SISTEM TENAGA LISTRIK
ELEMEN SISTEM TENAGA
Pada
pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak,
gas alam, dan buatan), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi
listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros
turbin menjadi energi listrik tiga fasa.
Melalui
transformator penaik tegangan (step-up
transformator) energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran
transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan
dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi.
Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus
rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat
loss) I² R yang menyertainya. Ketika saluran transmisi 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, energi listrik ini
diubah lagi menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi
mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya. Elemen pokok
sistem tenaga dapat dilihat pada Gambar 1.1
Gambar 1. Elemen pokok system
tenaga
Generator adalah
sebuah
alat yang memproduksi energi
listrik
dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi
elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik.
Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor
adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator
mendorong muatan listrik
untuk bergerak melalui sebuah sirkuit
listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik
yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan
sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di
dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin
uap,
air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam,
turbin
angin, engkol
tangan, energi surya atau matahari,
udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Generator
AC berfungsi utnuk merubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus
bolak-balik. Generator ini sering disebut juga seabagai alternator, generator
AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron
karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada
stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan
kutub-kutub magnet yangberputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar
pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor
tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar
terhubung dengan jala-jala.
Generator arus bolak-balik dibagi
menjadi dua jenis, yaitu:
a.
Generator arus bolak-balik 1 fasa
b.
Generator arus bolak-balik 3 fasa
Konstruksi
Generator Arus Bolak-balik
Konstruksi
generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1)
stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolakbalik, dan (2) rotor,
yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke
stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang
berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak
terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan
ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan
lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan
tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan
celah udara sama rata (rotor silinder)
Gambar 2. Strator
dan Rotor
Prinsip Kerja Generator Arus Bolak-balik
Prinsip dasar generator arus
bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar
berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan
terbentuk gaya gerak listrik.
Prinsip kerja generator arus
bolak-balik tiga fasa (alternator) pada dasarnya sama dengan generator arus
bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa memiliki tiga
lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 1200 pada
masing-masing fasa
Gambar 3.
Perinsip kerja Generator
Besar tegangan generator bergantung pada :
1.
Kecepatan putaran (N)
2.
Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)
3.
Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan
magnet (f)
4.
Jumlah Kutub
Jumlah kutub generator arus
bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang
dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :
F= pn/120
dimana :
f = frekuensi tegangan (Hz)
p = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor (rpm)
Turbin
Turbin adalah
sebuah
mesin
berputar yang mengambil
energi dari aliran
fluida. Turbin
sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade".
Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi
untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal adalah
kincir
angin dan
roda air.
Sebuah
turbin yang bekerja terbalik disebut
kompresor atau
pompa turbo.
Turbin gas,
uap
dan
air
biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan
mengontrol fluid. "Casing" dan baling-baling mungkin memiliki
geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi
aliran fluid. Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.
Prinsip
Kerja Pembangkitan Tenaga Listrik
Prinsip
dasar pembangkitan tenaga listrik terdapat pada pengubahan energi mekanik ke
dalam energi listrik. Gambar 2 berikut ini memperlihatan bagan sistem
pembangkitan, yang terdiri dari berbagai jenis pembangkitan.
Gambar 4. Bagan Sistem Pembangkitan
Masing-masing
jenis pembangkit tenaga listrik mempunyai prinsip kerja yang berbeda-beda,
sesuai dengan penggerak mulanya (prime mover). Satu hal yang sama dari beberapa
jenis pembangkit tenaga listrik tersebut yaitu semuanya samasama berfungsi
merubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi
energi mekanik dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir, kombinasi gas dan uap,
menggerakkan atau memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator
selanjutnya dengan sistem pengaturannya generator tersebut akan menghasilkan
daya listrik.
PUSAT PEMBANGKIT DAN OPERASI
EKONOMISNYA
Pusat
pembangkit berfungsi untuk mengkonversinya sumber daya energi primer menjadi
energy listrik. Secara umum pembangkit tenaga listrik dikelompokkan menjadi dua
bagian besar yaitu : pembangkit listrik thermis dan pembangkit listrik non
thermis.
Pembangkit
listrik thermis mengubah energi panas menjadi energi listrik, panas disini bisa
dihasilkan oleh panas bumi, minyak, uap dan yang lainnya. Hal ini dikatakan bahwa
pembangkit thermis yang dihasilkan dari panas bumi mempunyai penggerak mula
panas bumi biasanya disebut pembangkit panas bumi. Sedangkan pembangkit non
thermis penggerak mulanya bukan dari panas, seperti pada pembangkit thermis
penggerak mula inilah yang menentukan nama/jenis pembangkit tenaga listrik
tersebut misalnya apabila penggerak mulanya berupa air maka air inilah yang
menentukan jenis pembangkit tenaga non thermis tersebut biasanya disederhanakan
sebutannya menjadi pembangkit tenaga air (PLTA), dan lain sebagainya.
Dari
dua bagian besar ini dapat dikelompokkan menjdi beberapa jenis yaitu :
A. Pembangkit Listrik Thermis :
1)
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).
2)
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).
3)
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ; Batu bara, gas
alam dan minyak.
4)
Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).
5)
Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).
6)
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
B. Pembangkit Listrik Non Thermis :
1)
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).
2)
Pembangkit
Listrik Tenaga Angin.(PLTAngin)
3)
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Selain
beberapa jenis yang disebutkan di atas, masih terdapat jenis pembangkit tenaga
listrik yang lain, misalnya pembangkit listrik yang digerakkan oleh tenaga
surya, energi gelombang laut dan energi angin, saat ini masih dikembangkan
secara terbatas di Indonesia. Sedangkan dari delapan jenis yang disebutkan di
atas, tujuh jenis telah terpasang di Indonesia. Satu jenis pembangkit tenaga
listrik, yaitu PLTN, sampai saat ini masih dalam tahap perencanaan pembangunan
dan direncanakan akan dibangun di lereng Gunung Muria Jawa Tengah. Namun sampai
saat ini banyak ditemui hambatan non teknis di lapangan, yaitu banyak dari
masyarakat di sekitar lokasi tersebut menyatakan keberatan. Mereka
mengkawatirkan timbulnya radiasi pada saat pembangkit tenaga listrik tersebut
beroperasi, misalnya dengan timbulnya kebocoran pada instalasi nuklirnya
seperti yang terjadi di Uni Soviet.
1.
Pusat
Listrik Tenaga Uap (PLTU); minyak, gas alam, dan batubara.
Pada pembangkit listrik ini, bahan baker
minyak, gas alam, atau batubara dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada
boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan
langsung dengan sebuah generataot sinkron. Setelah melewati turbin, uap yang
bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap yang bertekanan dan
bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh kondensor menyebabkan uap berubah
menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.
Gambar 5. Proses pada PLTU (batu bara)
BAGIAN-BAGIAN UTAMA
PLTU terdiri dari beberapa bagian utama yang
mutlak harus ada agar PLTU dapat beropersai sesuai dengan semestinya.
Bagian-bagian tersebut adalah
1. Coal Handling
Adalah pengiriman batubara dari dermaga kapal
menuju coal pile menggunakan belt conveyor. Setelah dari coal pile lalu
diteruskan ke silo sebagai penampung batubara yang akan dijadikan bahan bakar.
2.
Boiler
Komponen
yang mengawali perubahan dan pengaliran energi disebut boiler. Definisi boiler
sendiri sebagai suatu komponen pada power plant adalah suatu bejana tertutup
yang secara efisien mampu mengubah air menjadi steam dengan bantuan panas
dari proses pembakaran batubara. Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara
efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat
panas dalam volume yang lebih besar lagi.
Didalam
boiler ada economizer dan steam drum. Economizer untuk pemanasan air dan steam
drum sebagai pemisah antara uap dan air setelah terjadi pemanasan.
3.
Heater
Merupakan pemanas yang ada di boiler. Ada 2
macam heater, yaitu superheater dan re-heater. Superheater adalah pemanas untuk
memanaskan uap jenuh dari steam drum menjadi uap tak jenuh. Sedangkan re-heater
adalah pamanas ulang setelah steam melewati High Pressure turbin dan dialirkan
menuju Intermediate Pressure Turbin
4.
Turbin
Berfungsi mengubah
aliran air menjadi energi mekanik. Air yang jatuh akan mendorong baling-baling
sehingga menyebabkan turbin berputar. Putaran turbin dipengaruhi oleh besarnya
laju aliran air. Semakin besar laju aliran maka putaran turbin semakin cepat
dan bila laju aliran kecil maka putaran turbin akan lambat. Perputaran turbin
ini dihubungkan ke generator. Turbin air kebanyakan bentuknya seperti kincir
angin.
5.
Generator
Generator listrik
adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis.
Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri
dari besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga
membentuk pasangan kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus
eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor
terletak satu poros dengan turbin dan dihubungkan melalui gigi-gigi putar,
sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Generator
selanjutnya merubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di
kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil" yang terletak di
stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik.
Agar generator
bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
1.
Putaran. Putaran
dari generator dipengaruhi oleh putaran dari turbin.
2.
Kumparan. Banyak dan
besarnya kumparan dari stator akan mempengaruhi besarnya daya listrik yang
dihasilkan.
3.
Magnet. Magnet dihasilkan dari putaran rotor.
6.
Transformator
Berfungsi untuk
mentransmisikan dan mengubah energi dari ukuran satu ke ukuran yang lain.
Transformator yang digunakan adalah transformator step up. Karena digunakan
untuk mengubah energi yang dihasilkan generator menjadi energi yang lebih besar
ukuranya.
7.
Jalur Transmisi
Berfungsi untuk
mengalirkan energi listrik dari PLTA menuju konsumen listrik yaitu rumah-rumah
dan pusat industri.
8.
Kondenser
Merupakan pendinginan uap setelah uap melewati
Low pressure turbin. Uap yang dingin akan berubah menjadi fase cair dan
dialirkan menuju ke daerator.
9.
Daerator
Berfungsi
untuk menyerap atau menghilangkan gas – gas yang terkandung pada air pengisi
Boiler, terutama gas O2, karena gas ini akan menimbulkan korosi.
PRINSIP
KERJA
Prinsip kerja dari PLTU adalah air dialirkan
ke daerator untuk dilepaskan gas O2, karena gas ini dapat
menimbulkan korosi. Dari daerator air akan menuju ke economizer untuk pamanasan
awal air sebelum menuju boiler. Dari economizer terus ke steam drum untuk
pemisahan fasa cair dan fasa gas. Fasa cair akan dipanaskan kembali ke boiler
sedangkan fasa gas akan menuju superheater untuk dijadikan uap tak jenuh. Dari
superheater steam akan digunakan untuk memutar high pressure turbin. Dari high
pressure turbin steam akan dipanaskan lagi di re-heater dan digunakan untuk
memutar intermediate pressure turbin dan low pressure turbine. Dari low
pressure turbine steam didinginkan di kondenser dan menjadi fasa cair lagi.
Dari kondenser diteruskan ke daerator, dan begitu seterusnya secara
berulang-ulang. Putaran dari turbin digunakan untuk menggerakkan generator.
Generator yang berputar akan menghasilkan medan magnet karena motor yang
berputar bersinggungan dengan kumparan yang ada di stator. Medan magnet ini
akan menjadi energi listrik. Dari generator energi listrik diteruskan ke
transformator untuk penguatan energi. Dari transformator listrik dialirkan ke
seluruh konsumen listrik.
2.
Pusat
Listrik Tenaga Air (PLTA)
Penggunaan
tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal
manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di
mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini
mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian
mendesak sudut-sudut turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air,
dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis, dan Kaplan. Karena tidak
menggunakan bahan baker, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini
dibarengi dengan biaya inbvestasi yang sangan tinggi untuk kontruksi pekarjaan
sipilnya. Bergantung pada ketersediaan sumber energi air, PLTA dapat berfungsi
untuk memikul beban puncak ataupun beban dasar. Sebagai sumber daya energi yang
dapat pulih, sumber potensi tenaga air sangat menarik untuk dikembangkan.
Tetapi pemanfaatannya secara luas sangan dibatasi oleh kondisi geografis
setempat dan permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari pusat beban. Dari 77
863 MW potensi tenaga air yang terbesar di seluruh Indonesia, sampai dengan
periode Pelita IV baru sekitar 2000 MW saja yang dimanfaatkan.
Komponen
– kompnen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. Dam berfungsi
untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air
yang cukup dan stabil. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir.
contoh waduk Jatiluhur yang berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume
efektif sebesar 2,6 miliar kubik.
Gambar
6 Proses Kerja PLTA
Turbin
berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan
memukul susu – sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini
di hubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis seperti turbin
Francis, Kaplan, Pelton, dll.
Generator
dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran
turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi
pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC.
Gambar
6.1 Generator dan Turbin PLTA
Travo
digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak balik (AC) agar listrik tidak
banyak terbuang saat dialirkan melalui transmisi. Travo yang digunakan adalah
travo step up.
Transmisi
berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri.
Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down.
Pembangkit
listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke
turbin setelah itu air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan
pumped-storage plant .
pumped-storage
plant memiliki dua penampungan yaitu:
- Waduk
Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan
langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.
- Waduk
cadangan (lower reservoir). Air yang keluar dari turbin ditampung di lower
reservoir sebelum dibuang disungai.
Pada
saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir
sehingga cadangan air pada Waduk utama tetap stabil.
3.
Pusat
Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Seperti
juga pada PLTD, PLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran
dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di
dalam ruang pemvbakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah
mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang
pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini
berfungsi sebagai fluida kerja yang memutar roda turbin bersudut yang terkopel
dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energi mekanis
menjadi energi listrik. Berbeda dengan pada PLTD, pada PLTG tidak terdapat
bagian mesin yang bergerak tranlasi (bolak-balik) karena itu ia merupakan mesin
yang bebas dari getaran. Meskipun temperature temperature turbin gas (1000 º C)
jauh lebih tinggi daripada temperature turbin uap (583º C), namun efisiensi
konvensi termalnya hanya mencapai 20%-30%. Karena biaya modal yang rendah,
serta biar\ya bahan baker yang tinggi, maka PLTG berfungsi memikul beban
puncak.
BAGIAN-BAGIAN UTAMA
Pembangkit listrik Tenaga Gas
terdiri atas beberapa bagian-bagian penting yang harus ada. Adapun
bagian-bagian dari Pembangkit Listrik Tenaga Gas adalah sebagai berikut :
1.
Natural Gas Line
Merupakan saluran masuknya udara alami dari
luar yang membantu proses pembakaran.
2.
Oil Storage
Merupakan tangki yang digunakan untuk
menampung bahan bakar.
3.
Air Intake
Merupakan saluran masuknya udara dari
atmosfer yang akan ditekan kedalam ruang pembakaran menggunakan kompressor.
4.
Compressor
Merupakan alat yang digunakan untuk menekan
udara yang masuk dari air intake menuju ke ruang pembakaran. Didalam kompressor
terjadi proses kompresi, yaitu menaikkan temperatur dan tekanan dari udara agar
terjadi proses pembakaran yang sempurna.
5.
Combustion Chambers
Merupakan tempat yang digunakan untuk proses
pembakaran. Bahan bakar dicampurkan dengan udara yang telah terkompresi dengan
temperatur dan tekanan yang sangat tinggi sehingga menghasilkan tenaga mekanik
untuk menggerakkan turbin.
6.
Turbin
Berfungsi
mengubah aliran air menjadi energi mekanik. Air yang jatuh akan mendorong
baling-baling sehingga menyebabkan turbin berputar. Putaran turbin dipengaruhi
oleh besarnya laju aliran air. Semakin besar laju aliran maka putaran turbin
semakin cepat dan bila laju aliran kecil maka putaran turbin akan lambat.
Perputaran turbin ini dihubungkan ke generator. Turbin air kebanyakan bentuknya
seperti kincir angin.
7.
Generator
Generator listrik
adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis.
Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri
dari besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga
membentuk pasangan kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus
eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor
terletak satu poros dengan turbin dan dihubungkan melalui gigi-gigi putar,
sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Generator
selanjutnya merubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di
kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil" yang terletak di
stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik.
Agar generator
bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
1.
Putaran. Putaran
dari generator dipengaruhi oleh putaran dari turbin.
2.
Kumparan. Banyak dan
besarnya kumparan dari stator akan mempengaruhi besarnya daya listrik yang
dihasilkan.
3.
Magnet. Magnet
dihasilkan dari putaran rotor.
8.
Transformator
Berfungsi untuk
mentransmisikan dan mengubah energi dari ukuran satu ke ukuran yang lain.
Transformator yang digunakan adalah transformator step up. Karena digunakan
untuk mengubah energi yang dihasilkan generator menjadi energi yang lebih besar
ukuranya.
9.
Jalur Transmisi
Berfungsi untuk
mengalirkan energi listrik dari PLTA menuju konsumen listrik yaitu rumah-rumah
dan pusat industri.
10. Exhaust
Merupakan saluran pembuangan udara-udara sisa
yang tidak terpakai lagi setelah digunakan untuk memutar turbin.
Gambar
7. Proses Pada PLTG
PRINSIP KERJA
Prinsip
kerja dari PLTG yaitu bahan bakar minyak yang akan digunakan ditampung pada
suatu kilang yang dinamakan oil storage. Dari oil storage bahan bakar akan
dialirkan menuju ke ruang pembakaan untuk proses pembakaran. Udara dari
atmosfer masuk ke dalam proses melalui air intake. Sebelum masuk ke ruang
pembakaran, udara dari atmosfer terlebih dahulu dilakukan proses kompresi oleh
alat yang dinamakan kompressor. Dengan adanya kompresi maka udara dari atmosfer
akan terjadi kenaikan temperatur dan tekanan agar proses pembakaran terjadi
dengan sempurna. Bahan bakar dan udara yang terkompresi bertemu di ruang
pembakaran dan terjadi proses pembakaran. Setelah proses pembakaran maka akan
dihasilkan energi meknik. Energi mekanik inilah yang akan digunakan untuk memutar
turbin. Putaran dari turbin digunakan untuk menggerakkan generator. Generator
yang berputar akan menghasilkan medan magnet karena motor yang berputar
bersinggungan dengan kumparan yang ada di stator. Medan magnet ini akan menjadi
energi listrik. Dari generator energi listrik diteruskan ke transformator untuk
penguatan energi. Dari transformator listrik dialirkan ke seluruh konsumen
listrik.
4.
Pusat
Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
Pada reactor air tekan (pressurized water reactor)
terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan
baker uranium-235 yang diperkaya dan tersususn dalam pipa-pipa berkelompok,
disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh,
maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan.
Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui
suatu generator uap yang tebuat dari baja. Generator uap menghasilkan uap yang
memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung
pada turbin uap PLTU.
Keuntungan
reactor air tekan yang mempunyai dua rangkaian ini terletak pada pemisahan
rangkaian pertama yang merupakan reactor radioaktif dari proses konversi turbin
uap yang berlangsung pada rangkaian kedua. Dengan demikian, uap yang masuk ke
dalam turbin dan kondensor merupakan uap bersih yang tidak tercemar radioaktif.
PLTN yang mempunyai biaya modal tinggi dan biaya bahan baker rendah itu
seyogyanya beroperasi untuk beban dasar (7000-8000 jam per tahun)
BAGIAN-BAGIAN UTAMA
Pembangkit
listrik Tenaga Gas terdiri atas beberapa bagian-bagian penting yang harus ada.
Adapun bagian-bagian dari Pembangkit Listrik Tenaga Gas adalah sebagai berikut
:
1.
Teras reactor
Merupakan tempat terjadinya reaksi-reaksi kimia dan
merupakan reaktor nuklir yang menghasilkan energi potensial untuk digunakan
memutar turbin.
2.
Turbin
Berfungsi mengubah aliran air
menjadi energi mekanik. Air yang jatuh akan mendorong baling-baling sehingga
menyebabkan turbin berputar. Putaran turbin dipengaruhi oleh besarnya laju
aliran air. Semakin besar laju aliran maka putaran turbin semakin cepat dan
bila laju aliran kecil maka putaran turbin akan lambat. Perputaran turbin ini
dihubungkan ke generator. Turbin air kebanyakan bentuknya seperti kincir angin.
3.
Generator
Generator listrik adalah
sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis.
Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri
dari besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga
membentuk pasangan kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus
eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor
terletak satu poros dengan turbin dan dihubungkan melalui gigi-gigi putar,
sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Generator
selanjutnya merubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di
kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil" yang terletak di
stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik.
Agar generator bisa
menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
1.
Putaran. Putaran
dari generator dipengaruhi oleh putaran dari turbin.
2.
Kumparan. Banyak dan
besarnya kumparan dari stator akan mempengaruhi besarnya daya listrik yang
dihasilkan.
3.
Magnet. Magnet
dihasilkan dari putaran rotor.
4.
Transformator
Berfungsi untuk
mentransmisikan dan mengubah energi dari ukuran satu ke ukuran yang lain.
Transformator yang digunakan adalah transformator step up. Karena digunakan
untuk mengubah energi yang dihasilkan generator menjadi energi yang lebih besar
ukuranya.
5.
Jalur Transmisi
Berfungsi untuk
mengalirkan energi listrik dari PLTA menuju konsumen listrik yaitu rumah-rumah
dan pusat industry.
6.
Kondenser
Merupakan pendinginan uap setelah uap melewati Low pressure turbin. Uap
yang dingin akan berubah menjadi fase cair dan dialirkan menuju ke reaktor
kembali.
Gambar
8. Proses pada PLTN
PRINSIP
KERJA
PLTN
berperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan
untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran bahan fosil, tetapi
dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam suatu
reaktor nuklir. tenaga panas tersebut digunakan untuk membangkitkan uap di
dalam sistem pembangkit uap ( Steam Generator) dan selanjutnya sama seperti
pada PLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbingenerator sebagai pembangkit
tenaga listrik. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan
secara terus menerus selama PLTN beroperasi.
Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap
atau debu yang mengandung logam berat yang dibuang ke lingkungan atau
melepaskan partikel yang berbahaya seperti CO2, SO2, NOx ke lingkungan,
sehingga PLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah
radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN adalah berupa elemen bakar
bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan
di lokasi PLTN sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.
Tabel
1.1 Susunan Kapasitas Terpasang Pembangkit PLN Menurut Jenisnya untuk Keadaan
Akhir Pelita (1988/89)
No
|
Jenis Pembangkit
|
Kapasitas Terpasang
|
(MW)
|
(%)
|
1.
|
PLTA
|
1989.4
|
25.6
|
2.
|
PLTD
|
1346.6
|
17.3
|
3.
|
PLTG
|
945.0
|
12.1
|
4.
|
PLTP
|
140.0
|
1.8
|
5.
|
PLTU : Batu Bara
|
1330.0
|
17.1
|
6.
|
PLTU : Minyak
|
2036.0
|
26.1
|
Total (MW)
|
7787.0
|
100
|
KONVERSI ENERGI ELEKTROMEKANIK
Konversi energy elektromekanik
adalah konversi energi dari bentuk mekanik ke listrik dan dari bentuk listrik
ke mekanik. Konversi energi tersebut berlangsung pada system tenaga melalui
peralatan elektromagnet yang disebut generator dan motor seperti gambar 5.
Gambar 9. Konversi Energi Elektromekanik
Pada
Gambar 5, Blok disebelah kiri menggambarkan system pembangkit. Melalui
generator sinkron tiga fasa yang menerima kopel dari poros turbin, sistem ini
berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik menjadi listrik.
Blok
di tengah menggambarkan bagian dari sistem tenaga yang mengirimkan energi
listrik dari sistem pembangkit menuju sistem beban. Untuk mengurangi rugi-rugi
panas, energi yang dikirim perlu dinaikkan tegangannya melalui transformataor
penaik tegangan. Dengan demikian, meskipun transformator bukan termasuk
peralatan konversi energi, namun merupakan alat pembantu elektromagnet yang
juga penting dalam sistem tenaga.
Blok
disebelah kanan menggambarkan sistem beban yang mengubah sebagian dari energi
listrik menjadi bentuk energi mekanik. Perubahan tersebut berlangsung dalam
mesin-mesin berputar yang disebut motor. Selain itu sebagian energi 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 untuk membagikan
tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah.
Generator
sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkanb tenaga listrik dengan
tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator, tegangan
tersebut dinaikkan menjadi 150-500 Kv. Saluran tegangan tinggi (STT)
menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; di sini tegangan ditirunkan
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 bebagai pusat-pusat
beban, tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah
220/380 V yang akhirnya diterima piuhak pemakai. Contoh saluran transmisi dan distribusi terlihat pada
Gambar 10.
Gambar 10. Saluran Transmisi dan Distribusi
Ada
tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listrik, yaitu :
Pembangkitan,
Penyaluran (transmisi) dan distribusi seperti pada gambar berikut :
Gambar 11. Transmisi dan Distribusi
Tegangan
sistem distribusi dapat dikelompokan menjadi 2 bagian besar, yaitu distribusi
primer (20kV) dan distribusi sekunder (380/220V). Jaringan distribusi 20kV
sering disebut Sistem Distribusi Tegangan Menengah dan jaringan distribusi
380/220V sering disebut jaringan distribusi sekunder atau disebut
Jaringan Tegangan Rendah 380/220V.
Tegangan
Transmisi.
·
Tegangan generator dinaikkan ke tingkat yang
dipakai untuk transmisi yaitu antara 11 kV d 765 kV.
·
Tegangan extra-tinggi (Extra High Voltage – EHV)
: 345 500 dan 765 kV.
·
Tegangan tinggi standar (High Voltage-HV
standard) :115kV, 138kV, dan 230kV
·
Untuk sistem distribusi, tegangan menengah yaitu
antara 2,4kV dan 69kV. Umumnya antara 120V dan 69kV dan untuk tegangan rendah
yaitu antara 120V sampai 600V
Komponen
Transmisi Listrik.
Saluran
transmisi Tenaga Listrik terdiri atas :
1.
konduktor.
2.
Isolator.
3.
Tiang Penyangga / Tower
1. Konduktor.
•
Kawat konduktor ini digunakan untuk menghantarkan
listrik yang ditransmisikan.
• Kawat konduktor untuk saluran transmisi tegangan tinggi
ini selalu tanpa pelindung/isolasi, hanya menggunakan isolasi udara.
•
Jenis Konduktor yang dipakai :
1.
Tembaga dengan konduktivitas 100% (cu 100%)
2.
Tembaga dengan konduktivitas 97,5% (cu 97,5%)
3.
Alumunium dengan konduktivitas 61% (Al 61%)
4.
Baja (steel)
•
Jenis yang sering dipakai adalah jenis alumunium dengan
campuran baja.
•
Jenis-jenis
penghantar Aluminium
Kawat tembaga mempunyai kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar
alumunium, karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Akan
tetapi juga mempunyai kelemahan yaitu untuk besaran tahanan yang sama,
tembaga lebih berat dan lebih mahal dari alumunium. Oleh karena itu
kawat penghantar alumunium telah mulai menggantikan kedudukan kawat tembaga. Untuk
memperbesar kuat tarik dari kawat alumunium, digunakan campuran
alumunium (alumunium alloy). Untuk saluran transmisi tegangan tinggi,
dimana jarak antara menara/tiang berjauhan, maka dibutuhkan kuat tarik
yang lebih tinggi, oleh karena itu digunakan kawat penghantar ACSR.
Kawat penghantar alumunium, terdiri dari berbagai jenis, dengan lambang
sebagai berikut :
1. AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhny terbuat dari alumunium.
Konduktor Jenis AAC
2. AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.
Konduktor Jenis AAAC
3. ACSR (Alumunium Conductor, Steel-Reinforced), yaitu kawat penghantar
alumunium berinti kawat baja.
Konduktor Jenis ACSR
4. ACAR (Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced), yaitu kawat penghantar
alumunium yang diperkuat dengan logam campuran.
Jenis yang sering digunakan adalah ACSR.
Gambar
13. Isolator
•
Isolator pada sistem transmisi tenaga listrik disni
berfungsi untuk penahan bagian konduktor terhadap ground. Isolator disini
bisanya terbuat dari bahan porseline, tetapi bahan gelas dan bahan isolasi
sintetik juga sering digunakan disini. Bahan isolator harus memiiki resistansi
yang tinggi untuk melindungi kebocoran arus dan memiliki ketebalan yang
secukupnya (sesuai standar) untuk mencegah breakdown pada tekanan listrik
tegangan tinggi sebagai pertahanan fungsi isolasi tersebut. Kondisi nya harus
kuat terhadap goncangan apapun dan beban konduktor.
•
Jenis isolator yang sering digunakan pada saluran
transmisi adalah jenis porselin atau gelas.
Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator diklasifikasikan menjadi:
Ø
isolator jenis pasak
Ø
isolator jenis pos-saluran
Ø
isolator jenis gantung
•
Isolator jenis pasak dan isolator jenis pos-saluran
digunakan pada saluran transmisi dengan tagangan kerja relatif rendah (kurang
dari 22-33kV), sedangkan isolator jenis gantung dapat digandeng menjadi
rentengan rangkaian isolator yang jumlahnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan.
Infrastruktur
Transmisi listrik.
1.
Tiang Penyangga Saluran transmisi dapat berupa saluran
udara dan saluran bawah tanah, namun pada umumnya berupa saluran udara. Energi
listrik yang disalurkan lewat saluran tr ansmisi udara pada umumnyamenggunakan
kawat telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media antar isolasi antar
kawat penghantar.
Dan untuk menyanggah/merentangkan kawat penghantar dengan
ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan sekitarnya,
kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi bangunan yang
kokoh, yang biasa disebut menara/tower. Antar menra/tower listrik dan kawat penghantar disekat oleh isolator.
2.
Saluran Kabel bawah laut, ini merupakan saluran listrik
yang melewati medium bawah air (laut) karena transmisi antar pulau yang
jaraknya dipisahkan oleh lautan.
Konstruksi
Saluran Transmisi
Berdasarkan
pemasangannya saluran transmisi dibagi menjadi pemasangannya, dua kategori,
yaitu :
1.
Saluran Udara (Overhead Lines) saluran transmisi yang
menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator
antara menara atau tiang transmisi.
Gambar
14. Tower sebagai Saluran
Udara (Overhead Lines)
2.
Saluran kabel bawah tanah (underground cable), saluran
transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam
tanah.
Gambar
15. Saluran
kabel bawah tanah (underground cable)
3.
Saluran bawah Laut Saluran transmisi listrik yang di
bangun di dalam laut.
Gambar
16. Saluran
bawah Laut
3.
Jenis-Jenis Tower
Menurut bentuk konstruksinya
jenis-jenis tower dibagi atas macam 4yaitu:
a)
Lattice tower
b)
Tubular steel pole
c)
Concrete pole
d)
Wooden pole
Klasifikasi
Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan
Transmisi
tenaga listrik sebenarnya tidak hanya penyaluran energi listrik dengan menggunakan
tegangan tinggi dan melalui saluran udara (overhead line), namun transmisi
adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya,
yang besaran tegangannya adalah Tegangan Ultra Tinggi (UHV), Tegangan Ekstra
Tinggi (EHV), Tegangan Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan Tegangan
Rendah (LV). Sedangkan Transmisi Tegangan Tinggi adalah berfungsi menyalurkan
energi listrik dari satu substation (gardu) induk ke gardu induk lainnya.
Terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang (tower) melalui isolator,
dengan sistem tegangan tinggi. Standar tegangan tinggi yang berlaku diindonesia
adalah 30kV, 70kV dan 150kV. Ditinjau dari klasifikasi tegangannya, transmisi
listrik dibagi menjadi :
1.
Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET)
200kV-500kV.
Pada umumnya saluran transmisi di Indonesia
digunakan pada pembangkit dengan kapastas 500 kV. Dimana tujuannya adalah agar
drop tegangan dari penampang kawat dapat direduksi secara maksimal, sehingga
diperoleh operasional yang efektif dan efisien. Akan tetapi terdapat
permasalahan mendasar dalam pembangunan SUTET ialah konstruksi tiang (tower)
yang besar dan tinggi, memerlukan tanah yang luas, memerlukan isolator yang banyak,
sehingga memerlukan biaya besar. Masalah lain yang timbul dalam pembangunan
SUTET adalah masalah sosial, yang akhirnya berdampak pada masalah pembiayaan.
2.
Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30kV-150kV
Pada saluran transmisi ini memiliki tegangan
operasi antara 30kV sampai 150kV. Konfigurasi jaringan pada umumnya single atau
doble sirkuit, dimana 1sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4 kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar
netralnya diganti 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 konductor. Jarak terjauh yang paling efektif dari saluran transmisi ini
ialah 100km. Jika jarak transmisi lebih dari 100 km maka tegangan jatuh (drop
voltaje) terlalu besar, sehingga tegangan diujung transmisi menjadi rendah.
3.
Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 30kV-150kV
Saluran transmisi ini menggunakan kabel bawah
tanah, dengan alasan beberapa pertimbangan :
a. ditengah kota besar tidak memungkinkan dipasang SUTT,
karena sangat sulit mendapatkan tanah untuk tapak tower.
b. Untuk Ruang Bebas juga sangat sulit dan pasti timbul
protes dari masyarakat, karena padat bangunan dan banyak gedung-gedung tinggi.
c.
Pertimbangan keamanan dan estetika.
d.
Adanya permintaan dan pertumbuhan beban yang sangat
tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik
dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.
William.D.Stevenson, Analisis Sistem
Tenaga Listrik, Edisi 4
Aslimeri,dkk, Teknik Transmisi
Tenaga Listrik Jilid 2
terima kasih bg,salam kenal "anak setrum"
BalasHapusSelamat siang, maaf kalo mau tanya diluar topik. Apakah arus netral akibat ketidakseimbangan beban dapat mempengaruhi tegangan? Terimakasih.. Mohon bantuannya :)
BalasHapus