Makalah Perencanaan Sistim Transmisi

(1)

1 | Perencanaan Sistem Tenaga Listrik

BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang

Tenaga listrik dibangkitkan pada dalam pusat-pusat pembangkit listrik (power plant) seperti PLTA, PLTU, PLTG, dan PLTD lalu disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator step-up yang ada dipusat listrik. Saluran transmisi tegangan tinggi mempunyai tegangan 70kV, 150kV, atau 500kV. Khusus untuk tegangan 500kV dalam praktek saat ini disebut sebagai tegangan ekstra tinggi. Setelah tenaga listrik disalurkan, maka sampailah tegangan listrik ke gardu induk (G1), lalu diturunkan tegangannya menggunakan transformator step-down menjadi tegangan menengah yang juga disebut sebagai tegangan distribusi primer. Kecenderungan saat ini menunjukan bahwa tegangan distribusi primer PLN yang berkembang adalah tegangan 20kV. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer atau jaringan Tegangan Menengah (JTM), maka tenaga listrik kemudian diturunkan lagi tegangannya dalam gardu-gardu distribusi menjadi tegangan rendah, yaitu tegangan 380/220 volt, lalu disalurkan melalui jaringan Tegangan Rendah (JTR) ke rumah-rumah pelanggan (konsumen) PLN. Pelanggan-pelanggan dengan daya tersambung besar tidak dapat dihubungkan pada Jaringan Tegangan Rendah, melainkan dihubungkan langsung pada jaringan tegangan Transmission of Electrical Energy 3 menengah, bahkan ada pula pelanggan yang terhubung pada jaringan transmisi,tergantung dari besarnya daya tersambung.Setelah melalui jaringan Tegangan menengah, jaringan tegangan rendah dan sambungan Rumah (SR), maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya dan kWh meter. Rekening listrik pelanggan tergantung pada besarnya daya tersambung serta pemakaian kWh nya. Setelah melalui kWh meter, tenaga listrik lalu memasuki instalasi rumah,yaitu instalasi milik pelanggan. Instalasi PLN umumnya hanya sampai pada kWh meter, sesudah kWh meter instalasi listrik umumnya adalah instalasi milik pelanggan. Dalam instalasi pelanggan, tenaga listrik langsung masuk ke alat-alat listrik milik pelanggan seperti lampu, kulkas, televisi, dam lain-lain.

(2)

2 | Perencanaan Sistem Tenaga Listrik 2. Rumusan Masalah * Apa itu transmisi ?

* Bagaimana cara menentukan kabel yang tepat untuk transmisi ? * Kabel jenis apa yang digunakan pada saluran transmisi ?

3. Tujuan

*

Agar Mahasiswa mengetahui perencanaan transmisi sistem tenaga listrik * Agar mahasiswa mempelajari lagi tentang transmisi

* Untuk mengetahui jenis –jenis kabel yang digunakan * Untuk mengetahui sistem kerja Transmisi

(3)

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pemilihan Sistem Transmisi

Transmisi tenaga listrik merupakan proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik sampai ke saluran distribusi sehingga dapat disalurkan sampai pada pengguna consumer listrik. Berikut merupakan gambar sistem tenaga listrik.

Dalam dunia kelistrikan, dikenal dua kategori arus listrik, yaitu arus bolak-balik (Alternating Current/AC) dan arus searah (Direct Current/DC). Maka berdasarkan jenis arus listrik yang mengalir di saluran transmisi, saluran transmisi terdiri dari:

a. Saluran transmisi AC b. Saluran Transmisi DC

(4)

Transmision substation disini, bertujuan untuk merubah dalam menaikkan dan menurunkan tegangan pada saluran tegangan yang ditransmisikan serta meliputi regulasi tegangan.

B. Pemilihan Tegangan

1.

Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan

Transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya, yang besaran tegangannya adalah Tegangan Ultra Tinggi (Ultra High Voltage / UHV), Tegangan Ekstra Tinggi (Extra High Voltage / EHV), Tegangan Tinggi (High Voltage / HV),

Sedangkan Transmisi Tegangan Tinggi, adalah :



Berfungsi menyalurkan energi listrik dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya.



Terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang (tower) melalui isolator-isolator, dengan sistem tegangan tinggi.



Standar tegangan tinggi yang berlaku di Indonesia adalah : 30 KV, 70 KV dan 150 KV. Di Indonesia, kosntruksi transmisi terdiri dari :

 Menggunakan kabel udara dan kabel tanah, untuk tegangan rendah, tegangan menengah dan tegangan tinggi.

 Menggunakan kabel udara untuk tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi.

(5)

1) Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 200 KV – 500 KV

 Pada umumnya digunakan pada pembangkitan dengan kapasitas di atas 500 MW.

 Tujuannya adalah agar drop tegangan dan penampang kawat dapat direduksi secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan efisien.

 Permasalahan mendasar pembangunan SUTET adalah: konstruksi tiang (tower) yang besar dan tinggi, memerlukan tapak tanah yang luas, memerlukan isolator yang banyak, sehingga pembangunannya membutuhkan biaya yang besar.

 Masalah lain yang timbul dalam pembangunan SUTET adalah masalah sosial, yang akhirnya berdampak pada masalah pembiayaan, antara lain: Timbulnya protes dari masyarakat yang menentang pembangunan SUTET, Permintaan ganti rugi tanah untuk tapak tower yang terlalu tinggi tinggi, Adanya permintaan ganti rugi sepanjang jalur SUTET dan lain sebagainya.  Pembangunan transmisi ini cukup efektif untuk jarak 100 km sampai dengan 500 km. 2) Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30 KV – 150 KV

 Tegangan operasi antara 30 KV sampai dengan 150 KV.

 Konfigurasi jaringan pada umumnya single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4 kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar netralnya digantikan oleh tanah sebagai saluran kembali.

 Apabila kapasitas daya yang disalurkan besar, maka penghantar pada masing-masing phasa terdiri dari dua atau empat kawat (Double atau Qudrapole) dan Berkas konduktor disebut Bundle Conductor.

 Jika transmisi ini beroperasi secara parsial, jarak terjauh yang paling efektif adalah 100 km.

 Jika jarak transmisi lebih dari 100 km maka tegangan jatuh (drop voltaje) terlalu besar, sehingga tegangan diujung transmisi menjadi rendah.

 Untuk mengatasi hal tersebut maka sistem transmisi dihubungkan secara ring system atau interconnection system. Ini sudah diterapkan di Pulau Jawa dan akan dikembangkan di Pulau-pulau besar lainnya di Indonesia

(6)

SKTT dipasang di kota-kota besar di Indonesia (khususnya di Pulau Jawa), dengan beberapa pertimbangan :

 Di tengah kota besar tidak memungkinkan dipasang SUTT, karena sangat sulit mendapatkan tanah untuk tapak tower.

 Untuk Ruang Bebas juga sangat sulit dan pasti timbul protes dari masyarakat, karena padat bangunan dan banyak gedung-gedung tinggi.

 Pertimbangan keamanan dan estetika.

 Adanya permintaan dan pertumbuhan beban yang sangat tinggi. Jenis kabel yang digunakan:

 Kabel yang berisolasi (berbahan) Poly Etheline atau kabel jenis Cross Link Poly Etheline (XLPE).

 Kabel yang isolasinya berbahan kertas yang diperkuat dengan minyak (oil paper impregnated).

Inti (core) kabel dan pertimbangan pemilihan :

o Single core dengan penampang 240 mm2 – 300 mm2 tiap core. o Three core dengan penampang 240 mm2 – 800 mm2 tiap core. o Pertimbangan fabrikasi.

o Pertimbangan pemasangan di lapangan.

Kelemahan SKTT:

 Memerlukan biaya yang lebih besar jika dibanding SUTT.

 Pada saat proses pembangunan memerlukan koordinasi dan penanganan yang kompleks, karena harus melibatkan banyak pihak.

Panjang SKTT pada tiap haspel (cable drum), maksimum 300 meter. Untuk desain dan pesanan khusus, misalnya untuk kabel laut, bisa dibuat tanpa sambungan sesuai kebutuhan. Pada saat ini di Indonesia telah terpasang SKTT bawah laut (Sub Marine Cable) dengan tegangan operasi 150 KV, yaitu:

(7)

 Sub marine cable 150 KV Gresik – Tajungan (Jawa – Madura).

 Sub marine cable 150 KV Ketapang – Gilimanuk (Jawa – Bali).

2.

Jatuh Tegangan

Jatuh tegangan pada saluran transmisi adalah selisih antara tegangan pada pangkal pengiriman

(sending end) dan tegangan pada ujung penerimaan (receiving end) tenaga listrik. Pada saluran

bolak balik besarnya tergantung dari impedansi dan admintasi saluran serta pada beban dan factor daya. Jatuh tegangan relative dinamakan regulasi tegangan (voltage regulation) dan dinyatakan oleh rumus :

(vs-vr)/vr x 100%,

Dimana : vs = tegangan pada pangkal pengiriman vr = tegangan pada ujung penerimaan

Untuk jarak dekat regulasi tegangan tidak berarti (hanya beberapa % saja), tetapi untuk jarak sedang dan jauh dapat mencapai 5- 15 %.

Bila beban pada saluran EHV tidak berat, sistem tenaga dioperasikan pada regulasi yang konstan, karena pengaruh arus pemuat besar. Untuk memungkinkan regulasi yang kecil, saluran transimisi dioperasikan pada tegangan yang konstan pada ujung penerimaan dan pangkal pengiriman tanpa dipengaruhi oleh beban. Bila tegangan pada titik penerimaan turun karena naiknya beban, maka dipakai pengatur tegangan dengan beban, guna menmungkinkan tegangan skeunder yang konstan, meskipun tegangan primernya berubah.

3. Tegangan Transmisi dan Rugi-rugi Daya

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari : pusat pembangkit listrik, saluran transmisi, saluran distribusi dan beban. Pada saat sistem tersebut beroperasi, maka pada sub-sistem transmisi akan

(8)

terjadi rugi-rugi daya. Jika tegangan transmisi adalah arus bolak-balik (alternating current, AC) 3 fase, maka besarnya rugi-rugi daya tersebut adalah:

ΔPt = 3I2_{R (watt)…….(1)}

dimana: I = arus jala-jala transmisi (ampere) R = Tahanan kawat transmisi perfasa (ohm)

arus pada jala-jala suatu transmisi arus bolak-balik tiga fase adalah : I= P/3.Vr.Cos φ ……(2)

dimana: P = Daya beban pada ujung penerima transmisi (watt) Vr = Tegangan fasa ke fasa pada ujung penerima transmisi (volt) Cos φ = Faktor daya beban

Jika persamaan (1) disubstitusi ke persamaan (2), maka rugi-rugi daya transmisi dapat ditulis sebagai berikut :

ΔPt = P2

.R/Vr2.cos2 φ

Terlihat bahwa rugi-rugi daya transmisi dapat dikurangi dengan beberapa cara, antara lain : 1. meninggikan tegangan transmisi

2. memperkecil tahanan konduktor 3. memperbesar faktor daya beban

Sehingga untuk mengurangi rugi-rugi daya dilakukan dengan pertimbangan :

1. Jika ingin memperkecil tahanan konduktor, maka luas penampang konduktor harus diperbesar. sedangkan luas penampang konduktor ada batasnya.

2. Jika ingin memperbaiki faktor daya beban, maka perlu dipasang kapasitor kompensasi

(shunt capacitor), perbaikan faktor daya yang diperoleh dengan pemasangan kapasitor pun ada

batasnya.

3. Rugi-rugi transmisi berbanding lurus dengan besar tahanan konduktor dan berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan transmisi, sehingga pengurangan rugi-rugi daya yang diperoleh

(9)

karena peninggian tegangan transmisi jauh lebih efektif daripada pengurangan rugi-rugi daya dengan mengurangi nilai tahanan konduktornya.

Pertimbangan yang ketiga, yaitu dengan menaikkan tegangan transmisi adalah yang cenderung dilakukan untuk mengurangi rugi-rugi daya pada saluran transmisi. Kecenderungan itupun dapat terlihat dengan semakin meningkatnya tegangan transmisi di eropa dan amerika.

4. Masalah Penerapan Tegangan Tinggi Pada Transmisi

Pada penerapannya, peninggian tegangan transmisi harus dibatasi karena dapat menimbulkan beberapa masalah, antara lain :

1. Tegangan tinggi dapat menimbulkan korona pada kawat transmisi. korona ini pun akan menimbulkan rugi-rugi daya dan dapat menyebabkan gangguan terhadap komunikasi radio. 2. Jika tegangan semakin tinggi, maka peralatan transmisi dan gardu induk akan membutuhkan isolasi yang volumenya semakin banyak agar peralatan-peralatan tersebut mampu memikul tegangan tinggi yang mengalir. Hal ini akan mengakibatkan kenaikan biaya investasi. 3. Saat terjadi pemutusan dan penutupan rangkaian transmisi (switching operation), akan timbul tegangan lebih surja hubung sehingga peralatan sistem tenaga listrik harus dirancang untuk mampu memikul tegangan lebih tersebut. Hal ini juga mengakibatkan kenaikan biaya investasi.

4. Jika tegangan transmisi ditinggikan, maka menara transmisi harus semakin tinggi untuk menjamin keselamatan makhluk hidup disekitar trasnmisi. Peninggian menara transmisi akan mengakibatkan trasnmisi mudah disambar petir. Seperti telah kita ketahui, bahwa sambaran petir pada transmisi akan menimbulkan tegangan lebih surja petir pada sistem tenaga listrik, sehingga peralatan-peralatan sistem tenaga listrik harus dirancang untuk mampu memikul tegangan lebih surja petir tersebut.

5. Peralatan sistem perlu dilengkapi dengan peralatan proteksi untuk menghindarkan kerusakan akibat adanya tegangan lebih surja hubung dan surja petir. Penambahan peralatan proteksi ini akan menambah biaya investasi dan perawatan.

(10)

Kelima hal diatas memberi kesimpulan, bahwa peninggian tegangan transmisi akan menambah biaya investasi dan perawatan, namun dapat megurangi kerugian daya. Namun jika ditotal biaya keseluruhan, maka peninggian tegangan transmisi lebih ekonomis karena member biaya total minimum, dan tegangan ini disebut tegangan optimum.

C. Penentuan Kabel Optimum

1. Konduktor dan Kawat Tanah pada Saluran Transmisi Udara

Konduktor adalah media untuk tempat mengalirkan arus listrik dari Pembangkit listrik ke Gardu Induk (GI) atau dari GI ke GI lainnya, yang terentang lewat tower-tower. Kawat Tanah atau

Earth Wire (kawat petir / kawat tanah) adalah media untuk melindungi kawat fasa dari sambaran

petir. Kawat ini dipasang di atas kawat fasa dengan sudut perlindungan yang sekecil mungkin, karena dianggap petir menyambar dari atas kawat.

1) Bahan Konduktor

Bahan konduktor yang dipergunakan untuk saluran energi listrik perlu memiliki sifat sifat sebagai berikut :

 konduktivitas tinggi.

 kekuatan tarik mekanikal tinggi

 titik berat

 biaya rendah

 tidak mudah patah

Konduktor jenis Tembaga (BC : Bare copper) merupakan penghantar yang baik karena memiliki konduktivitas tinggi dan kekuatan mekanikalnya cukup baik. Namun karena harganya mahal maka konduktor jenis tembaga rawan pencurian. Aluminium harganya lebih rendah dan lebih ringan namun konduktivitas dan kekuatan mekanikalnya lebih rendah dibanding tembaga.

Pada umumnya SUTT maupun SUTET menggunakan ACSR (Almunium Conductorn Steel

Reinforced). Bagian dalam kawat berupa steel yang mempunyai kuat mekanik tinggi, sedangkan

(11)

luar kawat daripada bagian sebelah dalam kawat maka ACSR cocok dipakai pada SUTT/SUTET. Untuk daerah yang udaranya mengandung kadar belerang tinggi dipakai jenis ACSR/AS, yaitu kawat steelnya dilapisi dengan almunium.

Pada saluran transmisi yang perlu dinaikkan kapasitas penyalurannya namun SUTT tersebut berada didaerah yang rawan longsor, maka dipasang konduktor jenis TACSR (Thermal

Almunium Conductor Steel Reinforced) yang mempunyai kapasitas besar tetapi berat kawat tidak

mengalami perubahan yang banyak. Konduktor pada SUTT/SUTET merupakan kawat berkas

(stranded) atau serabut yang dipilin, agar mempunyai kapasitas yang lebih besar dibanding

kawat pejal.

2) Urutan Fasa

Pada sistem arus putar, keluaran dari generator berupa tiga fasa, setiap fasa mempunyai sudut pergerseran fasa 120º. Pada SUTT dikenal fasa R; S dan T yang urutan fasanya selalu R diatas, S ditengah dan T dibawah. Namun pada SUTET urutan fasa tidak selalu berurutan karena selain panjang, karakter SUTET banyak dipengaruhi oleh faktor kapasitansi dari bumi maupun konfigurasi yang tidak selalu vertikal. Guna keseimbangan impendansi penyaluran maka setiap 100 km dilakukan transposisi letak kawat fasa.

3) Penampang dan Jumlah Konduktor

Penampang dan jumlah konduktor disesuaikan dengan kapasitas daya yang akan disalurkan, sedangkan jarak antar kawat fasa maupun kawat berkas disesuaikan dengan tegangan operasinya. Jika kawat terlalu kecil maka kawat akan panas dan rugi transmisi akan besar. Pada tegangan yang tinggi (SUTET) penampang kawat, jumlah kawat maupun jarak antara kawat berkas mempengaruhi besarnya corona yang ditengarai dengan bunyi desis atau berisik.

4) Jarak Antar Kawat Fasa

Jarak kawat antar fasa SUTT 70kV idealnya adalah 3 meter, SUTT = 6 meter dan SUTET = 12 meter. Hal ini karena menghindari terjadinya efek ayunan yang dapat menimbulkan flash over antar fasa.

(12)

2. Luas penampang Penghantar Fasa dan Penghantar Netral

Berdasarkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 2000 luas penampang penghantar fasa tidak boleh lebih kecil dari nilai yang diberikan dalam Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Luas Penampang Minimum Penghantar Fasa

1) Penghantar netral harus mempunyai luas penampang yang sama seperti penghantar fasa : a) pada sirkit fasa tunggal dua kawat;

b) pada sirkit fasa banyak dan fase tunggal tiga kawat, jika ukuran penghantar fasa lebih kecil dari atau sama dengan 16 mm² tembaga atau 25 mm² aluminium.

2) Untuk sirkit fasa banyak dengan setiap penghantar fasanya mempunyai luas penampang lebih besar dari 16 mm² tembaga atau 25 mm² aluminium, maka penghantar netral dapat mempunyai luas penampang yang lebih kecil dari penghantar fasa jika kondisi berikut ini terpenuhi secara simultan :

(13)

a) arus maksimum yang diperkirakan termasuk harmoniknya (jika ada) dalam penghantar netral selama pelayanan normal tidak lebih besar dari KHA luas penampang penghantar netral yang diperkecil;

CATATAN Beban yang disalurkan oleh sirkit dalam kondisi pelayanan normal secara praktis terdistribusi merata di antara fase.

b) penghantar netral diberi proteksi dari arus lebih; ukuran penghantar netral sekurang-kurangnya sama dengan 16 mm² tembaga atau 25 mm² aluminium.

3. Kabel dan Ketentuan Tentang Tegangan Pengenal dan Tegangan Kerja Tegangan pengenal dan tegangan kerja ditentukan seperti di bawah ini : 1. Tegangan pengenal kabel dibedakan dalam tingkatan sebagai berikut :

 Kabel Tegangan Rendah : 230/400 (300) V; 300/500 (400) V; 400/690 (600) V; 450/750 (690) V; 0,6/1 kV (1,2 kV)

 Kabel Tegangan Menengah : 3,6/6 kV (7,2 kV); 6/10 kV (12 kV); 8,7/15 kV (17,5 kV); 12/20 kV (24 kV) dan 18/30 kV (36 kV)

CATATAN Nilai tegangan pengenal di dalam tanda kurung adalah nilai tegangan kerja tertinggi untuk perlengkapan yang diperbolehkan untuk kabel. Untuk kabel tegangan rendah, tegangan kerja tertinggi antar fasa ke netral sesuai SNI 04-0227-1994, Tegangan Standar (IEC Publikasi 38-1993)

2. Pada keadaan kerja terus menerus yang tidak terganggu, kabel tanah harus mampu diberi tegangan kerja maksimum sesuai dengan tegangan tertinggi.

(14)

CATATAN :

*) Hanya untuk tembaga

**) Tidak digunakan untuk kabel sangat fleksibel a) Berbentuk pejal bulat

b) Berbentuk dipilin bulat

c) Berbentuk dipilin bulat dipadatkan

d) Penghantar bulat terdiri dari sektor-sektor Tabel 3.3. Luas Penampang Penghantar Konsentris

(15)

Tabel 3.4. Jumlah Luas Penampang Geometri Pelindung Listrik

*) Untuk kabel yang dipasang dalam tanah adalah 16 mm²;

Untuk kabel berinti tunggal yang dipasang dalam tanah adalah 16 mm². KETERANGAN :

Luas penampang nominal (LPN) suatu penghantar konsentris di dapat dari pengukuran listrik. Luas penampang geometri (LPG) suatu pelindung listrik didapat dari pengukuran geometri.

Makalah Perencanaan Sistim Transmisi

3. Tujuan

*

BAB II

PEMBAHASAN

A.

Pemilihan Sistem Transmisi

B.

Pemilihan Tegangan

1.







2.

(vs-vr)/vr x 100%,

C.

Penentuan Kabel Optimum

DAFTAR PUSTAKA

dunialistrik.fr.yuku.com/forums/20

http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Bahan%20Ajar%20Moto

r%20dan%20Tenaga%20Pertanian/sistem%20transmisi%20tenaga-1.htm

http://ejournal-s1.undip.ac.id/index.php/transient/article/view/1288