pengenalan sistem tenaga listrik
DESCRIPTION
Pengenalan Sistem Tenaga ListrikTRANSCRIPT
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
DIKLAT OPERASI & PEMELIHARAAN SOFTWARE
APLIKASI EMS BERBASIS SINAUT SPECTRUM
PLN PUSDIKLAT/ /2010
JULI 2010
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
KATA PENGANTAR
(…diisi oleh Pusdiklat)
Februari 2010
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
1.1 TUJUAN OPERASI SISTEM TENAGA LISTRIK
Secara umum sistem tenaga listrik dapat dikatakan terdiri dari tiga
bagian utama, yaitu
– pembangkitan tenaga listrik,
– penyaluran tenaga listrik dan
– distribusi tenaga listrik.
Sistem tenaga listrik sering pula hanya disebut dengan sistem tenaga,
bahkan kadangkala cukup disebut dengan sistem. Penamaan suatu sistem
tenaga biasanya menggunakan daerah cakupan yang dilistriki, misalnya
Sistem Jawa Bali berarti sistem tenaga listrik yang mencakup Pulau Jawa,
Madura dan Bali. Bab ini akan memperkenalkan elemen-elemen dasar
sistem tenaga yang membentuk ketiga bagian tersebut. Elemen-elemen
dasar sistem tenaga adalah
– pembangkit tenaga listrik
– saluran transmisi
– gardu induk transmisi
– gardu induk distribusi
– jaringan distribusi.
TUJUAN OPERASITUJUAN OPERASI
EKONOMI
MUTUSEKURITI
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Gambar berikut ini menampilkan ilustrasi hubungan antara elemen-
elemen dasar sistem tenaga.
Gambar 1. Elemen-elemen sistem tenaga listrik
Gambar di atas merupakan penyederhanaan. Pada sistem tenaga yang
sesungguhnya dapat terdiri dari banyak pusat listrik, gardu induk, saluran
transmisi, gardu distribusi dan penyulang-penyulang distribusi yang
terhubung secara kompleks.
Tujuan operasi sistem tenaga listrik yaitu ekonomi, keandalan dan kualitas
seperti terlihat pada gambar-1.
Gambar 2. Tujuan Pengendalian Operasi Sistem Tenaga Listrik
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Ekonomi berarti listrik harus dioperasikan seekonomis mungkin, tetapi
dengan tetap memperhatikan keandalan dan kualitasnya.
Keandalan tenaga listrik adalah kekuatan sistem tenaga listrik dalam
menghadapai gangguan. Sedapat mungkin gangguan di pembangkit
maupun transmisi dapat diatasi tanpa mengakibatkan pemadaman di sisi
konsumen.
Sedang mutu tenaga listrik adalah kualitas tegangan dan frekuensi sesuai
dengan range yang diijinkan. Mutu tegangan adalah +5% hingga –5% untuk
sistem 500 kV dan +5% hingga –10% untuk sistem tegangan lainnya
(150kV, 70kV, 30kV).
Efisiensi produksi tenaga listrik diukur dari tingkat biaya yang digunakan
untuk membangkitkan tenaga listrik. Hal yang paling mudah dalam optimasi
biaya produksi tenaga listrik adalah dengan sistem merit order. Merit order
adalah suatu metoda dimana pembangkit dengan biaya yang paling murah
akan diprioritaskan untuk beroperasi dibandingkan dengan yang lebih
mahal, sampai beban tenaga listrik tercukupi.
Dalam operasi sistem tenaga listrik harus memenuhi kriteria tujuan operasi
mutu, ekonomis, sekuriti namun kondisi ini sulit untuk dipenuhi sehingga
prioritas/urutan bisa berubah tergantung kondisi sistem. Sebagai contoh,
dalam kondisi siaga tujuan ekonomi bisa menjadi prioritas terakhir dan yang
diutamakan adalah keandalan. Contoh lain dalam kondisi kualitas dan
keandalan terpenuhi maka ekonomi menjadi prioritas utama.
1.2 ENERGI PRIMER
Energi Primer adalah energi yang ‘disediakan’ langsung oleh alam
kemudian manusia memanfaatkannya secara langsung ataupun
mengkonversikannya ke dalam bentuk energi lain untuk berbagai keperluan.
Sepanjang sejarah umat manusia, kemajuan utama di dalam peradaban
diiringi dengan pertambahan laju pemakaian energi. Dewasa ini konsumsi
energi dikaitkan langsung dengan tingkat hidup masyarakat dan tingkat
industrialisasi suatu negara. Negara-negara yang memiliki pasokan energi
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
yang berlimpah menunjukkan laju perkembangan industri yang lebih tinggi
dan produk nasional bruto meningkat.. Ketersedian energi berbiaya rendah
telah menimbulkan pemanfaatan energi yang tidak efisien dan juga
menimbulkan kerusakan lingkungan. Masyarakat di negara-negara yang
sangat bergantung pada energi menjadi lebih memperhatikan keperluan
konversi dan konservasi energi seiring dengan perkembangan sumbe-
sumber energi baru. Adalah tanggung-jawab para ilmuwan, enjinir dan
teknisi ketenagaan untuk mencari, mengembangkan dan memanfaatkan
sumber-sumber energi untuk kepentingan umat manusia.
1.2.1 JENIS – JENIS ENERGI DAN SIFAT SIFATNYA
Ada dua jenis energi dasar yaitu energi transisional dan energi tersimpan.
Energi transisional adalah energi di dalam gerak. Energi tersimpan adalah
bentuk energi yang berupa masa, posisi substansi di dalam medan gaya
dan lain sebagainya. Bentuk energi tersimpan biasanya dengan mudah
dapat dirubah menjadi beberapa bentuk energi transisional.
Energi Mekanik
Di dalam kajian termodinamika, energi mekanik didefinisikan sebagai energi
yang dapat dipakai untuk mengangkat berat beban. Energi mekanik
merupakan energi yang sangat bermanfaat Energi mekanik dapat dengan
mudah dan efisien dirubah menjadi bentuk energi lain.
Usaha Bentuk transisional energi mekanik disebut usaha. Energi mekanik
yang tersimpan digabungkan dalam satu istilah energi yang umum, disebut
energi potensial. Energi mekanik secara luas didefinisikan sebagai energi
yang berhubungan dengan posisi suatu benda di dalam medan gaya.
Memakai definisi yang sangat umum, ada 5 anak kelompok energi
potensial, yaitu energi yang berhubungan dengan posisi benda di dalam
medan gravitasi (definisi termodinamika klasik untuk energi potensial),
energi suatu beban karena posisinya di dalam medan gaya inersia
(definisi termodinamika klasik untuk energi kinetik),
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
energi yang berhubungan dengan fluida yang dimampatkan,
energi yang berhubungan dengan posisi benda di dalam medan elastic-
strain, dan
energi yang berhubungan dengan posisi bahan feromagnetik di dalam
medan magnetik.
Dengan demikian energi mekanik tersimpan dapat muncul dalam bentuk
masa benda pada suatu ketinggian, roda-gila, gas yang dimampatkan, tarik-
menarik magnetik dari besi.
Energi Listrik
Energi listrik adalah kelompok energi yang berhubungan dengan aliran atau
kumulasi elektron. Bentuk energi ini biasanya dinyatakan dalam satuan
daya dan waktu seperti Wh, kwh atau mwh. Bentuk transisional dari enegi
listrik adalah aliran elektron melalui penghantar. Energi listrik dalam jumlah
besar dikirim pada jarak yang panjang menggunakan saluran transmisi
tegangan tinggi. Energi listrik dapat tersimpan sebagai energi medan
elektrostatik atau energi medan induktif. Energi medan elektrostatik adalah
energi yang berhubungan dengan akumulasi muatan elektron pada
lempenglempeng suatu kapasitor. Energi medan induktif yang juga disebut
medan elektromagnetik adalah energi yang berhubungan dengan energi
yang dihasilkan oleh aliran elektron yang melewati lilitan induksi.
Sebagaimana energi mekanik, energi listrik merupakan bentuk energi
Pelatihan Dispatching yang sangat bermanfaat karena dapat dengan mudah
dan efisien dirubah menjadi bentuk energi yang lain.
Energi Elektromagnetik
Energi elektromagnetik adalah bentuk energi yang berhubungan dengan
radiasi elektromagnetik. Energi radiasi biasanya dinyatakan dalam satuan
energi yang sangat kecil disebut electron volt (eV) atau juta electron volt
(MeV). Satuan energi ini juga sangat luas digunakan di dalam kajian
mengenai energi nuklir. Energi radiasi adalah bentuk energi murni karena
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
tidak ada masa yang berhubungan dengannya.. Energi elektromagnetik
merupakan satusatunya kelompok energi utama yang tidak dapat tersedia
dalam bentuk energi tersimpan. Energi ini adalah murni energi transisional
yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Radiasi Gamma dan sinar X
termasuk di dalam kelompok radiasi elektromagnetik.
Energi Kimia Energi kimia adalah energi yang dilepaskan sebagai hasil
interaksi dimana dua atau lebih atom dan atau molekul bergabung untuk
menghasilkan senyawa kimia yang lebih stabil. Energi kimia ada hanya
dalam bentuk energi tersimpan.
Energi Nuklir
Energi nuklir adalah kelompok energi utama lainnya yang tersedia hanya
dalam bentuk energi tersimpan. Inilah energi yang dilepaskan sebagai hasil
dari interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom dan dinyatakan dengan
satuan MeV. Ada 3 jenis reaksi nuklir yang umum yaitu peluruhan radioaktif,
fisi dan fusi. Proses peluruhan radioaktif adalah proses dimana hanya satu
inti tak-stabil suatu radio isotop secara acak meluruh menjadi suatu
konfigurasi yang lebih stabil dengan melepas partikel dan energi. Reaksi fisi
yang merupakan proses utama di dalam reaktor nuklir
terjadi jika inti bermasa berat menyerap neutron dan inti senyawa yang
dihasilkan terpisah menjadi dua atau lebih inti yang bermasa ringan dengan
melepaskan energi. Di dalam reaksi fusi, dua atom bermasa ringan
bergabung membentuk suatu konfigurasi yang lebih stabil dengan
melepaskan energi.
Energi Termal
Kelompok energi utama yang terakhir adalah energi termal, yaitu energi
yang terhubungan dengan vibrasi atom dan molekul. Energi Overview Sistem
Tenaga Listrik 5 termal adalah bentuk energi dasar. Semua bentuk energi
lainnya dapat dirubah menjadi energi termal tetapi perubahan energi termal
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
menjadi bentuk energi lainnya sangat terbatas. Yang membatasinya adalah
hukum ke dua termodinamika. Bentuk transisisional energi termal adalah
panas, yang biasanya dinyatakan dengan satuan joule, calori atau Btu.
1.3 PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
Pembangkit listrik memasok tenaga listrik ke sistem tenaga. Pembangkit
listrik terdiri dari generator dan penggerak mula. Penggerak mula berupa
mesin yang memutar poros generator. Tenaga listrik diperoleh dari
generator arus bolak-balik. Generator listrik menghasilkan tenaga listrik
dengan frekuensi tertentu. Generatorgenerator di sistem tenaga lisrik di
Indonesia menggunakan frekuensi 50 hertz. Kapasitas generator beragam,
dari beberapa ratus kW hingga lebih dari seribu MW.
Pembangkit listrik sering dikelompokkan berdasarkan jenis tenaga yang
dirubah menjadi tenaga listrik, yaitu
– tenaga panas (termal)
– tenaga air (hidro)
– tenaga nuklir.
Pembangkit listrik termal dapat dibagi berdasarkan sumber tenaga
Pelatihan dispatching 10 Overview Sistem Tenaga Listrik panas yang
dipakai yaitu
– berbahan-bakar fosil : batubara (coal), minyak bumi (oil)
dan gas alam (natural gas)
– tenaga panas-bumi (geothermal).
1.3.1 PENGGERAK MULA
Untuk menghasilkan tenaga listrik, poros generator diputar oleh mesin
penggerak yang disebut penggerak mula. Penggerak mula berupa mesin
yang merubah suatu bentuk energi menjadi energi mekanis. Energi mekanis
itu dipakai untuk memutar poros generator. Jenis penggerak mula
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
bermacam-macam, sesuai dengan sumber tenaga yang menghasilkan
gerak tersebut antara lain :
– mesin Diesel,
– turbin gas,
– turbin uap,
– turbin air,
– kincir angin.
1.3.2 PUSAT LISTRIK
Sekelompok pembangkit listrik yang sejenis pada satu lokasi membentuk
pusat listrik. Pemberian nama pusat listrik menurut jenis penggerak mula
yang digunakan, seperti
– Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
– Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
– Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
– Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)
– Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
Di samping itu ada pula pusat listrik yang diberi-nama menurut jenis energi
yang digunakan adalah
– Pusat Listrik Tenaga Panas-Bumi (PLTP)
– Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Secara logis kita akan berfikir bahwa tempat yang paling baik untuk
menempatkan pusat listrik adalah dekat dengan pemakai tenaga listrik.
Namun hal ini tidak selalu dapat dipenuhi karena beberapa alasan yang
dijumpai pada keadaan yang sesungguhnya, antara lain – pembangkit listrik
tenaga nuklir dan yang berbahan-bakar fosil memerlukan sumber air yang
besar untuk sistem pendinginannya. Hal ini hanya dapat dipenuhi dari laut,
danau atau sungai. Inilah alasan mengapa pembangkit listrik selalu dekat
dengan air.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
– pembangkit listrik memerlukan sumber air dengan perubahan elevasi atau
tinggi jatuh (head) yang cukup.
– pembangkit listrik tenaga panas bumi harus berada pada lokasi dimana
sumber tenaganya tersedia.
Tegangan keluaran generator bermacam-macam, biasanya 25 kV atau lebih
rendah.
1.3.3 PERAN PEMBANGKIT DALAM OPERASI SISTEM
Berdasarkan peran untuk memenuhi pasokan bagi sistem tenaga listrik, unit
pembangkit biasanya dapat dikategorikan sebagai salah satu dari tiga jenis
pembangkit yaitu pembangkit pemikul beban-dasar (baseload power plant),
pembangkit pemikul beban menengah (intermediate plant) atau pembangkit
pemikul beban puncak (peaking unit).
Pemikul Beban Dasar
Pembangkit dengan 5000 jam operasi rata-rata per tahun (capacity factor >
57 %) disebut pembangkit pemik ul beban-dasar. Pembangkit dalam
kategori ini memiliki daya keluaran besar, biaya kapital tinggi dan biaya
operasi rendah. Pembangkit tenaga nuklir dan pembangkit tenaga uap
berbahan-bakar batubara biasanya igunakan sebagai pemikul beban dasar.
Pemikul Beban Menengah
Pembangkit dengan jam operasi lebih besar dari 2000 jam per tahun dan
lebih kecil dari 5000 jam rata-rata pertahun (23%> capacity factor > 57 %)
disebut pembangkit pemikul beban menengah. Pembangkit combined
cycled, pembangkit berbahan-bakar minyak dan pembangkit tua yang
kurang efisien digunakan untuk pemikul beban menengah.
Pemikul Beban Puncak
Pembangkit pemikul beban puncak dioperasikan untuk memenuhi beban
pada waktu beban maksimum (beban puncak). Periode bebanpuncak tidak
selalu sama. Jam operasi pembangkit ini kurang dari 2000jam rata-rata per
tahun (capacity factor < 23 %), sehingga pembangkityang dipilih biasanya
yang berbiaya kapital rendah. Biaya operasi jenispembangkit ini biasanya
tinggi, menyebabkan biaya keseluruhan pembangkitan menjadi tinggi.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Pembangkit tenaga (turbin) gas, air, pumped-storage dan mesin Diesel
digunakan sebagai pemikulbeban puncak.
1.4 PENYALURAN TENAGA LISTRIK
Listrik yang dihasilkan pusat listrik dapat dikirimkan sejauh puluhan hingga
ratusan kilometer. Jika arus mengalir di dalam penghantar maka ada daya
yang hilang, artinya daya yang diterima di ujung penerima lebih kecil
daripada yang dikirim. Listrik yang hilang ketika disalurkan disebut rugi-rugi
(losses). Penyaluran tenaga listrik pada umumnya dilaksanakan melalui
saluran transmisi tegangan tinggi atau tegangan ekstra tinggi.Penggunaan
tegangan yang tinggi pada penyaluran tenaga listrik yang berjarak jauh
dapat mengurangi rugi- rugi.
1.4.1 TRANSFORMATOR TENAGA
Transformator tenaga digunakan di dalam sistem tenaga untuk
mentransformasikan tenaga listrik ke tegangan yang lain. Keberadaan
transformator sangat membantu penyaluran tenaga listrik. Transformator
penaik tegangan digunakan untuk menaikkan tegangan keluaran generator
ke tegangan transmisi yang diinginkan. Transformator penaik tegangan
yang tersambung pada generator disebut juga transformator-generator.
Tegangan transmisi di gardu induk penerima diturunkan dengan
transformator penurun tegangan ke tegangan yang diinginkan misalnya ke
tegangan subtransmisi atau tegangan distribusi. Transformator yang
menurunkan tegangan transmisi ke tegangan distribusi sering juga disebut
dengan transformator distribusi.
1.4.2 SALURAN TRANSMISI
Sistem penyaluran terbentuk dari saluran transmisi tegangan tinggi yang
digunakan untuk mengirimkan tenaga listrik dari pembangkit
listrik ke konsumen (beban). Saluran transmisi umumnya berupa
penghantar udara yang ditopang oleh menara (tower). Panjangnya
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
hingga ratusan kilometer. Ada pula yang berupa kabel yang ditanam di
tanah. Biasanya ini dilakukan terkait dengan estetika kota dan
keselamatan lingkungan di kota atau daerah pemukiman.
Pelatihan Dispatching
Saluran transmisi juga digunakan untuk menghubungkan antar sistem
tenaga sehingga pertukaran daya antar sistem dapat berlangsung jika
diperlukan.
Tegangan Ekstra Tinggi
Tegangan ekstra tinggi (TET) atau extra high voltage (EHV) adalah
tegangan transmisi di atas 230 kV. Sebagai contoh saluran udara yang
beroperasi pada tegangan 345 kV, 500 kV dan 765 kV adalah saluran
udara tegangan ekstra tinggi (SUTET).
Tegangan Ultra Tinggi
Saluran tegangan ultra tinggi (TUT) atau ultra high voltage (UHV)
adalah saluran transmisi yang menggunakan tegangan 800 kV atau
lebih tinggi.
Tegangan Tinggi Arus Searah
Selain tegangan arus bolak-balik di atas, beberapa sistem tenaga
menggunakan saluran transmisi tegangan tinggi arus searah atau high
voltage direct current (HVDC). Tegangan tinggi yang dipakai
mencapai 1000 kV.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
1.4.3 GARDU INDUK
- Gardu Induk Transmisi
Gardu induk transmisi merupakan fasilitas dimana saluran transmisi
berakhir atau terhubung dengan saluran transmisi lain. Gardu induk
transmisi memiliki peralatan untuk memisahkan sistem tenaga dan
untuk melepaskan peralatan yang terganggu atau peralatan yang akan
dipelihara dari sistem tenaga.
Tegangan perlu diturunkan sebelum sampai di konsumen. Oleh sebab
itu hampir semua gardu induk transmisi memiliki transformator tenaga
untuk menurunkan tegangan transmisi ke tegangan yang lebih rendah.
- Gardu Induk Switching
Gardu induk yang tidak memiliki transformator tenaga disebut gardu
induk switching, hanya memiliki peralatan yang diperlukan untuk
memisahkan saluran transmisi untuk pemeliharaan peralatan atau untuk
mengisolir daerah yang terganggu
1.5 DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK
1.5.1 GARDU DISTRIBUSI
Gardu distribusi memasok jaringan distribusi untuk memasok daya ke
beban. Gardu distribusi memiliki transformator tenaga yang menurunkan
tegangan transmisi ke tegangan distribusi. Kebanyakan sistem tenaga
mengoperasikan jaringan distribusi pada tegangan antara 4 kV dan 34,5 kV.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
1.5.2 JARINGAN DISTRIBUSI
Jaringan distribusi adalah tahap akhir dalam menyampaikan tenaga listrik
ke konsumen.
- Penyulang Distribusi
Gardu distribusi memasok rangkaian distribusi primer yang disebut
penyulang distribusi. Penyulang distribusi biasanya dipasok dengan
tegangan di antara 4 kV hingga 34,5 kV. Penyulang distribusi mengirimkan
tenaga listrik dari gardu distribusi mencapai konsumen. Penyulang distribusi
berupa kawat udara yang ditopang tiang-tiang atau kabel bawah tanah.
Tegangan yang digunakan konsumen rumah tangga adalah 120 V atau 240
V ( 220 V di Indonesia). Konsumen bisnis biasanya menggunakan 3 fasa
untuk daya yang lebih besar. Tegangan distribusi primer diturunkan dengan
transformator ke tegangan distribusi sekunder. Transformator ini dipasang
di atas tiang atau di atas tanah (pad-mounted) atau di bawah tanah.
1.6 BEBAN SISTEM
Beban sistem tenaga di dalam suatu daerah tergantung pada
kegiatankomersial, industri dan pemukiman yang juga dipengaruhi
olehkeadaan cuaca. Kegiatan-kegiatan khusus keagamaan dan sosial
jugamemberi pengaruh pada hari- hari tertentu.Pengetahuan mengenai sifat
beban dari kelompok pelanggan yangberagam tersebut akan sangat
membantu dalam proses prakiraan bebansistem tenaga. Beban sistem
tenaga terdiri dari beberapa kelompokpelanggan. Tiap kelompok pelanggan
memiliki sifat-sifat yang khas.Ada yang membagi pelanggan-pelanggan
tersebut secara umum kedalam enam kelompok, yaitu
1) pemukiman,
2) komersial
3) industri,
4) pertanian,
5) kotapraja, dan
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
6) traksi listrik.
Gambar 3. Beban kelompok industri
Pola konsumsi listrik masing- masing kelompok itu sangat khas
danpuncaknya terjadi tidak bersamaan. Sebagai contoh, beban pemukiman
yang kebanyakan terdiri dari lampu penerangan perumahan, peralatan
rumah tangga yang mengkonsumsi listrik seperti radio, televisi, lemari
pendingin, penyejuk ruangan dan sebagainya; memiliki puncak yang terjadi
di malam hari. Bebannya rendah di luar periode tersebut. Pada kelompok
beban komersial seperti perkantoran, rumahsakit, hotel,pertokoan dan
sebagainya adalah kebalikannya. Bebannya lebih merata sepanjang hari,
memiliki dua puncak yaitu pada pagi dan malam hari.Mirip dengan itu
adalah traksi sebagai sarana transportasi, memiliki puncak di pagi dan sore
hari.Beban industri baik industri kecil dan industri berat bekerja dalam satu
atau tiga shift sehari, dapat dikatakan hampir rata sepanjang hari.
Penerangan jalan, perusahaan air minum dan drainase termasuk kelompok
beban kotapraja. Penerangan jalan yang merupakan bagian utamanya
hampir rata selama lampu dinyalakan yaitu mulai pukul 6sore hingga 6 pagi.
Beban pertanian terjadi selama siang hari.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Gambar 4. Beban kelompok komersial
Ada pula yang membagi komponen beban sistem dalam empat
kelompok, yaitu
1) komersial
2) industri,
3) domestik, dan
4) beban khusus.
Gambar 5. Beban kelompok pemukiman
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Beban biasanya digambarkan dalam kurva dengan sumbu waktu. Beberapa
contoh kurva dari kelompok beban di atas ditunjukkan dalam Gambar
hingga Gambar 1-5.
Gambar 6. Beban penerangan jalan
1.6.2 KURVA BEBAN
Jadi beban sistem merupakan hasil dari penjumlahan kelompok – kelompok
beban tersebut. Kurva beban sistem disebut juga kurva beban harian.
Gambar 7. Kurva beban sistem
Di negeri empat musim belahan bumi utara dan selatan, siklus tingkat
pemakaian listrik mengikuti musim. Pemakaian listrik pada musim panas
berbeda dengan pada musim dingin. Sebagai contoh di Sistem Jawa Bali
siklus musim tidak dikenal. Pada dua minggu sekitar hari raya Iedul Fitri
serta dua minggu sekitar Natal dan Tahun Baru, pemakaian listrik menurun
tinggal 80 %.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Gambar 8. Contoh variasi beban pada hari kerja (atas) dan hari libur
(bawah).
Siklus harian lazim ada di semua sistem tenaga. Tingkat pemakaian listrik
pada hari kerja lebih tinggi dibanding pada hari libur dan Ahad.
Gambar 9. Contoh variasi beban pada hari kerja (atas) dan hari libur
(bawah).
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
- Kurva Lama Beban Beban kerap pula digambarkan dengan kurva lama
beban (load duration curve). Kurva lama beban ekivalen merupakan konsep
penting yang digunakan dalam teknik simulasi produksi listrik secara
probabilistik.
Gambar 10. Kurva lama beban
1.6.3 PENGARUH FREKUENSI DAN TEGANGAN PADA BEBAN
Pengaruh tegangan dan frekuensi pada beban perlu diketahui oleh
pengendali operasi sistem tenaga listrik. Perubahan beban akibat
perubahan tegangan dan frekuensi menjadi pertimbangan di dalam tindakan
pengendalian sistem tenaga. Ketika sistem tenaga mengalami kekurangan
pembangkitan, pengendali sistem tenaga akan melakukan “brownout” untuk
menurunkan beban sistem agar sesuai dengan pembangkitan yang
tersedia. Upaya yang dilakukan tersebut adalah dengan menurunkan
tegangan kerja. Pada keadaan yang tak terhindari, frekuensi dapat berada
di bawah nilai nominal. Simak penjelasan mengenai pengaruh penurunan
tegangan kerja dan frekuensi sistem pada beban berikut ini. Secara umum
beban di sistem tenaga terdiri dari dua jenis yaitu beban impedansi dan
beban motor.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Beban Impedansi
Jenis-jenis beban yang termasuk di dakam kelompok ini antara lain lampu-
lampu, pemanas, oven dan yang sejenis. Berikut ini kita tinjau pengaruh
frekuensi dan tegangan pada beban impedansi. Andaikan suatu beban
induktif memiliki impedansi Z R jX. Berapa persenkah penurunan daya
nyata (watt) yang diperoleh jika tegangan turun sebesar 1 persen ? Daya
dinyatakan sebagai S P jQ
Maka
Dan
Jelas bahwa daya nyata dan daya reaktif beban berbanding lurus dengan
kuadrat tegangan.
Pernyataan ini dapat dituliskan kembali sebagai
Pernyataan ini menunjukkan perubahan relatif kecil pada tegangan
mengakibatkan perubahan daya nyata sebesar dua kalinya. Di dalam hal
ini, penurunan tegangan 1 persen menyebabkan penurunan daya nyata
sebesar 2 persen.
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
Pengaruh Frekuensi
Nilai reaktansi X tergantung pada nilai frekuensi dengan hubungan .
Sebagai perkiraan yang dapat kita gunakan adalah jika tegangan turun
sebesar 1 % akan menghasilkan kenaikan beban (daya aktif) sebesar 2 kali
( dalam %). Contohnya jika frekuensi sistem turun 1 % akan
menyebabkan kenaikan daya aktif sebesar 0,72 % pada beban impedansi
yang memiliki .
Beban Motor Motor induksi yang paling banyak di dalam kelompok beban
motor ini. Pengaruh tegangan dan frekuensi pada jenis beban ini lebih
kompleks untuk dianalisa. Sebagai perkiraan yang dapat kita gunakan
adalah jika tegangan turun sebesar 1 % akan menghasilkan penurunan
beban (daya aktif) sebesar 0,2 %.
1.7 PENGARUH FREKUENSI DAN TEGANGAN PADA BEBAN
Kompleksitas operasi sistem tenaga yang sederhana misalnya terdiri hanya
satu pusat listrik dan sekumpulan beban di beberapa gardu induk yang
dipasoknya belum begitu terasa. Jika sistem tenaga berkembang menjadi
sistem yang semakin besar, maka operasinyapun menjadi semaklin
kompleks. Perkembangan tersebut menuntut kebutuhan pengendalian yang
terkoordinasi. Koordinasi operasi sistem tenaga dilaksanakan dari satu atau
beberapa pusat pengatur (control centre).
1.7.1 PENGARUH FREKUENSI DAN TEGANGAN PADA BEBAN
Fungsi Fungsi utama pusat pengatur antara lain :
– mengendalikan produksi energi listrik (pembangkitan),
– mengendalikan transmisi tenaga listrik,
– melaksanakan administrasi dan koordinasi penjadwalan pemeliharaan
peralatan sistem tenaga,
– melakukan simulasi contingency, dan
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
– memantau sistem kendali (SCADA, automation) yang dipakai.
Peran
Peran pusat pengatur yang langsung mempengaruhi operasi sistem
tenaga adalah :
– perencanaan operasi jangka pendek,
– pelaksanaan operasi real-time (monitoring and controlling),
– pelaporan operasi dan tindak- lanjut penanganan gangguan.
Kegiatan Kegiatan-kegiatan yang dilakukan pusat pengatur dapat
dikelompokkan sebagai berikut :
– Pre-dispatch,
– Dispatch, dan
– Post-dispatch.
Pre-dispatch adalah tahap menentukan kombinasi sumber produksi tenaga
listrik dan unit pembangkitnya yang akan memasok kebutuhan beban
sistem beberapa waktu ke depan. Kegiatan yang dilaksanakan pada pre-
dispatch antara lain mencakup
– prakiraan beban (load forecast) jangka pendek,
– penjadwalan pembangkitan,
– perencanaan kebutuhan daya reaktif,
– perencanaan pemeliharan dan pemisahan (outage) peralatan,
– pengembangan switching terencana,
– perbaikan rencana dan tatacara pemulihan setelah gangguan.
Kegiatan pada tahap dispatch meliputi
– pemantauan sistem tenaga, peralatan sistem dan statusnya,
PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK
– pengendalian tenaga listrik (power dispatch),
– evaluasi ekonomi dan sekuriti sistem,
– melaksanakan switching dan melaksanakan pemulihan sistem setelah
gangguan.
Pada tahap post-dispatch, kegiatan-kegiatan yang dilakukan meliputi
– pengarsipan data kejadian (events) di sistem dan kegiatan pelaksanaan
pengaturan,
– penyusunan laporan operasi sistem,
– pengumpulan data statistik (data gangguan sistem dan sebagainya),
– perhitungan energi,
– analisis gangguan yang terjadi di dalam sistem tenaga.
1.7.2 JENIS PUSAT PENGATUR
Pusat pengatur dibedakan atas tugas dan tanggung-jawabnya di dalam
melaksanakan operasi sistem tenaga dan kadang kala dibatasi oleh wilayah
yang operasikannya. Pusat pengatur ada yang melaksanakan tugas
manajemen energi atau hanya melaksanakan tugas switching jaringan
tetapi ada pula yang melaksanakan kedua tugas tersebut. Pusat pengatur
yang melaksanakan tugas manajemen energi dan switching jaringan
sebagai contoh di Indonesia adalah Jawa Bali Control Centre (JCC). Region
Control Centre (RCC) di Sistem Jawa Bali adalah contoh pusat pengatur
yang melaksanakan switching jaringan saja. Pusat Pengatur Distribusi
(DCC distribution control centre) melakukan switching jaringan distribusi
yang dikelolanya.