Sistem Tenaga

SISTEM TENAGA


ELEMEN SISTEM TENAGA
Salah satu cara yang paling ekonomis,mudah , dan aman untuk mengirimkan energy adalah melalui bentuk energy listrik. Pada pusat pembangkit, sumber dayanenergi primer seperti bahan bakar fosil ( minyak, gas alam, dan batu bara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energy listrik. Generator sinkron mengubah energy mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energy listrik tiga fasa.
Melalui transformator penaik tegangan energy listrikini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jimlah arus yang mengalir pada seluran trasmisi. Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat loss) I2R yang menyertainya. Ketika saluran trasmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformator).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energy listrik ini diubah lagi menjadi bentuk-bentuk energy terpakai lainnya seperti energy mekanis, penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya. Elemen pokok system tenaga ini dibagi dalam beberapa bagian diantaranya: Puasat pembangkit ( turbin, generator), Sistem transmisi tegangan tinggi( transformator penaik, tenaga listrik tiga fasa, dan transformator penurun) dan Sistem distribusi tegangan rendah (beban listrik).

PUSAT PEMBANGKIT DAN OPERASI EKONOMISNYA
Pusat pembangkit berfungsi untuk mengkonversikan sumber daya energy primer menjadi energy listrik. Pusat pembangkit listrik konvensional mencakup:
1. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
2. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
4. Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
5. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
6. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Disamping pembangit listrik konvensional tersebut, saat ini tengah dikembangkan beberapa teknologi konversi untuk sumber daya energy baru seperti: biomassa, solar, limbah kayu, angin, gelombang laut, dan sebagainya.

Pusat Listrik Tenaga Uap
Pada pembangkit listrik ini bahan bakar minyak, gas alam, batubara dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Setelah melewati turbin , uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi berubah menjadi uap bertekanan dan bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh kondesor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompa kembali menuju boiler.
Pusat Listrik Tenaga Gas
PLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan bakar berupa minyak atau gas alam dibakar didalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan bakar disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini berfungsi sebagai fliuda kerja yang memutar roda turbin bersudu yang terkopel dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energy mekanis menjadi energy listrik.
Pusat Listrik Tenaga Air
Penggunaan tenaga air merupakan bentuk konversi energy tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan dimana terletak turbin air. Dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energy kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu : Pelton, Francis, Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan bakar, biaya operasi PLTA sangat rendah, nmun hal ini dibarengi dengan biaya investasi yang sangat tinggi untuk konstruksi pekerjaan sipil. Bergantung pada ketersediaan sumber energy air, PLTA dapat berfungsi untuk memikul beban puncak ataupun beban besar.


KONVERSI ENERGI ELEKTROMEKANIK
Salah satu aspek penting dalam system tenaga dalah yang menyangkut konversi energy elektromekanik: yaitu konversi energy dari bentuk mekanik ke listrik dan dari bentuk listrik ke mekanik. Konversi energy tersebut berlangsung pada system tenaga melalui peralatan electromagnet yang disebut generator dan motor.


Blok diatas tepatnya yang sebelah kiri menggambarkan system pembangkit. Melalui generator sinkron tiga fasa yang menerima kopel dari poros turbin. Sistem ini berperan untuk mengubah bentuk energy mekanik menjadi energy listrik. Blok yang ditengah menggambarkan bagian dari system tenaga yang mengirimkan energy listrik dari system pembangkit menuju system beban. Untuk mengurangi rugi-rugi panas, energy yang dikirim perlu dinaikan tegangannya melalui transformator penaik tegangan. Dengan demikian, meskipun transformator bukan termasuk peralatan konversi energy, namun merupakan alat pembantu electromagnet yang juga penting dalam system tenaga. Blok disebelah kanan menggambarkan system beban yang mengubah sebagian dari energy listrik menjadi bentuk energy mekanik.Perubahan tersebut berlangsung dalam mesin-mesin berputar yang disebut motor. Selain itu sebagian energy listrik dipergunakan untuk keperluan beban lainnya seperti penerangan, pendinginan, dan pemanasan.
TRANSMISI DAN DISTRIBUSI
Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi membagikan tenaga listrik tersebut ke pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah. Generator sinkron dipusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga listrik dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator tegangan tersebut dinaikan menjadi 150-500 kV. Saluran tgangan tinggi (STT) menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; disini tegangan diturunkan menjadi tegangan subtransmisi 70 kV. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan menengah 20 kV. Melalui trafo distribusi yang tersebar di berbagai pusat-pusat beban. Tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang akhirnya diterima pihak pemakai.
KARAKTERISTIK BEBAN
Sistem tenaga listrik dirancang untuk dapat mengirim energy listrik dengan cara yang efisien dan aman kepada para langganan. Karakteristik dari permintaan energy listrik kadang kala membuat usaha tersebut sulit untuk dipenuhi. Meramalkan pertumbuhan beban dan usaha untuk memenuhi siklus beban harian dan beban tahunan secara memuaskan merupakan dua kesulitan yang harus diatasi. Melalui kombinasi pengkajian kecenderungan masa lalu dan pembuatan ramalan ke masa depan, perencana akan memperkirakan kebutuhan pembangkitan tenaga dan merekomendasikan pembangunan fasilitisnya. Namun demikian, tugas perencana system tidak terbatas pada menjamin ketersediaan pembangkitan yang cukup saja, tetapi juga harus menentukan:
- Apakah saluran transmisi yang tersedia beserta pelengkapnya masih cukup mampu untuk membawa tambahan energy listrik yang diperlukan?
- Apakah peralatan system masih cukup handal untuk melindungi system dari keadaan-keadaan gangguan?
- Apakah keadaan gejala peralihan akan mengganggu operasi normal system?
- Cara operasi yang paling ekonomis untuk bermacam-macam keadaan pembebanan.
PROTEKSI
Suatu gangguan atau kegagalan dalam keadaan bagaimanapun akan mempengaruhi aliran arus normal pada system tenaga. Gangguan-gangguan yang terjadi dapat dibabkan oleh sambaran petir, hubungan singkat karena kejatuhan benda tertentu pada kawat penghantar, rusaknya isolasi dan lain sebagainya. Gangguan-gangguan tersebut dapat mengakibatkan lonjakan tegangan yang berlebihan, aliran arus yang sangat besar, bunga api listrik, dan kegagalan system tenaga untuk beroperasi secara keseluruhan. Dengan rancangan system proteksi yang baik, gangguan-gangguan yang terjadi dapat dilokalisir pada daerah kejadian saja sehingga tidak mengganggu para langganan didaerah lain.

NOTASI DAN SIMBOL
Penggunaan notasi dan symbol dalam buku ini diusahakan sesederhana mungkin. Untuk harga sesaat besaran arus bolak-balik digunakan huruf kecil, misalnya i untuk arus sesaat dan v untuk tegangan sesaat. Penggunaan huruf besar menunjukkan nilai fasor yang mengandung besaran (magnitude) dan sudut. Besaran fasor adalah harga rms-nya (root-mean-square). Namun pada pemakaian tertentu huruf besar juga berarti harga bilangan nyata yang hanya mempunyai besaran. Misalnya P = VI cos akan menghasilkan bilangan-bilangan nyata sehingga bilangan V dan I hanya menunjukkan besaran saja. Untuk perhitungan-perhitungan tiga fasa, daya nyata, daya reaktif, dan daya mayanya diasumsikan selalu mempunyai besaran tiga fasa.


Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.