Analisis Sistem Tenaga Listrik

Analisis Sistem Tenaga Listrik


Mungkin kita sering bertanya-tanya pada diri kita sendiri. Apa sih arti penting dari Analisi Sistem Tenaga….??? Selain menghasilkan listrik, pemerintah sebagai produsen utama listrik di Indonesia juga memiliki kewajiban untuk mendistribusikannya. Tidak sedikit masalah yang perlu dipertimbangkan, mulai saat produksi, sampai listrik bisa dikonsumsi masyarakat. Pada bagian produksi, harus dipertimbangkan, sejumlah apa listrik yang akan diproduksi sesuai dengan kebutuhan masyarakat…?? Hal ini berkaitan dengan ongkos pembangkitan yang lumayan mahal dan memakan biaya. Selain itu, energi listrik bukanlah sebuah energi yang bisa disimpan dalam waktu yang lama.Pada bagian transmisi, harus diperhatikan juga, bagaimana sebaiknya cara yang paling sesuai untuk penyaluran tenaga listrik dengan pertimbangan, energi listrik yang disalurkan tidak banyak yang hilang, dan tetap aman bagi masyarakat…

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama, diantaranya pusat pembangkitan, saluran transmisi dan sistem distribusi. Saluran transmisi merupakan rantai penghubung antara pusat pembangkit dan sistem distribusi melalui hubungan-hubungan antar sistem dapat pula menuju ke sistem-sistem tenaga yang lain. Suatu sistem distribusi menghubungkan semua beban yang terpisah satu dengan yang lain kepada saluran transmisi. Hal ini terjadi pada stasiun pembantu dimana juga dilaksanakan transformasi tegangan dan fungsi-fungsi pemutusan dan penghubungan beban.


PRODUKSI TENAGA

Produksi tenaga listrik di Indonesia sebagian besar dipenuhi dari pembangkitan listrik melalui PLTA. Untuk daerah-daerah yang memiliki aliran sungai maupun danau-danau baik buatan maupun alami dengan aliran air yang cukup deras, hal ini tentunya bukan merupakan masalah. Akan tetapi, untuk daerah-daerah dengan aliran sungai yang relatif lambat, PLTA tidak dapat diaplikasikan dan harus dipikirkan cara lain dalam pembangkitan energi listrik ini. Salah satunya adalah dengan pengaplikasian PLTU maupun PLTD. Kedua sistem pembangkitan terakhir merupakan cara alternatif dikarenakan biaya yang diperlukan untuk pembangkitan lumayan mahal, baik untuk pembangunan pembangkit maupun untuk biaya operasionalnya. Selain itu, kedua cara pembangkitan terakhir memiliki efek negatif diantaranya banyak menghasilkan polusi dan membutuhkan bahan bakar yang nantinya akan menambah biaya produksi. Oleh karena itulah, Kedua cara terakhir hanya digunakan jika dalam interkoneksi antar pembangkit mengalami defisit energi listrik, maupun untuk mensupplay energi dalam lingkup wilayah yang relatif kecil.


TRANSMISI DAN DISTRIBUSI

Tegangan pada generator besar biasanya berkisar antara 13,8 kV dan 24 kV. Tetapi, generator besar yang modern dibuat dengan tegangan yang bervariasi antara 18 kV dan 24 kV. Tidak ada suatu standart yang umum diterima untuk tegangan generator. Tegangan generator dinaikkan ke tingkat yang dipakai untuk transmisi, yaitu antara 115 dan 765 kV. Tegangan tinggi standart adalah 115, 138, dan 230 kV. Tegangan exstra tinggi adalah 345, 500, dan 765 kV. Keuntungan transmisi dengan tegangan yang lebih tinggi akan lebih jelas jika kita melihat pada kemampuan transmisi suatu saluran transmisi. Kemampuan ini biasanya dinyatakan dalam megavolt ampere (MVA). Kemampuan transmisi dari saluran yang sama panjangnya berubah-ubah kira-kira sebanding dengan kuadrat tegangannya. Tetapi kemampuan transmisi dari suatu saluran dengan tegangan tertentu tidak dapat ditetapkan dengan pasti, karena kemampuan ini masih tergantung lagi pada batasan-batasan termal dari penghantar, jatuh tegangan yang diperbolehkan, keterandalan, dan persyaratan kestabilan sistem, yaitu penjagaan bahwa mesin-mesin pada sistem tersebut tetap berjalan serempak satu terhadap lain. Kebanyakan faktor-faktor ini masih tergantung pula pada panjangnya saluran.

Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi pertama-tama terjadi pada stasiun pembantu bertenaga besar, dimana tegangan diturunkan ke daerah antara 34,5 kV dan 138 kV, sesuai dengan tegangan saluran transmisinya. Penurunan tegangan berikutnya terjadi pada stasiun-stasiun distribusi, dimana tegangan diturunkan lagi menjadi 4 sampai 34,5 kV dan biasanya tegangan pada saluran yang keluar dari stasiun pembantu tersebut berkisar antara 11 dan 15 kV (distribusi primer). Sebagian besar beban untuk industri dicatu dari sistem primer, yang juga mencatu transformator distribusi. Transformator-transformator ini menyediakan tegangan sekunder pada rangkaian tiga kawat berfasa tunggal untuk pemakaian rumah tangga. Di sini, tegangannya adalah 240 V antara dua kawat, dan 120 V di antara masing-masing kawat tersebut dan kawat ketiga ditanahkan.

STUDI BEBAN

Studi beban adalah penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya, dan faktor daya atau daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik dalam suatu jaringan listrik pada keadaan pengoperasian normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Studi beban sangat penting dalam perencanaan pengembangan suatu sistem untuk masa yang akan datang, karena pengoperasian yang baik dari sistem tersebut banyak tergantung pada diketahuinya efek interkoneksi dengan sistem tenaga yang lain, beban yang baru, stasiun pembangkit baru, serta saluran transmisi baru sebelum semuanya dipasang.

OPERASI EKONOMIS SISTEM TENAGA

Banyak orang yang mengira bahwa dalam industri tenaga listrik tidak ada persaingan. Perkiraan ini timbul karena setiap perusahaan listrik beroperasi di sebuah daerah geografis yang tidak dilayani oleh perusahaan lain. Tetapi persaingan sebenarnya tetap ada, yaitu dalam hal menarik industri-industri baru ke suatu daerah. Tarif listrik yang murah adalah faktor yang penting dalam pemilihan lokasi suatu industri. Memang peranan tarif listrik akan berkurang pada saat dimana harga-harga naik dengan cepat dan tarif tenaga listrik tidak menentu, dibanding dengan peranannya pada saat kondisi ekonomi stabil. Tetapi adanya peraturan pemerintah tentang tarif listrik akan tetap mendorong perusahaan-perusahaan tersebut untuk beroperasi seekonomis mungkin, dan mendapatkan keuntungan yang memadai agar mampu mengatasi biaya produksi yang terus meningkat.

Yang dimaksud dengan operasi ekonomis adalah proses pembagian atau penjatahan beban total pada suatu sistem kepada masing-masing pusat pembangkitannya, sedemikian rupa sehingga seluruh pusat pembangkit pada suatu sistem terkontrol secara terus-menerus, sehingga pembangkitan tenaga dapat dilakukan dengan cara yang paling ekonomis.

PERHITUNGAN GANGGUAN

Setiap kasalahan dalam suatu rangkaian yang menyebabkan terganggunya aliran arus yang normal disebut gangguan. Sebagian besar dari gangguan-gangguan yang terjadi pada saluran transmisi bertegangan 115 kV atau lebih disebabkan oleh petir, yang mengakibatkan terjadinya flshover pada isolator. Tegangan tinggi yang berada diantara penghantar dan menara atau tiang penyangga yang diketanahkan menyebabkan terjadinya ionisasi. Ini memberikan jalan bagi muatan listrik yang diinduksi oleh petir untuk mengalir ke tanah. Dengan terbentuknya jalur ionisasi ini, impedansi ke tanah menjadi rendah. Ini memungkinkan mengalirnya arus fasa dari penghantar ke tanah dan melalui tanah menuju netralnya trafo atau generator yang diketanahkan, sehingga terjadilah rangkaian yang tertutup.

Gangguan langsung dari fasa ke fasa tanpa melalui tanah jarang terjadi. Dengan membuka pemutus rangkaian dan dengan demikian mengisolasi bagian saluran yang terganggu dari keseluruhan sistem, aliran arus dari jalur ionisasi akan terputus dan ini memungkinkan terjadinya de-ionisasi. Setelah proses de-ionisasi dibiarkan berjalan kira-kira selama 20 siklus, pemutus rangkaian biasanya dapat ditutup kembali tanpa menimbulkan percikan ulang. Dari pengalaman pengoperasian saluran transmisi diketahui bahwa “ultra high speed reclosing breaker” dapat menutup kembali dengan baik setelah terjadinya gangguan. Pada kasus dimana penutupan kembali tidak berhasil dengan baik, ternyata bahwa sebagian besar dari kegagalan ini disebabkan oleh saluran yang terhubung ke tanah, rangkaian isolator yang pecah akibat suatu beban, kerusakan pada menara, dan karena tidak berfungsinya arrester.

Angka-angka pengalaman menunjukkan bahwa kira-kira 70% dan 80% dari gangguan saluran transmisi adalah gangguan tunggal dari saluran ke tanah, yang terjadi karena flashover dari satu saluran saja ke menara dan ke tanah. Gangguan yang paling jarang terjadi adalah gangguan yang melibatkan sekaligus tiga fasa dan disebut gangguan tiga fasa. Gangguan jenis lain pada saluran transmisi adalah ganguan antara satu saluran dengan saluran yang lainnya tanpa melibatkan ground, dan gangguan antara dua saluran dan ground. Kecuali gangguan tiga fasa, semua gangguan tersebut di atas bersifat tidak simetris dan menyebabkan ketidak seimbangan di antara fasa-fasa.

Arus yang mengalir di berbagai bagian dari suatu sistem tenaga segera setelah terjadinya suatu gangguan berbeda dengan arus yang mengalir beberapa siklus kemudian yaitu sesaat sebelum pemutus rangkaian bereaksi dan memutuskan hubungan saluran pada kedua belah titik gangguan. Kedua arus yang tersebut diatas, berbeda dengan arus yang mengalir pada kondisi steady state, yaitu jika gangguan tidak di isolasi dari keseluruhan sistem dengan beroperasinya pemutus rangkaian. Pemilihan yang tepat dari pemutus rangkaian yang akan dipakai bergantung pada dua hal, yaitu besarnya arus segera setelah terjadinya gangguan dan besarnya arus yang harus diputus. Perhitungan gangguan terdiri dari penentuan besarnya arus yang mengalir di berbagai lokasi pada suatu sistem untuk bermacam-macam jenis gangguan. Data yang diperoleh dari perhitungan ini digunakan untuk menentukan setting relay yang mengatur pemutus rangkaian.

PERLINDUNGAN SISTEM

Gangguan dapat menimbulkan kerusakan besar pada sistem tenaga. Banyak studi, pengembangan alat, dan desain sistem perlindungan yang telah dibuat, sehingga pencegahan kerusakan pada saluran transmisi dan peralatan lain serta cara-cara pamutusan arus pada saat ada gangguan selalu mengalami perbaikan. Dalam perlindungan sistem, biasa dibahas, masalah bagaimana arrester melindungi peralatan-peralatan seperti trafo, rel sentral dan stasiun pembantu terhadap tegangan yang sangat tinggi yang disebabkan oleh petir, dan oleh switching pada saluran EHV dan UHV.

STUDI KESTABILAN

Studi kestabilan terbagi dalam studi untuk keadaan steady state dan kondisi peralihan. Selalu ada batas tertentu bagi besarnya daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah generator AC, dan dari besarnya beban yang dapat dipikul oleh motor serempak. Jika masukan mekanis terhadap suatu generator atau beban mekanis pada suatu motor melebihi batas tersebut diatas, akan terjadilah ketidakstabilan. Batas inilah yang dimaksud batas kestabilan. Suatu batas daya akan dicapai juga dengan perubahan yang terjadi dengan berangsur-angsur. Gangguan pada suatu sistem yang disebabkan oleh beban-beban yang dihubungkan seketika, atau oleh terjadinya gangguan lain, atau oleh hilangnya penguatan didalam medan sebuah generator, dan oleh switching, dapat menyebabkan hilangnya keadaan serempak, meskipun perubahan yang dihasilkan oleh gangguan tersebut tidak melebihi batas kestabilan, yaitu yang dicapai dengan perubahan yang berangsur-angsur. Batas kestabilan peralihan ialah batas daya dimana titik ketidakstabilan dicapai dengan perubahan kondisi sistem mendadak, sedangkan batas kestabilan steady state ialah yang dicapai dengan perubahan yang berangsur-angsur.