paper ast p1

Laboratorium Simulasi Sistem Tenaga Listrik.B 103

PERFORMA PADA SALURAN TRANSMISI

Kelompok Merlin Gerin, Laboratorium Simulasi Sistem Tenaga ListrikJurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri., ITS Surabaya

Abstrak - Untuk keperluan penyediaan tenaga listrik bagi para pelanggan, diperlukan berbagai peralatan listrik. Berbagai peralatan listrik ini dihubungkan satu sama lain mempunyai inter relasi dan secara keseluruhan membentuk suatu system tenaga listrik. Yang dimaksud dengan Sistem Tenaga Listrik di sini adalah sekumpulan Pusat Listrik dan Gardu Induk (Pusat Beban) yang satu sama lain dihubungkan oleh Jaringan Transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi. Paper ini membahas tentang salah satu percobaan pada praktikum simulasi system tenaga lsitrik,yakni tentang transmisi. Dalam paper ini akan membahas mengenai klasifikasi saluran transmisi dalam sistem tenaga.

Kata Kunci: Transmisi,Interkoneksi

1. PENDAHULUAN

Tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Biasanya mereka, terletak jauh dari pusat-pusat beban terdiri dari beban rumah tangga, komersil, dan industri. Karenanya listrik didistribusikan melalui sistem transmisi dan distribusi ke pusat-pusat beban tersebut.

Keseluruhan proses pembangkitan, transmisi dan distribusi ke pusat-pusat beban kita sebut sebagai Sistem Tenaga Listrik (STL). Secara umum dapat dijabarkan menjadi sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Gambar 1.2 . menunjukkan secara diagram STL di sistem interkoneksi jawa bali. Besaran listrik dimasing-masing subsistem hanya sekedar ilustrasi, pada sistem sesungguhnya mungkin berbeda.

Gambar 1.1: Diagram system tenaga listrik

Sistem transmisi berfugsi menyalurkan tenaga listrik dari pusat pembangkit ke pusat beban melalui saluran transmisi, karena adakalanya pembangkit tenaga listrik dibagun ditempat yang jauh dari pusat-pusat beban (load centres).

Tegangan generator pada umumnya rendah antara 6 kV sampai 24 kV, maka tegangan ini biasanya dinaikan dengan pertolongan transformator daya ke tingkat tegangan yang lebih tinggi antara 30 kV sampai 500 kV (dibeberapa negara maju bahkan sudah sampai 1000 kV).

Tingkat tegangan yang lebih tinggi ini, selain untuk memperbesar daya hantar dari saluran yang berbanding lurus dengan kuadrat tegangan, juga memperkecil rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada saluran.

Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi pertama-pertama dilakukan pada gardu induk (GI), dimana tegangan diturunkan ke tegangan yang lebih rendah, misalnya dari 500 kV ke 150 kV atau dari 150 kV ke 70 kV. Kemudian penurunan kedua dilakukan pada gardu induk distribusi dari 150 kV ke 20 kV atau dari 70 kV ke 20 kV. Tegangan 20 kV ini disebut tegangan distribusi primer.

Ada dua kategori saluran transmisi , saluran udara (overhead lines) dan saluran kabel tanah (underground cable). Untuk saluran udara menyalurkan tenaga listrik melalui isolator-isolator, sedangkan saluran kabel tanah menalurkan tenaga listrik melalui kabel-kabel yang ditanam dibawah permukaan tanah. Kedua cara penyaluran diatas mempunyai untung dan ruginya. Dibandingkan dengan saluran udara, saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, taufan, hujan angin, bahaya petir. Lagi pula saluran bawah tanah lebih estetis karena tidak mengganggu pandangan. Karena itu saluran bawah tanah banyak digunakan di kota-kota besar. Namun biaya pembangunannya cukup mahal dibandingkan dengan saluran udara, dan

Semester Genap 2010-2011


perbaikannya lebih sukar bila terjadi gangguan hubungan singkat.

1. Saluran Transmisi AC atau DC

Menurut jenisnya dikenal sistem arus bolak-balik (AC = Alternating Current) dan sistem (DC = Direct current). Didalam sistem AC penaikan dan penurunan tegangan mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transformator. Sistem AC terdiri dari satu fasa dan tiga fasa. Sistem tiga fasa mempunyai kelebihan dibandingkan sistem satu fasa karena,a. Daya yang disalurkan lebih besarb. Nilai sesaat (instantaneous value) konstan

Terkait dengan keuntungan-keuntungannya, hampir seluruh penyaluran tenaga listrik di dunia dilakukan dengan arus bolak-balik. Namun , sejak bebrapa tahun terakhir ini penyaluran arus searah mulai dikembangkan di beberapa bagian dunia ini. Penyaluran DC mempunyai keuntungan seperti; isolasinya lebih sederhana, daya guna (effeciency) yang lebih tinggi dan faktor dayanya satu serta tidak adanya masalah stabilitas, sehingga dimungkinkan penyaluran jarak jauh, tetapi persoalan ekonominya masih harus diperhitungkan. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem DC baru dapat dianggap ekonomis (dapat bersaing dengan sistem AC) bila jarak saluran udara lebih jauh antara 400 sampai 600 km, atau untuk saluran bawah tanah lebih panjang dari 50 km. Ini disebabkan karena biaya peralatan pengubah dari AC ke DC dan sebaliknya (converter & inverter equipment) mahal.

2. TEGANGANN TRANSMISI

Untuk daya yang sama, maka daya guna penyaluran akan naik oleh karena rugi-rugi transmisi turun, apabila tegangan transmisi dinaikkan. Namun demikian, peningkatan tegangan transmisi berarti juga penaikan isolasi dan biaya peralatan GI. Oleh karena itu pemilihan tegangan transmisi dilakukan dengan memperhitungkan daya yang disalurkan, jumlah rangkaian, jarak penyaluran, keandalan (reliability).

2. Subsistem Transmisi

Fungsi dari generator di subsistem pembangkitan hanya sebatas mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Agar lebih

bermanfaat maka energi tersebut harus didistribusikan kepada pelanggan-pelanggan melalui jalur transmisi. Hal ini memungkinkan daya yang dihasilkan pada suatu lokasi pembangkit dapat digunakan setiap saat pada lokasi lain yang berjarak beribu kilometer jauhnya.

Pentransmisian energi listrik dalam jumlah yang sangat besar melalui jarak yang sangat jauh paling efisien dilakukan dengan cara meningkatkan tegangan dan mengurangi arus pada saat yang bersamaan. Hal ini perlu untuk memperkecil energi yang hilang menjadi panas di jalur transmisi, selain mengurangi biaya lain yang terkait dengan penurunan arus, seperti konstruksi tower dan biaya konduktor.

Untuk meningkatkan tegangan subsistem pembangkitan dengan tegangan menengah ke tegangan transmisi yang bertegangan tinggi digunakan transformator.Transformator dimaksud adalah transformator berjenis step up.

Ada beberapa pembatas tertentu dalam menggunakan sistem transmisi tegangan-tinggi. Semakin tinggi tegangan yang ditransmisikan maka semakin sulit dan mahal untuk mengisolasi dengan aman antar kawat saluran, juga antara kawat saluran ke tanah. Karena alasan itu pada sistem tegangan-tinggi umunmya dikurangi secara bertahap selama tegangan tersebut menuju ke daerah penggunaan akhir.

Pada sistem interkoneksi Jawa Bali digunakan tegangan transmisi sebesar150 kV dan 500 kV dan frekuensi 50Hz. Sebagai gambaran PLTA mrica yang menghasilkan tegangan pembangkitan sebesar 13,8 kV tegangannya dinaikkan ke tegangan transmisi 150kV. Dan PLTU Suralaya dengan tegangan pembangkitan sebesar 23 kV tegangannya dinaikkan ke tegangan transmisi sebesar 500 kV.

3. KLASIFIKASI UNTUK SALURAN TRANSMISI DALAM SISTEM TENAGA

Untuk merepresentasikan suatu saluran transmisi kedalam bentuk ekivalennya, tergantung dari panjang saluran serta ketelitian yang diinginkan.Menurut panjangnya dapat diklasifikasikan :

1. Saluran Transmisi Panjang (> 240 km)



Persamaan-persamaan umum yang menghubungkan tegangan dan arus pada saluran transmisi memperhitungkan juga fakta bahwa keempat parameter saluran transmisi yaitu R, L, C dan G sebenarnya tersebar merata sepanjang saluran. Khusus untuk saluran yang panjang yaitu lebih dari 240 km (150 mil) memerlukan perhitungan yang menggunakan konstanta yang tersebar jika diminta ketelitian yang tinggi meskipun untuk keperluan tertentu representasi dengan parameter terpusat dapat digunakan untuk saluran sampai sepanjang 320 km (200 mil).

2. Saluran Transmisi dengan jarak Menengah (80-240 km)

Untuk saluran transmisi menengah, dapat direpresentasikan dengan R dan L sebagai parameter terpusat, dengan setengah kapasitansi ke netral dari saluran terpusat pada masing-masing ujung dari rangkaian ekivalen.Kapasitansi pada saluran transmisi menengah dapat dipusatkan pada suatu titik sehinggan saluran menengah dibagi menjadi dua , yaitu :

Rangkaian Ekivalen TDiagram pengganti saluran menengah T dapat digambarkan sebagai berikut :

+

-

VS

+

-

VR

2

Z2

ZIRIS

Gambar 3.1: Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Menengah

Model Tdimana :VS = Tegangan pada ujung pengirim atau ujung generator.IS = Arus pada ujung pengirim atau ujung generatorVR = Tegangan pada ujung penerima.IR = Arus pada ujung penerima.

3. Saluran Transmisi Pendek (<80 Km)

Saluran transmisi pendek adalah saluran yang panjangnya kurang dari 80 km, admitansi kapasitasnya sangat kecil dan dapat diabaikan. Rangkaian ekivalen terlihat pada gambar 3, dimana Is dan Ir merupakan arus pada ujung

pengiriman dan ujung penerima, sedangkan Vs dan Vr adalah tegangan-tegangan saluran terhadap netral pada ujung pengiriman dan ujung penerimaan.

Rangkaian ini dapat diselesaikan seperti halnya dengan rangkaian AC seri yang sederhana. Karena tidak terdapat cabang paralel (shunt), arus pada ujung-ujung pengirim dan penerima akan sama besarnya.

Gambar 3.2: Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Pendek

Dimana Z adalah impedansi seri keseluruhan saluran. Pengaruh perubahan faktor daya dari beban terhadap regulasi tegangan (voltage regulation ) suatu saluran adalah paling mudah dimengerti untuk saluran pendek. Regulasi tegangan suatu saluran transmisi adalah kenaikan tegangan pada ujung penerima, dinyatakan dalam persentase tegangan beban penuh jika beban penuh dengan faktor daya tertentu dilepaskan sedangkan tegangan pada ujung pengirim dibuat tetap.

3. Subsistem Distribusi

Tenaga yang dihasilkan pembangkit dan telah ditransmisikan belum dapat secara langsung digunakan oleh konsumen. Pada sisi ini tegangan diturunkan dari tegangan transmisi 150kV maupun 500kV menjadi tegangan distribusi sebesar 20 kV. Proses penurunan tegangan menggunakan tranformator stepdown. Hal ini dilakukan di Gardu Induk. Selanjutnya tenaga listrik diturunkan kembali dari 20kV menjadi tegangan 380/220 Volt, untuk digunakan di tempat konsumen melalui transformator tiang.

Pada beberapa konsumen industri mungkin saja tidak menggunakan tegangan 380/220 Volt. Disini akan disediakan trasformator khusus untuk pelanggan industri. Hal ini karena beberapa mesin mereka menggunakan teganggan 6000 Volt misalnya.

Tenaga listrik dibeli dari perusahaan pembangkit listrik, masuk ke rumah – rumah



melalui sebuah meteran dan sambungkan ke suatu pusat beban. Pelayanan residensial dapat datang dari trafo tambahan baik yang terpasang pada pusat beban maupun yang ditanam dalam tanah.

4. PERCOBAAN

1. Langkah Percobaan

1. Susun Rangkaian seperti gambar 2.12. Dengan menggunakan “Bridging Plugs” , set

tegangan sisi sekunder dari trafo tiga phase sehingga Un = 10 %

3. Ukur tegangan antara dua konduktor terluar pada sisi kirim dan sisi terima, juga daya reaktif yang di konsumsi oleh salah satu phasa – phasanya :U1 = V, U2 = V,

ratio U2/ U1 = QC = Var4. Ubah panjang saluran menjadi 216 km dengan

menghubungkan “Bridging Plugs” seperti gambar 2.2 dan ulangi lagi pengukuran seperti diatasU1 = V, U2 = V,ratio U2/ U1 = QC = Var

5. Ubah panjang saluran menjadi 360 km dengan menghubungkan “Bridging Plugs” seperti gambar 2.3 dan ulangi lagi pengukuran seperti diatasU1 = V, U2 = V,ratio U2/ U1 = QC = Var

6. Set tegangan trafo tiga phasa pada Un = 10 %, Hilangkan hubungan “Bridging Plugs” kapasitansi dari model saluran transmisi (gambar 2.4). Ukur tegangan antara dua konduktor terluar pada sisi kirim dan sisi

7. terima, juga daya reaktif yang dikonsumsi oleh salah satu phasa :U1 = V, U2 = V,ratio U2/ U1 = QC = Var

8. Hubungkan lagi individual kapasitansi ke model saluran transmisi.

9. Hubungkan dua saluran (artificial) kapasitansi, kapasitansi pada saluran transmisi dipasang ganda

10. Ukur tegangan antara dua konduktor terluar pada sisi kirim dan sisi terima, juga daya reaktif yang dikonsumsi oleh salah satu phasa

phasanya (gambar 4.5) :U1 = V, U2 = V,ratio U2/ U1 = QC = Var

Gambar 4.1: Transmisi Pendek (40 %)

Gambar 4.2 : Transmisi Menengah (60 %)



Gambar 4.3: Transmisi Panjang (100 %)

Gambar 4.4: Model Transmisi dengan penambahan kapasitor

2. Data Percobaan

Unjuk Kerja Tanpa BebanTransmisi pendek

U1= 350 VQc= 25 VARU2= 210 V

Ratio U2/U1 = 0,6

Transmisi MenengahU1= 350 VQc= 40 VARU2= 175 VRatio U2/U1 = 0,5

Transmisi PanjangU1= 350 VQc= 50 VARU2= 195 VRatio U2/U1 = 0,56

Transmisi dengan penambahan kapasistansiU1= 350 VQc= 80 VARU2= 215 VRatio U2/U1 = 0,61

Beban Ohm-Induktif dan Induktif Murni

Beban Ohm – Kapasitif dan Kapasitif Murni

Pelepasan Beban Resitif dengan C = 4 μFU1 = 350 V I1 = 0.64 A P1 = 5 WU2 = 455 V I2 =0,25 A Cos φ2 = 0,05 led



Q1= 120 Var

Percobaan Kompensasi Paralel

Kompensasi Seri

3. Analisa Percobaan

Unjuk Kerja Tanpa Beban

Dari data pada percobaan diatas dapat dilihat bahwa ratio U2/U1 memiliki nilai yang berbeda beda. Semakin panjang saluran transmisi maka semakin besar nilai ratio U2/U1 dan daya reaktif yang dibutuhkan juga semakin besar. Sedangkan penambahan kapasistansi menyebabkan tegangan pada sisi terima (U2) menjadi naik daripada sebelumnya sehingga ratio U2/U1 juga ikut naik. Hal ini disebabkan karena kapasitor mempunyai kemampuan meyimpan muatan listrik.

Gambar 4.5: Kurva perbandingan nilai pada tiap jenis transmisi

Performa Karakteristik Beban Ohm-Induktif dan Induktif Murni

Dari data percobaan diperoleh daya sisi terima (P2) sebesar :

Daya reaktif Q2 dapat dicari melalui rumus

Tan φ =

Dari hasil percobaan diperoleh sebagian data nilai sebagai berikut:

Gambar 4.6: Kurva perbandingan untuk L= 1.2 H

Gambar 4.7: Kurva perbandingan untuk L= 1.0 H

Dari data percobaan Performa Karakteristik Beban Ohm-Induktif dan Induktif Murni di atas, Arus pada sisi terima I2 nilainya lebih tinggi dari pada arus pada sisi kirim I1. Hal ini disebabkan oleh sifat Induktor yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan arus, sehingga arus pada sisi terima menjadi naik. Sedangkan untuk nilai daya, baik daya real P2 maupun daya reaktif Q2 nilainya juga meningkat. Semakin besar nilai beban induktif L maka semakin besar nilai I2 pada



sisi terima. Sedangkan untuk nilai tegangan U2

nilainya lebih rendah daripada tegangan sisi kirim. Hal ini disebabkan adannya losses pada jaringan sehingga terjadi drop tegangan pada sisi terima akibat. Nilai Cos φ yang dihasilkan bersifat lagging karena beban yang bersifat Ohm-Induktif dan nilai cos φ ini akan semakin besar jika resistansi semakin kecil.

Performa Karakteristik Beban Ohm-kapasitif dan Kapasitf Murni

Dari hasil percobaan diperoleh sebagian data nilai sebagai berikut:

Gambar 4.8: Kurva perbandingan untuk nilai C = 2μF

Gambar 4.9: Kurva perbandingan untuk nilai C = 4μF

Dapat dilihat dari data pada percobaan Performa Karakteristik Beban Ohm-Kapasitif dan Kapasitif Murni diperoleh data bahwa beban yang bersifat kapasitif akan menyebabkan tegangan pada sisi terima (U2) menjadi lebih tinggi daripada tegangan sisi kirim (U1). Hal ini disebabkan karena kapasitor mempunyai kemampuan meyimpan tegangan. Jika resistansi diturunkan maka berdampak pada I2 yang semakin besar hal ini sesuai dengan hukum ohm dimana arus dan tahanan akan berbanding terbalik. Nilai Cos φ yang dihasilkan bersifat leading karena beban yang bersifat Ohm-kapasitif, dan nilai cos φ ini akan semakin besar jika resistansi semakin kecil.

Pelepasan Beban Resitif dengan C = 4 μFU1 = 350 V I1 = 0,64 A P1 = 5 WU2 = 455 V I2 = 0,25 A Cos φ2 = 0,05 ledQ1= 120 Va

Jika saat pelepasan beban resitif nilai tegangan pada sisi terima tetap lebih besar dari sisi kirimnya, karena kapasitornya yang sebagai penyimpan tegangan tetap terpasang. Untuk nilai arus I1 pun tetap lebih besar dari I2, sedangkan nilai dari daya P jauh menurun karena antara R dan P berbanding lurus, begitu juga untuk cos yang hampir mendekati 0.

Percobaan Kompensasi Pararel

Dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut:

Gambar 4.10: Kurva perbandingan untuk nilai L= 2.4 H dan C = 4μF

Gambar 4.11: Kurva perbandingan untuk nilai L= 1.2 H dan C = 8μF

Kompensasi yang dipasang pararel akan meningkatkan power factor yang dimiliki sistem. Apabila nilai R turun tetapi nilai L dan C tetap, maka power factor beban akan semakin baik. Jika resistansi diturunkan maka berdampak I2 yang semakin naik hal ini sesuai dengan hukum ohm dimana arus dan tahanan akan berbanding terbalik.



Percobaan Kompensasi Seri

Dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut:

Gambar 4.12: Kurva perbandingan pada percobaan kompensasi seri

Dari data pada percobaan Kompensasi Seri diatas terlihat bahwa dengan semakin bertambahnya nilai L dan R, maka daya reaktif yang pada sisi beban akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya. Selain itu dengan kompensasi seri, maka drop tegangan juga akan semakin kecil.

5. KESIMPULAN

1. Pengaruh induktansi (L) terhadap cosφ pada R = 22 ΩBila nilai inductor diperbesar maka cosφ akan semakin besar dengan kondisi lagging tetapi cosφ pada sisi terima tetap lebih kecil daripada sisi kirim.

2. Pengaruh kapasitansi (C) terhadap cosφ pada R = 22 ΩBila nilai capasitor diperkecil akan menyebabkan kenaikan nilai cosφ dengan kondisi leading tetapi nilai cosφ pada sisi terima tetap lebih kecil daripada sisi kirim.

3. Pengaruh induktansi (L) pada saluran transmisiSemakin panjang saluran transmisi cosφ pada sisi terima akan semakin kecil, hal ini berarti rugi – rugi pada saluran semakin besar.

4. Pengaruh panjang transmisi terhadap sistem transmisiSemakin panjang sistem transmisi yang dipakai maka rugi – rugi saluran akan semakin bertambah. Hal ini dikarenakan panjang saluran akan semakin besar sehinga komponen – komponen resistansi dan induktansi saluran akan semakin besar. Pada saluran transmisi menengah akan timbul kapasitansi antar fasa,

hal inipun akan menimbulkan rugi – rugi tersendiri. Pada saluran transmisi panjang akan timbul juga kapasitansi antara saluran dengan ground, hal ini akan dapat menimbulkan kenaikan tegangan pada sisi terima.

5. Pengaruh kompensasi seriDengan pemasangan kapasitor seri, reaktansi ekivalen berkurang, dengan demikian jatuh tegangan berkurang, jadi pengaturan tegangan lebih baik.

6. Pengaruh kompensasi pararelDengan pemasangan kapasitor pararel akan menyebabkan nilai cosφ menjadi lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Prof.Ir Hadi Sutrisno.”Penyaluran daya Listrik”.

[2]. Modul percobaan pratikum 5, power system simulation laboratory

[3]. Data percobaan pratikum 5, power system simulation laboratory

[4]. www.elektroindonesia.com


paper ast p1

Documents