Sistem Tenaga Listrik
Untuk
lebih mudah memahami keandalan dan kualitas listrik, kita harus mengetahui apa
yang dinamakan “Sistem Tenaga Listrik” yang akan mempresentasikan cara
pembangkitan, penyaluran dan pendistribusian energi listrik.
Secara umum sistem
tenaga listrik terdiri dari:
1.
Pusat Pembangkit Listrik (Power
Plant)
Yaitu tempat energi listrik pertama
kali dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (prime mover)
dan generator yang membangkitkan listrik. Biasanya di pusat pembangkit listrik
juga terdapat gardu induk (GI). Peralatan utama pada gardu induk antara lain:
Transformer, yang berfungsi untuk menaikkan tegangan generator (11,5 kV) menjadi
tegangan transmisi / tegangan tinggi (150 kV) dan juga peralatan pengaman dan
pengatur. Jenis pusat pembangkit yang umum antara lain: PLTA (Pusat Listrik
Tenaga Air), PLTU (Pusat Listrik Tenaga Uap), PLTG (Pusat Listrik Tenaga Gas),
PLTN ( Pusat Listrik Tenaga Nuklir).
2.
Saluran Transmisi (Transmission
Line)
Berupa
kawat-kawat yang di pasang pada menara atau tiang dan bisa juga melalui kabel
yang di pendam di bawah permukaan tanah, saluran transmisi berfungsi
menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit, yang umumnya terletak jauh
dari pusat beban, ke gardu induk penurun tegangan yang memiliki transformer
penurun tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan distribusi (menengah).
Saluran transmisi ini mempunyai tegangan yang tinggi agar dapat meminimalkan
rugi-rugi daya (power losses) disaluran. Contoh dari saluran transmisi
di Indonesia adalah : SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi, dengan tegangan
kerja 70--150 kV), SUTET (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi, dengan tegangan
kerja 500 kV).
3.
Sistem Distribusi
Yang
merupakan sub-sistem tersendiri yang terdiri dari: Pusat Pengatur Distribusi (
Distribution Control Centre, DCC ) , Saluran tegangan menengah (6 kV dan 20 kV,
biasa juga disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara
atau kabel tanah, Gardu Distribusi (GD) tegangan menengah yang terdiri dari
panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel
distribusi tegangan rendah (380 V, 220 V) yang menghasilkan tegangan
kerja/tegangan jala-jala untuk industri dan konsumen perumahan.
4.
Pentingnya Keandalan dan Kualitas Listrik
Pemadaman
listrik yang terlalu sering dengan waktu padam yang lama dan tegangan listrik
yang tidak stabil, merupakan refleksi dari keandalan dan kualitas listrik yang
kurang baik, dimana akibatnya dapat dirasakan secara langsung oleh pelanggan. Sistem tenaga listrik yang andal dan
energi listrik dengan kualitas yang baik atau memenuhi standar, mempunyai
kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat modern karena
peranannya yang dominan dibidang industri, telekomunikasi, teknologi informasi,
pertambangan, transportasi umum, dan lain-lain yang semuanya itu dapat
beroperasi karena tersedianya energi listrik. Perusahaan-perusahaan yang
bergerak diberbagai bidang sebagaimana disebutkan diatas, akan mengalami
kerugian cukup besar jika terjadi pemadaman listrik tiba-tiba atau tegangan
listrik yang tidak stabil, dimana aktifitasnya akan terhenti atau produk yang
dihasilkannya menjadi rusak atau cacat.
Negara-negara
yamg memiliki sistem pembangkit, transmisi dan distribusi energi listrik dengan
teknologi dan peralatan mutakhir serta manajemen yang baik seperti Amerika
Serikat, Jepang, Perancis dan negara-negara maju lainnya benar-benar memberikan
perhatian khusus terhadap keandalan dan kualitas listrik karena pengaruhnya
yang krusial terhadap roda perekonomian.
5.
Parameter-Parameter yang Menentukan Keandalan dan Kualitas
Listrik
Ukuran
keandalan dan kualitas listrik secara umum ditentukan oleh beberapa parameter
sebagai berikut:
a) Frekuensi dengan satuan hertz (Hz)
Yaitu jumlah siklus arus bolak-balik (alternating current,
AC) per detik. Beberapa negara termasuk Indonesia menggunakan frekuensi listrik
standar, sebesar 50 Hz.
Frekuensi listrik ditentukan oleh kecepatan perputaran dari
turbin sebagai penggerak mula. Salah satu contoh akibat dari frekuensi listrik
yang tidak stabil adalah akan mengakibatkan perputaran motor listrik sebagai
penggerak mesin-mesin produksi di industri manufaktur juga tidak stabil, dimana
hal ini akan mengganggu proses produksi.
Gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem frekuensi:
·
Penyimpangan
terus-menerus (Continuous Deviation); frekuensi berada diluar batasnya pada
saat yang lama (secara terus-menerus), frekuensi standar 50 Hz dengan toleransi
0,6 Hz ------ (49,4 – 50,6 Hz).
·
Penyimpangan sementara (Transient Deviation); penurunan atau
penaikkan frekuensi secara tiba-tiba dan sesaat
b) Tegangan atau voltage dengan
satuan volt (V)
Tegangan yang baik adalah tegangan yang tetap stabil pada
nilai yang telah ditentukan. Walaupun terjadinya fluktuasi (ketidak stabilan)
pada tegangan ini tidak dapat di hindarkan, tetapi dapat di minimalkan.
Gangguan pada tegangan antara lain :
·
Fluktuasi Tegangan; seperti: Tegangan Lebih (Over Voltage), Tegangan Turun
(Drop Voltage) dan tegangan getar (flicker voltage)
o
Tegangan
lebih pada sistem akan mengakibatkan arus listrik yang mengalir menjadi besar
dan mempercepat kemunduran isolasi (deterioration of insulation) sehingga menyebabkan kenaikan rugi-rugi
daya dan operasi, memperpendek umur kerja peralatan dan yang lebih fatal akan
terbakarnya peralatan tersebut. Peralatan-peralatan yang dipengaruhi saat
terjadi tegangan lebih adalah transformer, motor-motor listrik, kapasitor daya
dan peralatan kontrol yang menggunakan coil/kumparan seperti solenoid valve,
magnetic switch dan relay. tegangan lebih biasanya disebabkan karena eksitasi
yang berlebihan pada generator listrik (over excitation), sambaran petir pada
saluran transmisi, proses pengaturan atau beban kapasitif yang berlebihan pada
sistem distribusi.
o Tegangan turun pada sistem akan mengakibatkan berkurangnya
intensitas cahaya (redup) pada peralatan penerangan; bergetar dan terjadi
kesalahan operasi pada peralatan kontrol seperti automatic valve, magnetic
switch dan auxiliary relay; menurunnya torsi pada saat start (starting torque)
pada motor-motor listrik. Tegangan turun biasanya disebabkan oleh kurangnya
eksitasi pada generator listrik (drop excitation), saluran transmisi yang
terlalu panjang, jarak beban yang terlalu jauh dari pusat distribusi atau
peralatan yang sudah berlebihan beban kapasitifnya.
·
Tegangan Kedip (Dip Voltage); adalah turunnya tegangan (umumnya sampai 20%) dalam perioda
waktu yang sangat singkat (dalam milli second). Penyebabnya adalah hubungan
singkat (short circuit) antara fasa dengan tanah atau fasa dengan fasa pada
jaringan distibusi. Tegangan kedip dapat mengakibatkan gangguan pada:
stabilisator tegangan arus DC, electromagnetic switch, variable speed motor,
high voltage discharge lamp dan under voltage relay.
·
Harmonik Tegangan (Voltage
Harmonic);
adalah komponen-komponen gelombang sinus dengan frekuensi dan amplitudo yang
lebih kecil dari gelombang asalnya (bentuk gelombang yang cacat), contoh :
Gelombang asal : (28,3) sin (wt) kV. Harmonik ke-3 : (28,3/3) sin (3wt) kV. Harmonik ke-5 : (28,3/5) sin (5wt) kV. Tegangan harmonik dapat mengakibatkan: panas yang berlebihan,
getaran keras, suara berisik dan terbakar pada peralatan capacitor reactor
(power capacitor); meledak pada peralatan power fuse (power capacitor); salah
beroperasi pada peralatan breaker; suara berisik dan bergetar pada peralatan
rumah tangga (seperti TV, radio, lemari pendingin dsb.); dan pada peralatan
motor listrik, elevator dan peralatan-peralatan kontrol akan terjadi suara
berisik, getaran yang tinggi, panas yang berlebihan dan kesalahan operasi.
Kontribusi arus harmonik akan menyebabkan cacat (distorsi) pada tegangan,
tergantung seberapa besar kontribusinya.
Cara mengurangi pengaruh tegangan harmonik yang terjadi pada
sistem adalah dengan memasang harmonic filter yang sesuai pada
peralatan-peralatan yang dapat menyebabkan timbulnya harmonik seperti arus
magnetisasi transformer, static VAR compensator dan peralatan-peralatan
elektronika daya (seperti inverter, rectifier, converter, dsb.)
·
Ketidak seimbangan tegangan (Unbalance Voltage); umumnya terjadi di sistem distribusi karena pembebanan fasa
yang tidak merata.
Gangguan-gangguan tegangan sebagaimana dijelaskan diatas
dapat menyebabkan peralatan-peralatan yang menggunakan listrik, beroperasi
secara tidak normal dan yang paling fatal adalah kerusakan atau terbakarnya peralatan.
c)
Interupsi atau Pemadaman Listrik;
Interupsi ini dapat dibedakan menjadi:
·
Pemadaman
yang direncanakan (Planned Interruption/scheduled interruption); adalah
pemadaman yang terjadi karena adanya pekerjaan perbaikan atau perluasan
jaringan pada sistem tenaga listrik.
·
Pemadaman
yang tidak direncanakan (Unplanned Interruption); adalah pemadaman yang terjadi
karena adanya gangguan pada sistem tenaga listrik seperti hubung singkat (short
circuit).
Parameter-parameter
yang menentukan keandalan dan kualitas listrik sebagaimana dijelaskan diatas
adalah sesuatu yang meyakinkan (measureable) dan dapat diminimalkan dengan cara
mengkoreksi terhadap konfigurasi dan peralatan pada sistem, manajemen serta sumber
daya manusia yang handal dari perusahaan yang menjual energi listrik.
6. Alat Ukur
Elektrodinamik
Alat ukur elektrodinamik memiliki
dua jenis belitan kawat, yaitu belitan kawat arus yang dipasang diam dua buah
pada magnet permanen, dan belitan kawat tegangan sebagai kumparan putar
terhubung dengan poros dan jarum penunjuk gambar-6.1. Interaksi medan magnet
belitan arus dan belitan tegangan menghasilkan sudut penyimpangan jarum
penunjuk sebanding dengan daya yang dipakai beban :
P = V.I.cosș
Pemakaian alat ukur elektrodinamik adalah sebagai pengukur
daya listrik atau Wattmeter.
Gambar 6.1 Prinsip
Elektrodinamik
Gambar 6.2 Pemasangan
Wattmeter
Gambar 6.3
Pengawatan Wattmeter dengan Beban Satu Fasa
a)
Alat Ukur Piringan
Putar
Alat ukur piringan putar tidak menggunakan jarum penunjuk.
Konstruksi meter piringan putar memiliki dua inti besi gambar 8.19.Inti besi U
dipasang dua buah belitan arus pada masing-masing kaki inti, menggunakan kawat
berpenampang besar. Inti besi berbentuk E-I dengan satu belitan tegangan,
dipasang pada kaki tengah inti besi, jumlah belitan tegangan lebih banyak
dengan penampang kawat halus.
Gambar 6.4 Prinsip
Alat Ukur Piringan Putar (Wattmeter)
Piringan putar aluminium ditempatkan diantara dua inti besi U
dan E-I. Akibat efek elektromagnetis kedua inti besi tersebut, pada piringan
aluminium timbul arus eddy yang menyebabkan torsi putar pada piringan.Piringan
aluminium berputar bertumpu pada poros, kecepatan putaran sebanding dengan daya
dari beban. Jumlah putaran sebanding dengan energi yang dipakai beban dalam
rentang waktu tertentu. Meter piringan putar disebut kilowatthours (kWh) meter
gambar-8.20.
Gambar 6.5
KWhmeter
b)
Alat Ukur dan
Pengukuran Listrik
Pengawatan kWhmeter satu phasa belitan arus dihubungkan ke
terminal 1-3, belitan tegangan disambungkan terminal 2-6, Terminal 1-2 dikopel
dan terminal 4-6 juga dikopel langsung. Pengawatan kWhmeter tiga phasa dengan
empat kawat gambar-8.21L1, L2, L3 dan N memiliki tiga belitan arus dan tiga
belitan tegangan.
·
Jala-jala L1,
terminal-1 kebelitan arus-1 terminal-3 ke beban, terminal 1-2 dikopel untuk
suply ke belitan tegangan-1.
·
Jala-jala L2,
terminal-4 ke belitan arus-2 terminal 6 langsung beban, terminal 4-5 dikopel
suply ke belitan tegangan-2.
·
Jala-jala L3,
terminal-7 ke belitan arus-3 ke terminal 9 langsung beban, terminal 7-8 dikopel
untuk suply ke belitan tegangan-3.
·
Terminal 10 dan 12,
untuk penyambungan kawat netral N dan penyambungan dari ketiga belitan tegangan
phasa 1,2 dan 3.
Gambar 6.6
Pengawatan KWhmeter 1 Fasa D\dan 3 Fasa
Bentuk fisik kWhmeter kita lihat
disetiap rumah tinggal dengan instalasi dari PLN. Sebagai pengukur energi
listrik kWhmeter mengukur daya pada interval waktu tertentu dalam konversi
waktu jam. Setiap kWhmeter memiliki angka konstanta jumlah putaran 1/kWh. Cz= P.n
Daftar Pustaka
Keandalan dan Kualitas Listrik.dunia-listrik.blogspot.co.id
E-book. Alat
Ukur dan Pengukuran Listrik. 2008. BSNP.
Komentar
Posting Komentar