar laut tanpa lembah dan laut yang tidak terlalu dalam. Survei jalur kabel meliputi:
Karakteristik permukaan dasar laut
Kedalaman laut
Pergerakan arus
Arus pasang surut
Pergeseran pasir dasar laut
Data pendukung
Perbedaan antara panjang aktual dan panjang yang direncanakan disebut "panjang kabel slack"
Perbandingan Kapasitas Transmisi Daya pada Tegangan Tinggi DC dan AC
Apabila ada dua saluran transmisi yang dapat dibandingkan, satu adalah saluran transmisi ac dan yang lainnya adalah saluran transmisi dc. Dianggap bahwa isolator-isolator ac dan dc menahan tegangan puncak ke tanah yang sama sehingga tegangan Vd sama dengan 2 kali tegangan rms ac. Karena itu, serta data teknik lainnya sama, dapat dilihat bahwa daya dc perkonduktor adalah : P(dc) = Vd.Id W/kond. ......................(1) dan daya ac perkonduktor adalah : P(ac) = VLN.IL.Cos W/kond. ..........(2) Karena itu, rasio dari daya dc perkondukor terhadap daya ac perkonduktor (fasa), dapat dinyatakan sebagai : Jika Cos j = 0,945 maka : W/kond...(4) Selanjutnya kapasitas transmisi daya total saluran ac dan dc adalah : Pdc = 2 Pdc W ..................................(5) Pac = 3 Pac W..................................(6) Karena itu rasionya dapat dituliskan : Jadi, dari studi memperlihatkan bahwa dari suatu saluran dc umumnya biasanya sekitar 33 % lebih kecil dari suatu saluran ac untuk kapasitas yang sama. Selanjutnya jika suatu saluran dc dua kutub dibandingkan dengan saluran ac 3 phasa rangkaian ganda, biaya saluran dc sekitar 45 % lebih kecil dari saluran ac. Biasanya keuntungan biaya saluran dc meningkat pada tegangan tinggi. Rugi daya karena gejala korona lebih kecil pada saluran dc dibanding saluran ac. Daya reaktif yang dihasilkan dan diserap oleh suatu saluran transmisi ac tegangan tinggi dapat dinyatakan sebagai : VAR/unit panjang...(8) dan QL=XLI2=wL.I2VAR/unit panjang...(9) Jika daya reaktif yang dibangkitkan dan diserap oleh saluran, sama Qr=QL atau WC.V2=WL.I2 .............(10)
Terlihat bahwa pembebanan impedansi surja (beban alami) adalah merupakan fungsi dari tegangan, induktansi dan kapasitansi saluran tidak merupakan fungsi dari panjang saluran. Bagaimanapun, converter-converter pada kedua ujung saluran membutuhkan daya reaktif dari sistem ac. Kabel-kabel tanah yang digunakan untuk transmisi ac dapat juga digunakan untuk dc dan biasanya dapat menyalurkan daya dc yang lebih besar dari ac. Hal ini disebabkan karena tidak adanya arus pemuatan kapasitif dan pemanfaatan isolasi yang lebih baik serta pemak Pekerjaan Instalasi Kabel Laut Gaya tarik peletakan kabel ditentukan oleh kecepatan saat peletakan, berat kabel, gaya pecah dan arus pasang. Gaya tarik kabel (Ts) dapat diketahui dapat diketahui dengan menggunakan persamaan : aian bahan dielektrik lebih sedikit : Ts = wh + To .................................(11) Selama kabel diletakkan, "To" dikontrol pada nilai 500 - 1000 kg. Beberapa jenis pekerjaan pada saat peletakan kabel meliputi : 1. Pemilihan vessel peletakan kabel, ditarik oleh beberapa tug boat. 2. Pekerjaan persiapan peletakan kabel 3. Penempatan kabel laut 4. Proteksi kabel laut Ada beberapa penyebab kerusakan kabel laut, di antaranya oleh peralatan pancing, jangkar kapal, gigitan ikan, gesekan sirip ikan, dan lain-lain. Oleh karena itu kabel laut harus diproteksi terhadap kemungkinan terjadinya gangguan seperti yang disebutkan di atas. Ada beberapa cara yang telah dilakukan memproteksi ganggguan, di antaranya adalah : a) Menimbun kabel laut di dasar laut, kedalaman penimbunan tergantung panjang mata peralatan pancing atau mata jangkar, biasanya (20 - 150)cm. b) Proteksi dengan rantai pelindung atau jaring pelindung yang diikat pada kabel. Pemilihan jalur yang tepat atau dengan pemberian tanda yang menyolok pada jalur lintasan kabel sangat membantu untuk menghindari kerusakan kabel oleh peralatan pancing dan jangkar kapal.
Analisis dan Pembahasan Kemungkinan penggunaan transmisi HVDC kabel laut di Indonesia adalah yang melintasi selat Sunda, yang diambil dari interkoneksi jaringan listrik JawaBali dan Sumatera. Bukit Asam adalah pusat tambang batu bara di Sumatera. Jaraknya sekitar 170 km dari Palembang, 350 km dari selat Sunda dan sekitar 450 km dari Jakarta. Berdasarkan data dari Departemen Pertambangan, diperoleh cadangan batu bara lebih dari 150 juta ton, sekitar 37 juta ton yang berada di permukaan (open pit mining) dan sekitar 117 juta ton dengan pertambangan di bawah permukaan tanah (underground mining). Jarak antara pulau Sumatera dengan Jawa barat sangat dekat, hanya dibatasi oleh selat Sunda saja. Penggunaan kabel laut sekitar 30 km hingga 35 km tidak terlalu bermasalah. Katapang di Sumatera yang merupakan daerah perikanan cukup ideal tempat pengiriman daya listrik melalui kabel laut ke Merak Jawa barat dengan jarak sekitar 35 km. Berdasarkan energi balance ternyata diperoleh bahwa lebih dari 50 % penggunaan energi di seluruh Jawa digunakan di Jawa barat, dan permintaan akan energi listrik meningkat terus seiring dengan pertumbuhan industri-industri baru. Transmisi HVDC terdiri dari :
Stasiun converter dipasang pada pusat pengirim di Bukit Asam
Stasiun inverter dipasang pada sisi penerima akhir di Merak Jawa barat.
Saluran transmisi udara sepanjang 360 km antara Bukit Asam dengan Katapang ujung Sumatera dengan arus searah (DC)
Saluran kabel bawah laut menyeberangi selat Sunda antara Katapang dengan Merak sejauh 35 km.
Kesimpulan 1. Dari uraian di atas maka dapat disimpulkan bahwa baik transmisi DC maupun AC memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. 2. Dari letak geografis Negara Indonesia sangat memungkinkan dalam pentransmisian di masa depan menggunakan transmisi DC.
Daftar isi
1. N.G.Hingorani, High Power Elelctronics, Scientific American, Novembar 1993. 2. R. Nelson, Transmission Power Flow Control , IEEE Transactions on Power Delivery, April 1994. 3. Hutauruk ( 2000 ) transmisi daya elektrik Erlangga. Jakarta 4. Idris kamal (1983 ) Analisis sitem tenaga listrik. bandung
