Sistem TenagaListrik

1
Tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Biasanya
mereka, terletak jauh dari pusat-pusat beban – terdiri dari beban rumah tangga,
komersil, dan industri-. Karenanya listrik didistribusikan – melalui sistem transmisi
dan distribusi- ke pusat-pusat beban tersebut.
Gambar 1.1. Ilustrasi sistem tenaga listrik dari pembangkitan ke konsumen akhir
2
Keseluruhan proses pembangkitan, transmisi dan distribusi ke pusat-pusat beban kita
sebut sebagai Sistem Tenaga Listrik (STL). Secara umum dapat dijabarkan menjadi
sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Gambar 1.2 .
menunjukkan secara diagram STL di sistem interkoneksi jawa bali. Besaran listrik
dimasing-masing subsistem hanya sekedar ilustrasi, pada sistem sesungguhnya
mungkin berbeda.
S
380 V 220 V
20 kV
500, 150 kV
11-25 kV
Pembangkitan
Transmisi
Distribusi
Frekuensi 50 Hz
M
Gambar 1.2. Diagram Sistem Tenaga Listrik
Diagram tersebut hanya digunakan untuk menunjukkan perubahan-perubahan besaran
listrik di masing-masing subsistem
Subsistem Pembangkitan
3
Ada beberapa sumber tenaga yang dapat digunakan untuk menghasilkan
tenaga. Batubara, minyak, air, panas bumi dan uranium adalah sebagian jenis sumber
tenaga yang bisa digunakan untuk menghasilkan tenaga.
Sumber tenaga menggerakkan turbin air, turbin gas, turbin uap dan
disambungkan ke suatu generator AC. Generator AC diputar oleh turbin untuk
mengkonversi daya mekanis ke energi listrik.
Gambar 1.3. Ilustrasi Pembangkitan tenaga “Batubara”
4
.
Gambar 1.4. Ilustrasi PLTA
Tegangan listrik di subsistem pembangkitan berada dalam kisaran 11 s.d 25
kV dan frekuensi sebesar 50Hz. Pada pembangkit Suralaya dengan kapasitas daya
mampu 3.212 MW misalnya, menggunakan tegangan pembangkitan sebesar 23 kV.
Pembangkit Mrica, salah satu PLTA di Jawa Tengah menggunakan tegangan
pembangkitan 13,8 kV. Dan Pembangkit Kamojang salah satu PLTP, menggunakan
tegangan pembangkitan 11,8 kV.
Generator AC bekerja sesuai dengan teori induksi elektromagnetis. Secara
sederhana dapat dijelaskan bahwa ketika konduktor bergerak dalam suatu medan
magnet maka tegangan induksi akan dihasilkan. Secara umum generator terdiri dari
5
medan magnet, dinamo, cincin geser, sikat-sikat, dan beberapa tipe hambatan.
Dinamo adalah sejumlah lilitan kawat penghantar.
Subsistem Transmisi
Fungsi dari generator di subsistem pembangkitan hanya sebatas mengubah
energi mekanik menjadi energi listrik. Agar lebih bermanfaat maka energi tersebut
harus didistribusikan kepada pelanggan-pelanggan melalui jalur transmisi. Hal ini
memungkinkan daya yang dihasilkan pada suatu lokasi pembangkit dapat digunakan
setiap saat pada lokasi lain yang berjarak beribu kilometer jauhnya.
Pentransmisian energi listrik dalam jumlah yang sangat besar melalui jarak
yang sangat jauh paling efisien dilakukan dengan cara meningkatkan tegangan dan
mengurangi arus pada saat yang bersamaan. Hal ini perlu untuk memperkecil energi
yang hilang menjadi panas di jalur transmisi, selain mengurangi biaya lain yang
terkait dengan penurunan arus, seperti konstruksi tower dan biaya konduktor.
Untuk meningkatkan tegangan subsistem pembangkitan dengan tegangan
menengah ke tegangan transmisi yang bertegangan tinggi digunakan transformator.
Transformator dimaksud adalah transformator berjenis stepup.
Ada beberapa pembatas tertentu dalam menggunakan sistem transmisi
tegangan-tinggi. Semakin tinggi tegangan yang ditransmisikan maka semakin sulit
dan mahal untuk mengisolasi dengan aman antar kawat saluran, juga antara kawat
6
saluran ke tanah. Karena alasan itu pada sistem tegangan-tinggi umunmya dikurangi
secara bertahap selama tegangan tersebut menuju ke daerah penggunaan akhir.
Pada sistem interkoneksi Jawa Bali digunakan tegangan transmisi sebesar
150 kV dan 500 kV dan frekuensi 50Hz. Sebagai gambaran PLTA mrica yang
menghasilkan tegangan pembangkitan sebesar 13,8 kV tegangannya dinaikkan ke
tegangan transmisi 150kV. Dan PLTU Suralaya dengan tegangan pembangkitan
sebesar 23 kV tegangannya dinaikkan ke tegangan transmisi sebesar 500 kV.
.
Gambar 1.5. Ilustrasi Sistem transmisi
Subsistem Distribusi
Tenaga yang dihasilkan pembangkit dan telah ditransmisikan belum dapat
secara langsung digunakan oleh konsumen. Pada sisi ini tegangan diturunkan dari
tegangan trnasmisi 150kV maupun 500kV menjadi tegangan distribusi sebesar 20 kV.
Proses penurunan tegangan menggunakan tranformator stepdown. Hal ini dilakukan
di Gardu Induk. Selanjutnya tenaga listrik diturunkan kembali dari 20kV menjadi
7
tegangan 380/220 Volt, untuk digunakan di tempat konsumen melalui transformator
tiang.
Pada beberapa konsumen industri mungkin saja tidak menggunakan tegangan
380/220 Volt. Disini akan disediakan trasformator khusus untuk pelanggan industri.
Hal ini karena beberapa mesin mereka menggunakan teganggan 6000 Volt misalnya.
Gambar 1.6. Ilustrasi Sistem Distribusi
Tenaga listrik dibeli dari perusahaan pembangkit listrik, masuk ke rumahrumah
melalui sebuah meteran dan sambungkan ke suatu pusat beban. Pelayanan
residensial dapat datang dari trafo tambahan baikk yang terpasang pada pusat beban
maupun yang ditanam dalam tanah.
8
Gambar 1.7. Ilustrasi saluran ke rumah
Pengamaman Sistem Daya
Grounding (Pentanahan) adalah salah satu aspek penting dalam sistem
distribusi listrik. Ini bertujuan untuk melindungi makhluk hidup dari bahaya sengatan
listrik dan harta benda dari kerusakan.
Lightning Arester (Penangkal petir) berhubungan dengan penangkal
Surja/sentakan, efektif saat ada bahaya sambaran petir atau surja tegangan.
Penangkal petir bekerja dengan prisip celah loncatan bunga api, seperti busi path
mobil. Satu sisi dari penangkal itu dihubungkan ke tanah, sisi yang lain dihubungkan
ke kawat yang dilindungi.
Overcurrent (Rele arus lebih) digunakan untuk melindungi sistem dari arus
beban lebih maupun arus hubung singkat. Arus beban lebih adalah arus yang
9
melebihi arus operasi normal,. Sedangkan arus hubung singkat adalah arus yang
disebabkan terjadinya hubung singkat pada jalur penghantar, bisa hubung singkat
dengan tanah maupun antar saluran.
Beban-lebih biasanya disebabkan oleh surja arus dalam waktu singkat (yang
tidak berbahaya) misalnya ketika motor distart atau transfotmator diberi tenaga. Arus
beban-lebih atau transien seperti itu adalah kejadian yang umum. Selang waktu
berlangsungnya arus tersebut sangat singkat, kenaikan suhu sangat kecil dan tidak ada
efek yang merusakkan pada komponen rangkaian (perlu alat proaktif tidak bereaksi
pada beban lebih). Beban lebih yang terus-menerus dapat diakibatkari oleh motor
rusak, peralatan dibebani lebih atau terlalu banyak beban pada satu rangkaian. Beban
lebih terus-menerus seperti itu merusakkan dan harus dihentikan oleh alat pelindung
sebelum merusakkan jaringan distribusi atau beban sistem. Meskipun arus itu relatif
rendah magnitudonya dibanding dengan arus hubungan singkat, menghilangkan arus
beban-lebih dalam beberapa detik umumnya akan mencegah kerusakan alat.
Pelindung arus-lebih adalah hal penting untuk operasi yang aman bagi
semua sistem distribusi bertegangan sedang dan tegangan-tinggi yang digunakan pada
pabrik-industri. Sekering adalah pelindung arus-lebih yang dapat dipercaya.
Penghubung yang dapat meleleh atau penghubung yang dimasukkan dalam tabung
dan dihubungkan dengan terminal kontak adalah merupakan elemen pokok sekering
sederhana. Tahanan listrik sambungan itu demikian rendah sehingga bertindak
sebagai penghantar dengan mudah, tetapi, ketika terjadi arus yang dapat
10
menghancurkan, sambungan meleleh dengan sangat cepat dan membuka rangkaian
untuk melindungi penghantar dan komponen rangkaian yang lain serta beban.
Meskipun mempunyai sifat istimewa seperti itu, sekering tidak dimungkinkan untuk
digunakan sebagai alat pemutus rangkaian.
Pemilihan sekering untuk instalasi-khusus harus memenuhi persyaratan
frekuensi, tegangan dan arus yang sudah ditetapkan sebelumnya. Tersedia sekering
baik untuk sistem frekuensi 25 sampai dengan 60 Hz. Batas tegangan-kerja (rating)
untuk sekering adalah tegangan tertinggi di mana sekering dirancang untuk
memutuskan arus dengan aman (sekering dapat digunakan pada setiap tegangan sama
atau lebih rendah dan tegangan kerja tanpa mempengaruhi karakteristik kerjanya).
Circuit Breaker-CB (Pemutus rangkaian) adalah saklar yang secara otomatis
membuka/memutus rangkaian listrik ketika terjadi kondisi beban-lebih. Seperti pada
peralatan yang lain. Pemutus rangkaian tersedia dalam beberapa rating tegangan
yaitu: tegangan-rendah, sedang dan tinggi
Pemutus tegangan rendah umumnya dioperasikan di udara bebas sehingga
tidak perlu pemutus busur api, karena busur api dapt padam dengan sendirinya oleh
isolasi udara. Sedangkan untuk tegangan tinggi busur api tidak bisa mati tanpa
pemadam. Pemadaman busur api pada CB dengan tegangan tinggi dapat dilakukan
dengan, hembusan udara, minyak, vakum dan gas SF6.
Pada CB minyak, kontak-kontak dicelupkan di dalam minyak yang
ditempatkan pada tangki logam. Sebagai pengganti pemadaman di dalam minyak,
11
pancaran bunga api dan CB hembusan udara dipadamkan oleh udara yang
dihembuskan. Pemutus dapat dibuka atau ditutup dengan pengungkit yang
dioperasikan dengan tangan atau secara otomatis.
Sistem Darurat
Apabila daya pada sistem listrik terganggu, kondisi yang mengganggu/
membahayakan aktivitas operasional produksi bisa terjadi. Misalnya penerangan meja
operasi di suatu rumah sakit, pelayanan online suatu bank dan lain-lain. Gangguan
daya pada industri dapat mengakibatkan terancamnya jiwa, hilangnya data yang
penting dan berhentinya sistem kendali.
Untuk kepentingan mengatasi terganggunya penyaluran daya maka
diperlukan suplai listrik darurat. Tidak semua kebutuhan listrik dapat ditangani oleh
sistem darurat. Hanya hal-hal penting yang mungkin ditangani, misalnya, alat bantu
kehidupan di rumah sakit, sistem kendali, penerangan darurat, mesin server dan lainlain.
Untuk kepentingan ini biasanya digunakan UPS.
Untuk menangani daya besar beberapa perusahaan dapat mempersiapkan
Generator Standbay. Perlu dicatat bahwa generator ini tidak bisa seketika melayani
begitu listrik PLN terganggu. Sehingga perlu didesain proses transisinya.