pengenalan sistem tenaga listrik

PT PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Pengenalan Sistem Tenaga Listrik

Berbagi dan menyebarkan ilmu pengetahuan serta nilai-nilai perusahaan 106

2. PENGENALAN SISTEM TENAGA LISTRIK

Secara umum sistem tenaga listrik dapat dikatakan terdiri dari tiga bagian utama,

yaitu

a. pembangkitan tenaga listrik,

b. penyaluran tenaga listrik dan

c. 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:

a. pembangkit tenaga listrik

b. saluran transmisi

c. gardu induk transmisi

d. gardu induk distribusi

e. jaringan distribusi.

Gambar berikut ini menampilkan ilustrasi hubungan antara elemen-elemen dasar

sistem tenaga.



Gambar 1–1. 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.

2.1. ENERGI PRIMER

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

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.

2.2. JENIS-JENIS ENERGI DAN SIFAT-SIFATNYA

Ada dua jenis energi dasar yaitu Energi Transisional dan Energi Tersimpan.

2.2.1. Energi Transisional:

Energi transisional adalah energi di dalam gerak.

2.2.2. Energi Tersimpan:

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.

2.3. KLASIFIKASI ENERGI

Metode atau sistem pengelompokan energi yang dapat diberlakukan secara

umum belum ada. Dalam paparan ini, energi secara umum dikelompokkan

menjadi 6 kelompok atau kelas, yaitu energi mekanik, listrik,

elektromagnetik, kimia, nuklir dan energi termal.

2.3.1. 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.

2.3.1.1. 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:

a. energi yang berhubungan dengan posisi benda di dalam medan gravitasi

(definisi termodinamika klasik untuk energi potensial),

b. energi suatu beban karena posisinya di dalam medan gaya inersia

(definisi termodinamika klasik untuk energi kinetik),

c. energi yang berhubungan dengan fluida yang dimampatkan,

d. energi yang berhubungan dengan posisi benda di dalam medan elastic-

strain, dan

e. 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.

2.3.2. Energi Listrik

Energi listrik adalah kelompok energi yang berhubungan dengan aliran atau

akumulasi 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 lempeng-lempeng

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 yang sangat

bermanfaat karena dapat dengan mudah dan efisien dirubah menjadi

bentuk energi yang lain.



2.3.3. Energi Elektro-magnetik

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 tidak ada masa yang

berhubungan dengannya.. Energi elektromagnetik merupakan satu-satunya

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.

2.3.4. 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.

2.3.5. 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.

2.3.6. Energi Termal

Kelompok energi utama yang terakhir adalah energi termal, yaitu energi

yang berhubungan dengan vibrasi atom dan molekul. Energi termal adalah

bentuk energi dasar. Semua bentuk energi lainnya dapat dirubah menjadi

energi termal tetapi perubahan energi termal 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.

2.4. SUMBER-SUMBER ENERGI

Kelompok Sumber Energi

Semua sumber energi dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori umum

yaitu energi income dan energi capital.

a. Energi income adalah energi yang mencapai bumi dari angkasa luar

meliputi energi matahari dan bulan.

b. Energi capital adalah energi yang sudah tersedia di bumi meliputi bahan

bakar fosil, energi panas bumi dan energi nuklir.

2.4.1. Sumber Energi Income

Pada kenyataannya sumber-sumber energi income mencakup semua

sumber terduga (possible) yang memberi energi ke bumi dari angkasa luar.

Sumber-sumber ini meliputi energi elektromagnetik, gravitasi, pertikel-

partikel dari benda-benda angkasa seperti bintang, planet dan bulan

sebagai energi potensial meteor yang memasuki atmosfir bumi.

Sumber energi income yang bermanfaat hanyalah energi elektromagnetik

dari matahari, disebut energi matahari langsung (direct solar energy) dan

energi gravitasi bulan yang menghasilkan aliran gelombang pasang-surut.

Pemanfaatan sumber energi income sangat menarik karena merupakan



sumber energi yang terus- menerus dan tak-habis dan juga karena relatif

bebas polusi��merupakan pertimbangan yang sangat penting,

1.4.1.1. Energi Matahari

Energi matahari langsung juga membangkitkan sumber energi tak langsung

yang tak habis.

1.4.1.2. Angin dan Arus Laut

Pemanasan matahari langsung berkombinasi dengan rotasi bumi

menghasilkan arus konveksi yang besar dalam bentuk angin di atmosfir dan

arus air laut. Penyerapan energi matahari juga membangkitkan gradien

suhu yang signifikan di laut yang berpotensi menghasilkan daya. Di

samping itu, penguapan air permukaan membangkitkan awan yang jika

terkondensasi akan menurunkan hujan di tempat yang lebih tinggi menjadi

sumber untuk membangkitkan listrik tenaga air.

1.4.1.3. Biomasa

Bentuk tak langsung dari energi matahari langsung adalah semua benda

hidup yang dihasilkan dari proses fotosintesa. Sumber ini diberi nama yang

umum yaitu biomasa meliputi tumbuhan, hewan, sampah organik dan

produk lain yang berasal darinya. Beberapa bahan tersebut seperti kayu

dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar atau diolah untuk

menghasilkan bahan bakar lain seperti arang, alkohol, metana dan lainnya.

1.4.1.4. Gradien Suhu Laut

Studi-studi juga banyak dilakukan untuk memanfaatkan gradien suhu laut

bagi pembangkitan tenaga listrik dengan menerapkan konversi termal air

laut (OTEC = ocean thermal energy conversion). Sistem ini memakai air

permukaan laut untuk merebus fluida kerja pada pembangkit siklus-Rankine

dan air di kedalaman yang lebih dingin untuk meng-kondensasi air keluar

dari turbin.



1.4.1.5. Energi Bulan

Sumber utama energi income lainnya adalah energi bulan yang pada

dasarnya berupa energi gravitasi bulan. Energi gravitasi menghasilkan

aliran pasang-surut dan dipakai untuk memutar turbin air. Ada dua pilihan

jenis turbin air yang dapat digunakan yaitu single-effect atau double-effect.

Turbin single-effect hanya memanfaat aliran pasang turun, sedangkan

double-effect memanfaat kedua aliran pasang naik ataupun pasang turun.

2.4.2. Sumber Energi Capital

Seperti disebutkan di atas bahwa Energi capital adalah energi yang sudah

tersedia di bumi, beberapa sumber energi tersebut dapat dijelaskan seperti

di bawah ini.

2.4.2.1. Bahan Bakar Fosil

Dewasa`ini sumber utama energi bahan bakar dunia adalah sumber energi

yang disebut bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil dibagi dalam tiga

kelompok yaitu batubara, minyak dan gas alam. Semua bahan bakar fosil

dihasilkan dari fosilisasi senyawa karbohidrat. Senyawa karbohidrat memiliki

rumus kimia umum Cx(H2O)y dihasilkan oleh tumbuhan hidup dari proses

fotosintesa dimana tumbuhan merubah energi matahari langsung menjadi

energi kimia. Setelah tumbuhan mati, karbohidrat berubah karena tekanan

dan panas, oksigennya terpisahkan menjadi senyawa hidrokarbon dengan

rumus kimia umum CnHm.

2.4.2.2. Panas Bumi

Sumber energi utama lainnya adalah energi panas-bumi. Energi ini adalah

energi yang tertahan di bawah dan di dalam lapisan bumi, berbentuk uap,

air panas dan atau batuan cair. Energi panas bumi dapat dikelompokkan ke

dalam 2 kategori. Sumber panas bumi hidrothermal berhubungan dengan

uap dan air panas. Sumber panas-bumi yang berhubungan dengan batuan

panas disebut sumber energi petrothermal.



Banyak kalangan yang mempromosikan energi panas-bumi sebagi sumber

utama energi bebas polusi.

2.4.2.3. Batubara

Batubara merupakan bahan bakar fosil yang cukup berlimpah, tercipta dari

tumbuhan yang terfosilisasi. Batubara biasanya ditemukan berupa lapisan-

lapisan di dalam lapisan kulit bumi. Tumbuhan padat setebal sedikitnya 20

kaki diperkirakan dapat menghasilkan lapisan batubara setebal 1 kaki.

Tumbuhan padat di bawah pengaruh tekanan, suhu dan tanpa keberadaan

udara berubah menjadi peat, bahan bakar tingkat rendah kemudian menjadi

batubara coklat, lalu menjadi batubara lignitic, selanjutnya menjadi batubara

subbituminous, kemudian manjadi batubara bituminous dan akhirnya

menjadi batubara anthracitic. Proses terus berlanjut sepanjang waktu,

batubara menjadi semakin keras, kandungan hidrogen dan oksigen

berkurang, kelembaban berkurang dan kandungan karbon meningkat.

American Society for Testing Material (ASTM) telah mengembangkan

metode untuk menentukan klasifikasi rank batubara ke dalam 4 kelas

dengan subbagiannya. Diurutkan dari yang paling tua adalah batubara

anthracitic (barubara kelas I), batubara bituminous (batubara kelas II),

batubara subbituminous (batubara kelas III) dan batubara lignitic (batubara

kelas IV).

2.4.2.4. Minyak Bumi

Jika batubara terbentuk dari tumbuhan yang terfosilisasi, minyak bumi

terbentuk dari kehidupan laut yang secara parsial terdekomposisi. Minyak

mentah (crude oil) atau petroleum ditemukan di dalam cembungan besar

rongga batuan. Minyak mentah biasanya dikelompokkan menurut rank ke

dalam 3 kategori tergantung pada jenis residue yang tertinggal setelah

bagian yang lebih ringan di-distilasi.



2.4.2.5. Bahan Bakar Gas

Hampir semua bahan bakar gas adalah bahan bakar fosil atau hasil

sampingan dari bahan bakar fosil. Bahan bakar ini dapat dibagi ke dalam 3

kelompok yaitu gas alam (natural gases), gas bahan bakar fabrikasi dan gas

bahan bakar hasil sampingan. Gas alam adalah satu-satunya gas bahan

bakar fosill dan biasanya terkandung di bawah wadah bebatuan di atas

cadangan minyak bumi. Pada kenyataannya ada 2 jenis gas alam yaitu

yang dihasilkan dari peluruhan bahan organik dan yang telah tersedia di

kedalaman lapisan bumi sejak bumi tercipta. Gas alam paling mudah

terbakar dari ketiga jenis bahan bakar fosil; dapat bercampur baik dengan

udara dan terbakar bersih dengan abu sedikit. Gas alam dapat dengan

mudah dan murah dikirim melalui pipa-pipa; kadangkala dirubah menjadi

gas alam cair (LNG ��liquified natural gas) lalu dikapalkan dalam cryogenic

tanker untuk dikirim ke negara pemakainya.

Liquified petroleum gas (LPG) termasuk kedalam kelompok gas bahan

bakar fabrikasi. Bahan bakar ini sering disebut refinery gas.

2.5. ISTILAH DAN SATUAN ENERGI

Istilah dalam Konversi Energi

Ada dua istilah yang biasanya digunakan pada sistem konversi energi, yaitu

power density dan specific power. Power density adalah daya persatuan

volume, dinyatakan dengan satuan kW/m3. Specific power adalah daya per

satuan masa bahan bakar, dinyatakan dengan satuan kW/kg bahan bakar.

2.5.1. Satuan Daya

Ketika melakukan perhitungan energi jangan sampai dibingungkan oleh

satuan energi dan satuan daya. Daya adalah laju energi dan energi sama

dengan integral dari daya selama interval waktu tertentu. Satuan daya

dalam dalam Standard International (SI) adalah watt (W) dan biasanya

disertai dengan faktor kelipatan tertentu. Faktor kelipatan seribu (103)

dinyatakan dengan kilo (k), sejuta (106) dengan mega (M), 109 dengan giga



(G) dan seterusnya. Daya juga dapat dinyatakan dengan suku laju energi

seperti J/s.

2.5.2. Satuan Energi

Satuan SI untuk energi adalah joule (J). Satuan lain yang sering digunakan

untuk energi adalah elektron volt (eV), kalori (cal), British thermal unit (Btu)

dan foot-pound force (ft lbf). Selain itu, biasanya energi dinyatakan dalam

suku daya dan waktu seperti watthour (Wh) dan horsepowerhour (hph).

Faktor kelipatan seperti di atas juga sering digunakan menyertai satuan

energi.

2.5.3. Tikalas

Tikalas (subscript) tertentu untuk menyatakan jenis energi juga sering

disertakan pada satuan tersebut, seperti “e” untuk listrik (electric), “em”

untuk elektromagnetik, “m” untuk mekanik, “c” untuk kimia, “n” untuk nuklir

dan :th” untuk termal.

2.6. PEMBANGKIT 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:

a. tenaga panas (termal)

b. tenaga air (hidro)

c. tenaga nuklir.



Pembangkit listrik termal dapat dibagi berdasarkan sumber tenaga panas

yang dipakai yaitu

a. berbahan-bakar fosil : batubara (coal), minyak bumi (oil) dan gas alam

(natural gas)

b. tenaga panas-bumi (geothermal).

2.6.1. 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 bermacam-macam, sesuai dengan sumber tenaga

yang menghasilkan gerak tersebut antara lain:

a. mesin Diesel,

b. turbin gas,

c. turbin uap,

d. turbin air,

e. kincir angin.

2.6.2. Frekuensi Pembangkit Listrik

Frekuensi sistem tenaga (selanjutnya disebut frekuensi) merupakan salah

satu besaran yang digunakan untuk menyatakan mutu tenaga listrik.

Frekuensi berlaku sama di setiap bagian sistem, artinya pada suatu saat yang

bersamaan besarnya relatif sama meskipun diukur pada tempat berbeda di

dalam sistem. Demikian pula, semua unit pembangkit yang tersambung

dalam sistem memiliki frekuensi yang sama.

2.6.2.1. Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah gelombang sinusoida dari tegangan atau arus listrik

dalam rentang waktu satu detik. Satuan yang digunakan menyatakan ukuran

frekuensi adalah hertz (Hz). Satu hertz berarti satu siklus per detik

(cycle/sec).



Di dalam pembangkitan tenaga listrik, frekuensi menunjukkan jumlah putaran

elektrik mesin pembangkit. Satu putaran elektrik dapat diwakili oleh satu

gelombang sinusoida. Sistem tenaga yang dikelola PLN menggunakan

frekuensi 50 Hz dengan kisaran ��0,5 Hz. Frekuensi 50 Hz setara dengan

50 putaran elektrik per detik atau 3000 putaran per menit.

2.6.2.2. Perubahan Nilai Frekuensi

Frekuensi juga dapat dipakai sebagai ukuran kesetimbangan sesaat antara

daya nyata (MW) yang konsumsi oleh konsumen (selanjutnya disebut beban)

dengan daya nyata pasokan dari pembangkit tenaga listrik. Pada keadaan

keduanya setimbang, frekuensi 50 Hz. Bila frekuensi kurang dari 50 Hz

berarti pasokan daya nyata dari pembangkit kurang. Sebaliknya jika pasokan

daya nyata dari pembangkit berlebih, menyebabkan frekuensi lebih dari 50

Hz.

2.6.2.3. Frekuensi Berubah ubah

Nilai frekuensi sistem tenaga selalu berubah-ubah, karena dari waktu ke

waktu daya nyata yang dikonsumsi oleh konsumen (beban) bersifat acak

sedangkan alat pengatur kecepatan (speed governor) pada tiap mesin

pembangkit masing-masing bekerja sendiri. Hampir tidak ada kemungkinan

pasokan daya nyata unit pembangkit terus menerus tepat sama dengan

beban sistem.

2.6.3. Pusat Listrik / Pembangkit Listrik

Sekelompok pembangkit listrik yang sejenis pada satu lokasi membentuk

pusat listrik. Pemberian nama pusat listrik menurut jenis penggerak mula

yang digunakan, seperti:

a. Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

b. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

c. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

d. Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)

e. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)



Di samping itu ada pula pusat listrik yang diberi-nama menurut jenis energi

yang digunakan adalah:

a. Pusat Listrik Tenaga Panas-Bumi (PLTP)

b. 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:

a. 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.

b. pembangkit listrik tenaga air memerlukan sumber air dengan perubahan

elevasi atau tinggi jatuh (head) yang cukup.

c. pembangkit listrik tenaga panas bumi harus berada pada lokasi dimana

sumber tenaganya tersedia.

Tegangan keluaran generator bermacam-macam, biasanya 25 kV atau lebih

rendah.

2.6.4. 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).

2.6.4.1. Pemikul Beban Dasar

Pembangkit dengan 5000 jam operasi rata-rata per tahun (capacity factor >

57 %) disebut pembangkit pemikul 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 digunakan sebagai pemikul beban dasar.



2.6.4.2. 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.

2.6.4.3. Pemikul Beban Puncak

Pembangkit pemikul beban puncak dioperasikan untuk memenuhi beban

pada waktu beban maksimum (beban puncak). Periode beban puncak tidak

selalu sama. Jam operasi pembangkit ini kurang dari 2000 jam rata-rata per

tahun (capacity factor < 23 %), sehingga pembangkit yang dipilih biasanya

yang berbiaya kapital rendah. Biaya operasi jenis pembangkit ini biasanya

tinggi, menyebabkan biaya keseluruhan pembangkitan menjadi tinggi.

Pembangkit tenaga (turbin) gas, tenaga air, pumped-storage dan mesin

Diesel digunakan sebagai pemikul beban puncak.

2.7. 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.

2.7.1. 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.

2.7.2. 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 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. Saluran transmisi juga digunakan untuk menghubungkan antar

sistem tenaga sehingga pertukaran daya antar sistem dapat berlangsung jika

diperlukan.

2.7.3. Tegangan Operasi

2.7.3.1. 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).

2.7.3.2. Tegangan Ultra Tinggi

Saluran tegangan ultra tinggi (TUT) atau ultra high voltage (UHV) adalah

saluran transmisi yang menggunakan tegangan 800 kV atau lebih tinggi.

2.7.3.3. 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.

2.7.4. Gardu Induk

2.7.4.1. 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.

2.7.4.2. 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.

2.8. DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

2.8.1. 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.

2.8.2. Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi adalah tahap akhir dalam menyampaikan tenaga listrik ke

konsumen.



2.8.3. 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.

2.9. BEBAN SISTEM

Beban sistem tenaga di dalam suatu daerah tergantung pada kegiatan

komersial, industri dan pemukiman yang juga dipengaruhi oleh keadaan

cuaca. Kegiatan-kegiatan khusus keagamaan dan sosial juga memberi

pengaruh pada hari- hari tertentu.

Pengetahuan mengenai sifat beban dari kelompok pelanggan yang beragam

tersebut akan sangat membantu dalam proses prakiraan beban sistem

tenaga. Beban sistem tenaga terdiri dari beberapa kelompok pelanggan. Tiap

kelompok pelanggan memiliki sifat-sifat yang khas.

Ada yang membagi pelanggan-pelanggan tersebut secara umum ke dalam

enam kelompok, yaitu:

1. pemukiman,

2. komersial

3. industri,

4. pertanian,

5. kotapraja, dan

6. traksi listrik.



Gambar 1–2. Beban kelompok industri

Pola konsumsi listrik masing-masing kelompok itu sangat khas dan

puncaknya 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, rumah sakit, 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 6 sore hingga 6 pagi. Beban

pertanian terjadi selama siang hari.



Gambar 1–3. Beban kelompok komersial

Ada pula yang membagi komponen beban sistem dalam empat kelompok,

yaitu :

1. komersial

2. industri,

3. domestik,

4. beban khusus.

Gambar 1–4. Beban kelompok pemukiman



Beban biasanya digambarkan dalam kurva dengan sumbu waktu. Beberapa

contoh kurva dari kelompok beban di atas ditunjukkan dalam Gambar 1-2

hingga Gambar 1-5.

Gambar 1–5. Beban penerangan jalan

2.9.1. Kurva Beban

2.9.1.1. Kurva Beban Harian

Jadi beban sistem merupakan hasil dari penjumlahan kelompok-kelompok

beban tersebut. Kurva beban sistem disebut juga kurva beban harian.

Gambar 1–6. 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 %.

Gambar 1–7. 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 (Minggu).



Gambar 1–8. Kurva beban hari kerja, libur dan hari khusus

2.9.1.2. 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 1–9. Kurva lama beban

2.9.2. 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.



2.9.3. 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 = P + jX . Berapa

persenkah penurunan daya nyata (watt) yang diperoleh jika tegangan turun

sebesar 1 persen ?

Daya dinyatakan sebagai S = P + jQ

= |V|2 Y*

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.

= |V |2 1 R + jX

= |V |2 R + jX R 2 + X 2

P = |V |2 R R 2 + X 2

Q = |V |2 X R 2 + X 2

∆P δP ∆|V | δ|V |

≈

= 2|V | X R 2 + X 2

= 2 P |V |

∆P ∆|V | P |V |

≈ 2



2.9.4. Pengaruh Frekuensi

Nilai reaktansi X tergantung pada nilai frekuensi dengan hubungan X ��2

� f. L. Sebagai perkiraan yang dapat kita gunakan adalah jika tegangan turun

sebesar 1 % akan menghasilkan kenaikan beban (daya aktif) sebesar 2 kali

�sin2 � (dalam %). Contohnya jika frekuensi sistem turun 1 % akan

menyebabkan kenaikan daya aktif sebesar 0,72 % pada beban impedansi

yang memiliki cos � ��0,8

2.9.5. 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 %.

2.10. PUSAT PENGATUR 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).

2.10.1. Fungsi Pusat Pengatur Beban

Fungsi utama Pusat Pengatur Beban antara lain:

a. mengendalikan produksi energi listrik (pembangkitan),

b. mengendalikan transmisi tenaga listrik,

c. melaksanakan administrasi dan koordinasi penjadwalan pemeliharaan

peralatan sistem tenaga,

d. melakukan simulasi contingency, dan

e. memantau sistem kendali (SCADA, automation) yang dipakai.



2.10.2. Peran Pusat Pengatur Beban

Peran Pusat Pengatur Beban yang langsung mempengaruhi operasi sistem

tenaga adalah:

a. perencanaan operasi jangka pendek,

b. pelaksanaan operasi real-time (monitoring and controlling),

c. pelaporan operasi dan tindak- lanjut penanganan gangguan.

2.10.3. Kegiatan Pusat Pengatur Beban

Kegiatan yang dilakukan Pusat Pengatur Beban dapat dikelompokkan

sebagai berikut:

a. Pre-dispatch,

b. Dispatch,

c. Post-dispatch.

2.10.3.1. Pre-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

a. prakiraan beban (load forecast) jangka pendek,

b. penjadwalan pembangkitan,

c. perencanaan kebutuhan daya reaktif,

d. perencanaan pemeliharan dan pemisahan (outage) peralatan,

e. pengembangan switching terencana,

f. perbaikan rencana dan tatacara pemulihan setelah gangguan.

2.10.3.2. Dispatch

Kegiatan pada tahap dispatch meliputi:

a. pemantauan sistem tenaga, peralatan sistem dan statusnya,

b. pengendalian tenaga listrik (power dispatch),

c. evaluasi ekonomi dan sekuriti sistem,

d. melaksanakan switching dan melaksanakan pemulihan sistem setelah

gangguan.



2.10.3.3. Post-dispatch

Pada tahap post-dispatch, kegiatan-kegiatan yang dilakukan meliputi:

a. pengarsipan data kejadian (events) di sistem dan kegiatan

pelaksanaan pengaturan,

b. penyusunan laporan operasi sistem,

c. pengumpulan data statistik (data gangguan sistem dan sebagainya),

d. perhitungan energi,

e. analisis gangguan yang terjadi di dalam sistem tenaga.

2.10.4. Jenis Pusat Pengatur

Pusat pengatur dibedakan atas tugas dan tanggung-jawabnya di dalam

melaksanakan operasi sistem tenaga dan kadang kala dibatasi oleh wilayah

yang dioperasikannya. 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.