Makalah Kuliah Teknik Tegangan TinggiSaluran Tegangan Tinggi Arus Searah(High Voltage Direct Current )

Oleh:Nama : Roni AndriaNim : 1407169958

Jurusan Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Riau20151. Pengertian HVDCPemakaianHigh Voltage Direct Current transmission(HVDC) atau dalam istilah Bahasa Indonesia dikenal sebagaitransmisi daya arus searah(TDAS) merupakan sistem saluran transmisi daya arus searah, sebenarnya sudah dimulai sejak awal pertama kali listrik dikembangkan. Thomas Alva Edison berhasil membuat jaringan listrik berkapasitas 6 x 100kW untuk menyalakan 1200 bohlam lampu menggunakan arus searah pada tahun 1882. Walaupun pada perkembangannya, sistem dc yang dikembangkan Edison ternyata kalah bersaing dengan sistem ac yang diusulkan oleh Westinghouse dan Tesla namun sistem dc ini telah menandai dimulainya era baru, era listrik. Lebih dari 70 tahun kemudian, sistem transmisi dc mulai dipakai kembali setelah ditemukannya tabungmercury-arcdi akhir tahun 1920-an. Proyek HVDC komersil pertama kali berhasil dibangun tahun 1950 menggunakan kabel laut untuk menghubungkan Swedia dengan P. Gotland dengan kapasitas 20MW pada tegangan 100kV. Terdapat 2 jenis teknologi konverter ac/dc/ac yang digunakan pada sistem HVDC saat ini.

1. HVDC Current source converter(CSC) komutasi jala-jala menggunakan thyristor. Teknologi CSC-HVDC sudah sangat mapan untuk konverter berdaya sangat besar. Untuk keperluan diatas 1000MW teknologi ini menjadi satu-satunya pilihan saat ini. HVDC Itaipu Merupakan sistem HVDC terbesar saat ini yang beroperasi secara komersil menggunakan CSC-HVDC. Proyek CSC-HVDC terbesar yang sedang dibangun saat ini adalah Xiangjiaba Shanghai HVDC yang mentransmisikan daya 6400MW pada 800kV sejauh 2071 km. Komutasi jala-jala merupakan salah satu kelemahan yang ada pada CSC-HVDC, akibatnya pada HVDC yang menggunakan CSC diperlukan jaringan arus bolak-balik yang kuat di sisi kirim maupun sisi terima. Gambar 1 menunjukkan HVDC yang menggunakan CSC.

Gambar 1. Skema Saluran Tegangan tinggi Arus searah type CSC

2. HVDC Voltage source converter(VSC) yang menggunakan insulated gate bipolar transistor (IGBT). VSC-HVDC merupakan perkembangan terbaru dari teknologi HVDC. Hampir sejak satu dekade terakhir, beberapa proyek VSC-HVDC berhasil dibangun dan mencapai tahap komersil. Keunggulan VSC-HVDC dibanding CSC-HVDC adalah kemampuannya untuk komutasi tanpa bergantung kondisi jala-jala, pengaturan daya aktif dan reaktif yang independen, serta kemampuan untuk black-start. Keunggulan tersebut membuat VSC-HVDC menarik untuk aplikasi penyaluran daya ke beban berjarak jauh yang tidak memiliki sumber jala-jala lokal, seperti pada anjungan lepas pantai, dsb.Kelemahan VSC-HVDC adalah teknologi IGBT sekarang belum mampu untuk melayani transmisi daya berkapasitas besar seperti halnya CSC-HVDC. Proyek VSC-HVDC terbesar saat ini adalah Ciprivi Line HVDC di Namibia yang berkapasitas 300MW pada 350kV sejauh 970 km. Gambar 4 menunjukkan HVDC yang menggunakan VSC.

Gambar 2. Skema Saluran Tegangan tinggi Arus searah type VSC

2. Fungsi dan kegunaan

Dalam dua keadaan terdapat dua alasan teknis bagi pemakaian transmisi arus searah. Alasan tersebut adalah sebagai berikut: 1. Untuk koneksi system-sistem besar melalui link-link berkapasitas kecil. Sebagai contoh kita ambil Britain-France cross channel link dimana terdapat sedikit saja perbedaan frekuensi antara kedua system besar tersebut akan menimbulkan persoalan-persoalan serius bagi control transfer daya pada lin berkapasitas kecil. Sebuah line DC merupakan sebuah titik asinkron atau fleksibel diantara dua system yang kaku. 2. Dimana kabel -kabel bawah tanah tegangan tinggi diperlukan untuk jarak transmisi yang cukup jauh. Transmisi DC dengan kabel kabel bawah tanah biasanya dilakukan pada daerah dimana pertimbangan-pertimbangan lingkungan membatasi pemakaian line-line udara.

Keuntungan lainnya dari pemakaian DC adalah sebagai berikut : kerugian korona pada saluran transmisi DC yang bekerja pada suatu tegangan yang disamakan dengan harga puncak tegangan AC ekivalen adalah jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan line AC. Hal ini penting bukan saja karena kehilangan daya, tetapi juga karena interferensi yang ditimbulkan pada saluran radio maupun televisi pada umumnya kerugian line akan lebih kecil dari line ac tersebut hal ini sangat pentingsewaktu pemakaian tegangan-tegangan yang lebih tinggi dan banyaknya interkoneksi telsh memperbesar MVA gangguan sampai melebihi harga yang diapat ditahan oleh CB-CB: a. Semakin banyaknya kondisi kondisi bagi pemutusan rangkaian apabila arus tidak menjadi nol dua kali satu siklus. Oleh karena itu switching tidak dilakukan pada link dc tetapi pada link ac Transformasi tegangan harus dilakukan pada sisi ac. b. Rectifier dan inverter menyerap daya reaktifdan ini jauh lebih besar dan harus dipasok secara local. c. Stasiun-stasiun konversi dc jauh lebih mahal dibandingkan dengan sudstation-substation ac konvesional.

3. Desain Rangkaiana. Back-to-back

Gambar 3. Model saluran Transmisi HVDC Back-to-Back

Konfigurasi ini ditunjukkan pada Gambar 3. Pada konfigurasi ini gardu induk konverter berada pada lokasi yang sama dan tidak menggunakan saluran arus searah jarak jauh. Umumnya konfigurasi ini berfungsi sebagai interkoneksi frekuensi antara dua sistem arus bolak-balik yang berdekatan, walaupun konfigurasi ini juga bisa dipakai pada interkoneksi dua sistem arus bolak-balik yang memiliki frekuensi yang sama.

b. Monopolar

Gambar 4. Model saluran Transmisi HVDC Monopolar

Konfigurasi ini ditunjukkan pada Gambar 4. Pada konfigurasi ini dua gardu induk konverter dipisahkan menggunakan satu saluran arus searah berjarak jauh, berbeda dengan konfigurasi back-to-back yang hanya membutuhkan satu lokasi saja. Saluran arus searah yang dipakai hanya memiliki 1 kutub tegangan, bisa positif saja atau negatif saja, sehingga tanah diperlukan sebagai saluran balik arus.

c. Bipolar

Gambar 5. Model saluran Transmisi HVDC Bipolar

Konfigurasi ini ditunjukkan pada Gambar 5. Pada konfigurasi ini dua gardu induk konverter dipisahkan menggunakan dua saluran arus bolak-balik yang berbeda kutub tegangan, satu positif dan satu lagi negatif. Relatif terhadap tanah, konfigurasi bipolar merupakan dua buah konfigurasi monopolar yang berbeda kutub tegangan, sehingga masing-masing monopolar dapat dioperasikan secara independen. Pada keadaan normal arus yang mengalir melalui tanah akan bernilai nol akibat dua kutub monopolar yang berbeda. Keunggulan konfigurasi ini adalah salah satu kutub tegangan tetap dapat beroperasi ketika kutub tegangan yang lainnya tidak beroperasi akibat gangguan atau alasan lain. Reliabilitas konfigurasi ini lebih baik daripada konfigurasi monopolar.

d. Multi Terminal

Gambar 6. Model saluran Transmisi HVDC Multi Terminal

Konfigurasi ini ditunjukkan pada Gambar 6. Konfigurasi ini adalah perluasan dari konfigurasi bipolar dengan menempatkan gardu konverter baru di tengah-tengah saluran bipolar. Jumlah saluran masuk di tengah-tengah konfigurasi bipolar tidak dibatasi hanya satu, melainkan bisa banyak sesuai dengan keperluan.

4. PerhitunganTerdapat suatu perbedaan mendasar antar transmisi daya dalam suatu system arus bolak dengan arus searah. Pada system arus bolak balik rumus daya adalah:

Dimana: V1ab dan V2ab = merupakan tegangan jaringan pada kedua ujung saluran = sudut listrik antara V1ab dan V2abX = reaktansi saluran

Sedangkan pada Arus searah daya yaitu adalah:

Dimana: V1ab dan V2ab = merupakan tegangan jaringan pada kedua ujung saluranR = resistansi saluran

Daya per konduktor untuk arus searah adalah:Pas = Vas.Iassedangkan daya per konduktor untuk arus bolak-balik:Pab = Vab.Iab cosDengan: Vas dan Vab = tegangan saluran ke bumi Ias dan Iab = arus per konduktor Cos = factor daya

5. PemanfaatanPenggunaan sistem transmisi arus bolak-balik yang sudah menyeluruh memang memberikan keuntungan harga yang lebih kompetitif karena pasar dan produsen sudah sama-sama mapan, dibandingkan dengan transmisi HVDC yang masih relatif lebih sedikit pemakainya. Namun sistem HVDC akan dipandang lebih menguntungkan dibandingkan sistem ac pada beberapa aplikasi tertentu.a. Transmisi jarak jauhPada transmisi daya besar dengan jarak yang jauh, HVDC memberikan alternatif yang kompetitif secara ekonomi terhadap sistem transmisi arus bolak-balik Terlepas dari adanya tambahan rugi-rugi akibat penggunaan konverter dibandingkan pada sistem arus bolak-balik, rugi-rugi saluran pada transmisi HVDC bisa lebih kecil 30%-50% dari ekuivalen saluran arus bolak-balik pada jarak yang sama. Pada jarak yang sangat jauh, sistem transmisi arus bolak-balik membutuhkan gardu induk di tengah saluran dan juga kompensasi reaktif. Dibandingkan dengan transmisi arus searah yang tidak memerlukan gardu induk intermediet. Jarak tipikal yang dianggap pemakaian sistem HVDC akan menguntungkan secara ekonomis daripada transmisi arus searah adalah sekitar 500 km keatas.b. Penggunaan kabelPada kasus jika penggunaan kabel diperlukan, seperti pada transmisi yang melewati laut, atau transmisi yang dirancang bawah tanah, penggunaan HVDC memberikan keuntungan lebih secara ekonomis daripada penggunaan kabel arus bolak-balik. Permasalahan lain pada penggunaan kabel dengan sistem arus bolak-balik adalah penurunan kapasitas daya kabel karena jarak yang jauh akibat daya reaktif yang cukup tinggi. Ini dikarenakan karakteristik kabel yang memiliki kapasitansi yang lebih besar dan induktansi yang lebih kecil daripada ekuivalen konduktor udara.c. Interkoneksi frekuensiInterkoneksi antara 2 area yang berbeda frekuensi hanya bisa dilakukan dengan menggunakan HVDC untuk menjamin kelangsungan operasi yang handal. Contohnya adalah gardu induk Shin-Shinano 600 MW yang menghubungkan Jepang bagian barat yang berfrekuensi 60 Hz dengan Jepang bagian timur yang berfrekuensi 50 Hz. Tidak hanya pada kasus seperti Shin-Shinano yang beda frekuensi operasi diantara dua terminalnya, beberapa kasus lain menggunakan konverter frekuensi HVDC untuk menghubungkan antara dua perusahaan listrik yang berbeda. Selain untuk pengaturan aliran daya, hal ini dimaksudkan untuk melindungi area perusahaan satu dari fluktuasi frekuensi di perusahaan tetangga disamping juga untuk mencegah menjalarnya gangguan akibat dari perusahaan tetangga.

6. Daftar Pustaka/ Referensi https://konversi.wordpress.com/2010/06/07/memahami-hvdc-teknologi-dan-pemanfaatan/ https://en.wikipedia.org/wiki/High-voltage_direct_current http://www.siemens.co.in/pool/about_us/our_business_segments/hvdc_proven_technology.pdf Bambang Winardi, Sistem Transmisi Daya Searah ( HVDC ) Jurusan Teknik Elektro, F.T., Universitas Diponegoro.