Bab 1P e n d a h u l u a n

1.1. Arti Teknik Tenaga ListrikTeknik Tenaga Listrik terdiri dari 3 kata yang membentuk 1 pengertian. 3 Kata itu dapat diartikan sebagai berikut:

a) Teknik adalah pengetahuan dan kepandaian membuat sesuatu yang berkenaan dengan hasil industri (bangunan, mesin); pengetahuan yang dimaksudkan adalah pengetahuan terapan atau teknologi.

b) Tenaga adalah padanan kata energi yang berarti ukuran kemampuan untuk melakukan usaha, gerak maupun kerja.

c) Listrik adalah gejala-gejala yang diakibatkan oleh adanya elektron, sesuatu yang memiliki elektron pastilah memiliki muatan listrik

Sehingga Teknik Tenaga Listrik dapat diartikan sebagai cabang ilmu teknik (teknologi) yang mempelajari tentang hal-ihwal tenaga (energi) yang ditimbulkan oleh elektron diam maupun bergerak. Dengan demikian obyek materia dari Teknik Tenaga Listrik adalah elektron; sedangkan obyek forma adalah elektron sebagai pembawa tenaga (energi).

Sebelum 1980-an disiplin ilmu teknik tenaga listrik disebut sebagai teknik arus kuat. Sebutan ini muncul karena arus listrik yang mengalir dalam peralatan maupun sistem tenaga listrik adalah arus yang besar-besar sampai skala ribuan ampere. Sebagai pembanding pada teknik arus lemah (Elektronika, Komputer, Telekomunikasi dan Kendali) arus yang mengalir adalah kecil-kecil dengan skala mili ampere bahkan mikro ampere.

1.2. Sejarah Singkat Tenaga ListrikSejarah tenaga listrik terkait erat pada 2 hal yaitu: sejarah tenaga / pemanfaatan energi, dan sejarah kelistrikan. Sehingga pembahasan menyangkut 2 hal tersebut.

1.2.1. Sejarah Pemanfaatan Tenaga Sejarah tenaga listrik melekat pada sejarah tenaga atau sejarah pemanfaatan tenaga. Sumber tenaga manusia pra-sejarah sudah barang tentu adalah: tanaman maupun hewan yang dimakannya untuk menjaga kekuatan maupun kesehatannya, sehingga dia dapat tetap hidup (survival). Untuk keperluan survival itu juga, manusia menggunakan kayu untuk memasak dan memanaskan suhu agar tidak kedinginan, selanjutnya pada jaman awal sejarah kayu mulai digunakan untuk keperluan pertukangan. Setelah tahu memanfaatkan kayu sebagai sumber tenaga, manusia mulai memanfaatkan angin untuk berpindah tempat menggunakan perahu-perahu layar. Selanjutnya, manusia mulai menggunakan tenaga air untuk keperluan penggilingan maupun pertukangan. Awal abad 13 manusia mulai memanfaatkan batubara untuk memasak dan pemanasan. Diperlukan sekitar 5 abad untuk memperluas pemanfaatan batubara menjadi penggerak mesin uap (James Watt), dan pada awal abad 19 batubara – mesin uap digunakan untuk penggerak alat transport. Mesin uap James Watt

Bab 1 : Pendahuluan

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa/i diharapkan mampu:menjelaskan arti teknik tenaga listrik

menjelaskan sejarah teknik tenaga listrikmenjelaskan keunggulan tenaga listrik

menjelaskan model sistem tenaga listrik

1

merupakan tonggak bersejarah dan dianggap sebagai pemicu revolusi industri. Sebagai ilustrasi Gambar 1.1, menampakkan batubara-James Watt-Mesin Uap.

Gambar 1.1: Batubara – James Watt – Mesin Uap

Setelah batubara, sejak awal abad 19, manusia mulai memanfaatkan minyak bumi untuk keperluan pemanasan, penerangan, dan puluhan tahun kemudian untuk memasak.

Sampai akhir abad 19, manusia belum memanfaatkan tenaga listrik untuk keperluan memasak, penerangan, angkutan/transportasi, pertukangan dan lain-lainnya. Artinya belum ditemukan alat konversi tenaga alamiah (kayu, angin, batubara, minyak, dlsb.) menjadi tenaga listrik. Tenaga listrik mulai dimanfaatkan pada akhir abad 19, terutama untuk penerangan dan kemudian untuk menggerakkan motor listrik bagi industri.

Awal abad 20, batubara, minyak dan gas bumi mulai banyak dipakai untuk pembangkitan tenaga listrik. Juga tenaga air dan panas bumi mulai dibangkitkan menjadi tenaga listrik. Pertengahan abad 20 mulai dikenal pemanfaatan tenaga nuklir untuk pembangkitan tenaga listrik. Dengan menipisnya sumber daya energi fosil (minyak dan gas bumi), di akhir-akhir abad 20, sekitar 1970-an mulai dikembangkan sumber daya energi terbarukan seperti : surya, angin, ombak untuk dimanfaatkan sebagai sumber tenaga listrik. Namun sumber daya energi terbarukan sampai saat ini belum cukup murah untuk digunakan secara global.

1.2.2. Sejarah KelistrikanPengetahuan manusia tentang tenaga listrik dimulai pada jaman Yunani kuno, 600 SM. Filsuf bernama Thales telah mengetahui dan mencatat tentang sejenis batuan, bernama batu ambar yang bila digosok akan memiliki kemampuan menarik benda-benda ringan di sekitarnya. Batu ambar tersebut oleh orang Yunani diberi nama elektron.

Selama sekitar 2200 tahun, dari tahun 600 SM – 1600, pengetahuan kelistrikan manusia belum sistematis-obyektif, belum mendalam, sehingga belum dapat dikatakan sebagai pengetahuan ilmiah, melainkan barulah sampai tingkatan pengetahuan biasa. Tepat tahun 1600 terbitlah buku berjudul De Magnete yang merupakan tonggak pengetahuan ilmiah manusia tentang kelistrikan dan kemagnetan. Buku itu ditulis oleh William Gilbert, seorang dokter pribadi Ratu Elizabeth dari Inggris. William Gilbert telah merancang dan membuat alat yang dia namakan Versorium, yaitu suatu alat pendeteksi kehadiran muatan listrik statik. Dia juga orang pertama yang dapat membedakan gejala kemagnetan dan listrik statik, selain itu dia jugalah yang memanfapkan penggunaan istilah kelistrikan (electricity)

1827 Atau sekitar 200 tahun setelah itu, George Ohm berhasil merumuskan hubungan arus listrik dengan beda potensial pada suatu konduktor. 4 Tahun kemudian, 1831 Michael Farraday menemukan induksi elektromagnetik yang nantinya menjadi dasar pembuatan peralatan-peralatan Generator, Transformator dan Motor Listrik. Berselang 42 tahun kemudian, pada tahun 1873, James Clerk Maxwell mempublikasikan temuan teoritisnya tentang teori gabungan antara kelistrikan dan kemagnetan.

1882 Merupakan tahun bersejarah karena pada tahun itu sistem tenaga listrik (pembangkitan-transmisi-distribusi-beban) pertama kali digunakan; Januari mulai digunakan di London-Inggris,

Bab 1 : Pendahuluan 2

September di New York-Amerika. Pembangkit yang digunakan adalah suatu generator arus searah yang digerakkan oleh motor bakar, transmisi dan distribusi menggunakan sistem arus searah (DC – Direct Current). Tenaga listrik saat itu untuk penerangan ruangan menggunakan lampu pijar temuan Thomas Alva Edison. Di Amerika, Thomas Alva Edison membangun sistem tenaga listrik arus searah 110 V untuk memenuhi kebutuhan 59 pelanggan di Manhattan, New-York.

5 Tahun kemudian, 1887, Nicola Tesla menemukan dan mendapat beberapa hak paten, salah satunya tentang arus bolak-balik (ABB). ABB itu, berhasil memperbaiki sistem tenaga listrik yang dibangun oleh Thomas Alva Edison, karena lebih unggul dalam efisiensi distribusi daya listrik. Sehingga, ABB memungkinkan pengiriman daya yang lebih jauh. Nicola Tesla juga membuat motor-motor induksi dan sistem polifasa; sedangkan Edison mengembangkan telegraf serta mengembangkan bisnis kelistrikan dan berhasil mendirikan perusahaan yang bernama General Electric.

1.3. Keunggulan Tenaga ListrikKeunggulan tenaga listrik dibanding sumber tenaga lainnya adalah:

1. Tidak berbau, misalnya: bandingkan dengan sumber tenaga kimiawi2. Mudah diubah menjadi bentuk tenaga lainnya, misalnya: betapa mudahnya merubah listrik

menjadi cahaya, dibanding tenaga air menjadi cahaya3. Kerapatan energi yang tinggi sehingga dapat disalurkan melalui kabel yang relatip kecil4. Tidak menimbulkan pencemaran udara, misalnya bandingkan tenaga mekanik yang dihasilkan

oleh motor bakar dengan motor listrik5. Dapat diperoleh dari berbagai sumber energi primer: air, batubara, gas bumi, minyak bumi,

panas bumi, ombak, angin, dlsb.6. Mudah diatur, bandingkan penghentian aliran listrik dengan penghentian aliran air7. Relatif lebih murah

Oleh karena keunggulan-keunggulan itulah kehidupan manusia modern sudah sangat tergantung pada tenaga listrik. Reaksi konsumen terhadap peristiwa pemadaman listrik secara bergiliran oleh PLN, sudah membuktikan bagaimana pentingnya tenaga listrik bagi kehidupan kita. Tanpa listrik tampaknya kehidupan terhenti, atau setidak-tidaknya menjadi lebih lambat majunya.

1.4. Model Sistem Tenaga ListrikSecara umum sistem tenaga listrik (STL) dapat dibagi atas 4 bagian besar / sub-sistem:

1. Pembangkitan / Konversi, yaitu sub-sistem yang merubah sumber daya alam / sumber energi primer menjadi tenaga listrik, misalnya: PLTA, PLTP, PLTD, PLTU, PLTGU, dlsb. Bagian ini biasanya memiliki tegangan kerja 220 V – 32 kV.

2. Transmisi, yaitu sub-sistem pengiriman tenaga listrik dari pusat pembangkit ke gardu-gardu induk transmisi, bagian ini ditandai oleh tegangan kerja yang tinggi, misalnya: 70 kV, 150 kV, 500 kV, dst.

3. Distribusi, yaitu sub-sistem pembagian tenaga listrik ke konsumen, bagian ini ditandai oleh tegangan kerja yang relatip rendah misalnya: 20 kV, 220 V (Indonesia), 110 V (Amerika Serikat).

4. Beban, yaitu sub-sistem yang menggunakan listrik untuk keperluan hidupnya, produksi, pelayanan dlsb. Beban listrik umumnya memiliki tegangan rendah sampai menengah 110 V, 220 V, 20 kV.

Pembagian ini tidaklah kaku, karena dapat saja suatu STL tidak didapati sub-sistem transmisi maupun distribusi; misalnya di suatu Industri yang menggunakan tenaga listrik bukan dari jaringan PLN, melainkan menggunakan sub-sistem pembangkit sendiri.

Gambar model STL, dapat dilihat pada gambar 1.2., tampak bahwa sub-sistem distribusi dan beban disatukan. Gambar itu adalah model STL yang amat sederhana, karena elemen-elemen sistem hanya digambarkan turbin-generator-trafo penaik-kawat transmisi-trafo penaik-jaringan distribusi-beban, masing-masing 1 unit. Sedangkan pada kenyataannya lebih rumit dari itu, karena terpasang lebih dari 1 unit untuk masing-masing komponen. STL yang cukup mewakili aslinya adalah gambar 1.3

Bab 1 : Pendahuluan 3

Gambar 1.2: Model STL Sederhana Sumber: Zuhal,Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya,PT. Gramedia PU, 1993

Gambar 1.3 menyatakan model STL Minahasa pada tahun 2007. STL Minahasa terdiri dari 40 unit pembangkit, 14 unit saluran transmisi, 25 unit transformator penaik, 23 unit transformator penurun, dan ribuan beban. Beban tersebut terbagi atas 5 kelompok besar yaitu: Rumah Tangga, Industri, Publik, Sosial dan Bisnis.

1.5 RangkumanTeknik Tenaga Listrik dapat diartikan sebagai cabang ilmu teknik (teknologi) yang mempelajari tentang hal-ihwal tenaga (energi) yang ditimbulkan oleh elektron diam maupun bergerak. Thales (600 SM) tercatat sebagai pengamat dan penulis pertama yang melaporkan fenomena elektron; yang kemudian disistematisir oleh William Gilbert (1600) dan selanjutnya dikembangkan oleh George Simon Ohm, Michael Faraday, Thomas Alva Edison dan Nicola Tesla. Nicola Tesla adalah penemu arus bolak-balik.

Dalam perkembangannya tenaga listrik menjadi penting karena memiliki keunggulan-keunggulan: tidak berbau, mudah diubah ujudnya, memiliki kerapatan energi yang tinggi, tidak mencemari udara/ramah lingkungan, dapat diperoleh dari berbagai sumber daya alam / sumber energi primer, dan mudah diatur, seta lebih murah.

Sistem tenaga listrik (STL) terbagi atas 4 bagian besar yaitu: Pembangkitan, Transmisi, Distribusi dan Beban. Walau demikian pembagian ini tidaklah mutlak, karena mungkin saja suatu STL hanya terdiri dari Pembangkitan dan Beban. STL yang besar dapat terdiri dari ratusan bahkan ribuan pembangkit, ratusan transmisi, distribusi dan milyaran beban.

Bab 1 : Pendahuluan 4

Gambar 1.3: Model STL Minahasa Juni 2007Sumber : PT. PLN (Persero) Suluttenggo, APPB Beban Minahasa, Tomohon, 2007

Bab 1 : Pendahuluan 5

1.6. Latihan Soal1. Apakah peralatan komputer pribadi (personal computer) menjadi bidang kajian teknik tenga listrik ?

Jawab:Peralatan komputer pribadi yang umum digunakan memerlukan daya sekitar 100 – 150 [VA], sehingga pada sistem tegangan 220 [V], komputer tersebut memerlukan arus sekitar 0,45 – 0.68 [A]. Berdasarkan itu, peralatan itu dapat dijadikan kajian teknik tenaga listrik. Namun yang dikaji adalah komputer pribadi sebagai satu kesatuan beban listrik. Sedangkan, komponen-komponen didalamnya diluar bidang kajian teknik tenaga listrik, melainkan bidang kajian teknik elektronika dan teknik komputer.

2. Untuk mendapatkan cahaya penerangan kita dapat menggunakan sumber tenaga dari minyak tanah menggunakan lampu botol, atau dapat juga menggunakan lampu neon. Bandingkan manakah yang lebih baik ?

Jawab:Jelas lebih baik menggunakan lampu neon karena: (a) lampu botol cahayanya tidak stabil, (b) untuk menyalakan lampu botol lebih sulit dibanding menekan saklar lampu neon, (c) untuk daya penerangan yang sama, lampu botol memerlukan biaya yang lebih tinggi, (d) lampu botol menghasilkan gas-gas (asap hitam) yang mencemari lingkungan.

3. Apakah perbedaan utama antara penemuan Thomas Alva Edison dengan Nikola Tesla ?Jawab:Thomas Alva Edison menemukan sistem tenaga listrik arus searah, sedangkan Nikola Tesla menemukan sistem tenaga listrik arus bolak-balik.

4. Berdasarkan gambar 1.3, apa sajakah jenis-jenis pembangkit yang digunakan dalam STL Minahasa ?

Jawab:Pembangkit listrik tenaga disel (PLTD), tenaga air (PLTA), tenaga panas bumi (PLTP)

1.7. Tes Formatif1. Jelaskan secara singkat 4 bagian ilmu teknik tenaga listrik !2. Gambarkan model sederhana sistem tenaga listrik

Daftar Pustaka1. Alwi, H., et al., Kamus Besar Bahasa Indonesia,

Departemen Pendidikan Nasional, Penerbit Balai Pustaka, Jakarta, 20032. N.N., Statistik 2005,

PT. PLN (Persero) Suluttenggo, Manado, 20073. NN., History of Electrical Engineering,

www.wikipedia.org4. N.N., Gambar Sistem Tenaga Listrik Minahasa

PT. PLN (Persero) Suluttenggo, APPB Minahasa, Tomohon, 20075. Kadir, A., Pengantar Teknik Tenaga Listrik, ed. 3,

LP3ES, Jakarta, 19866. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya,

PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 19937. Wospakrik, H.J., Dari Atomos Hingga Quark,

Penerbit Universitas Atma Jaya, Jakarta

Bab 1 : Pendahuluan 6