Karakteristik Umum Saluran Transmisi

download Karakteristik Umum Saluran Transmisi

of 5

description

Karakteristik Umum Saluran Transmisi

Transcript of Karakteristik Umum Saluran Transmisi

  • BAB 1.

    1.l Umum

    KARAKTERISTIK UMUM SALURAN TRANSMISI

    Pusat-pusat listrik, biasajuga disebut sentral-sentral listrik (electric power stations), terutama yang menggunakan tenaga air, biasanya jauh letaknya dari tempat-tempat dimana tenaga listrik itu digunakan. Karena .itu, tenaga Iistrik yang dibangkitkan harus disalurkan melalui kawat-kawat (saluran-saJuran) transmisi. Saluran-saluran ini membawa tenaga listrik dari Pusat-Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) atau Pusat-Pusat Listrik Tenaga Termis (PLTT) ke pusat-pusat beban (load centers), baik langsung maupun melalui saluran-saluran penghubung, gardu-gardu induk (substations) dan gardu-gardu rele (relay substations)

    Saluran transmisi biasanya dibedakan dari saluran distribusi karena tegangannya. Di Jepang, saluran transmisi mempunyai tegangan 7 kV ke atas, sedang saluran distri-busi 7 kV ke bawah. Di Amerika Serikat, dikenal tiga jenis saluran, yakni, saluran dis-tribusi dengan tegangan primer 4 sampai 23 kV, saluran subtransmisi dengan tegangan 13 sampai 138 kV, dan saluran transmisi dengan tegangan 34,5kV ke atas." Saluran transmisi yang bertegangan 230 kV sampai 765 kV dinamakan saluran Extra High Volt-age (EHV),2 > yang bertegangan di atas 765 kV dinamakan saluran Ultra High Voltage (UHV). 3 >

    Ada dua kategori saluran transmisi: saluran udara (overhead line) dan saluran bawah-tanah (underground). Yang pertama menyalurkan tenaga listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada tiangtiang transmisi dengan perantaraan isolator-isolator, sedang saluran kategori kedua menyalurkan listrik melalui kabel-kabel bawah-tanah. Kedua cara penyaluran mempunyai untung-ruginya sendiri-sendiri. Dibandingkan dengan saluran udara, saluran bawah-tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, taufan, hujan angin, bahaya petir, dan sebagainya. Lagi pula, saluran bawah-tanah l_ebih estetis (indah), karena tidak tampak. Karena alasan terakhir ini, saluran-saluran bawah-tanah lebih disukai di Indonesia, terutama untuk kota-kota besar. Namun, biaya pembangunannya jauh lebih mahal daripada saluran udara, dan perbaikannya lebih sukar bila terjadi gangguan hubung-singkat dan kesukaran-kesukaran.

    1.2 Sistim Tenaga Listrik

    Menurut jenis arusnya dikenal sistim arus bolak-balik (A.C. atau alternating cur-rent) dan sistim arus searah (D.C. atau direct current). Di dalam sistim A.C. penaikan dan penurunan tegangan' mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transformator. Itulah sebabnya maka dewasa ini saluran transmisi di dunia sebagian besar adalah saluran A.C. Di dalam sistim A.C. ada sistim satu-fasa dan sistim tiga-fasa. Sistim tiga-fasa mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistim satu-fasa karena (a) daya yang

  • 2 Bab l. Karakteristik Umum Saluran Transmisi

    disalurkan lebih besar, (b) nilai sesaatnya (instantaneous value) konstan, dan (c) medan magnit putarnya mudah diadakan. Berhubung dengan keuntungan-keuntu-ngannya hampir seluruh penyaluran tenaga listrik di dunia dewasa ini dilakukan dengan arus bolak-balik. Namun, sejak beberapa tahun terakhir ini penyaluran arus searah mulai dikembangkan di b.eberapa bagial\ dunia ini. Penyaluran D.C. mempunyai keuntungan karena, misalnya, isolasinya yang lebih sederhana, daya-guna (efficiency) yang tinggi (karena faktor dayanya I) serta tidak adanya masalah stabilitas, sehingga dimungkinkan penyaluran jarak jauh. Namun persoalan ekonominya masih harus diperhitungkan. Penyaluran tenaga listrik dengan sistim D.C. baru dianggap ekonomis bila jarak saluran udara lebih jauh dari 640 km a tau saluran bawah-tanah lebih panjang dari 50 km. 2 ' Ini disebabkan karena biaya peralatan pengubah dari A.C. ke D.C. dan sebaliknya (converter dan inverter equipment) mahal.

    1.3 Tegangan Transmisi

    Untuk daya yang sama, maka daya-guna penyaluran naik oleh karena hilang-daya transmisi turun, apabila tegangan transmisi ditinggikan. Namun, peninggian tegangan transmisi berarti juga penaikan isolasi dan biaya peralatan dan gardu induk. Oleh ka-rena itu, pemilihan tegangan transmisi dilakukan dengan memperhitungkan daya yang disalurkan, jumlah rangkaian. jarak penyaluran, keandalan (reliability), biaya peralatan

    untuk tegangan tertentu, serta tegangan-tegangan yang sekarang ada dan yang diren-canakan. Kecuali itu, penentuan tegangan harus juga dilihat dari segi standarisasi peralatan yang ada. Penentuan tegangan merupakan bagian dari perancangan sistim secara keseluruhan.

    Di Jepang, tegangan kawat antara dua fasa (line-to-line) pada saluran transmisi distandarisasikan sebagai berikut :4 ' Tegangan Nominal (kV):

    Tegangan Kerja Maksimum (kV):

    11-22-33-(66, 77)-110 - (154, 187)-(220, 275) - 500 11,5 - 23 - 34,5- 69- 80,5 - 115 - 161 - 195,5-230 - 287,5 - 525

    Di sesuatu daerah tertentu, hanya dipakai salah satu dari dua tegangan dalam tanda kurung.

    Di negara-negara lain juga dipakai tegangan-tegangan nominal 132 kV, 330 kV, 380 kV, 440 kV dan 700 kV.

    Meskipun tidak jelas menyebutkan keperluannya sebagai tegangan transmisi, di Indonesia, Pemerintah telah menyeragamkan deretan tegangan tinggi sebagai berikut: 5 ' Tegangan Nominal Sistim (kV): (30) - 66 - 110 - (150)- 220 - 380 - 500 Tegangan Tertinggi untuk Perlengkapan : (36) - 72,5 - 123 - (170) - 245 - 420 - 525 Tegangan nominal 30 kV hanya diperkenankan untuk daerah asuhan dimana tegangan distribusi primer 20 kV tidak dipergunakan. Tegangan nominal 150 kV tidak dianjurkan dan hanya diperkenankan berdasarkan hasil studi khusus. Penentuan deretan tegangan di atas disesuaikan dengan rekomendasi International Electrotechnical Commission. 6 '

    1.4 Jatuh Tegangan

    Jatuh tegangan pada saluran transmisi adalah sel isih antara tegangan pada pangkal pengiriman (sending end) dan tegangan pada ujung penerimaan (receiving end) tenaga

  • 1.5 Hilang-Daya dan Gaya-Guna Transmisi 3

    listrik. Pada saluran bolak-balik besarnya tergantung dari impedansi dan admitansi saluran serta pada beban dan faktor daya. Jatuh tegangan relatip dinamakan regulasi tegangan (voltage regulation), dan dinyatakan oleh rumus:

    V, - V, x 100% v 0 r

    dimana V, = tegangan pada pangkal pengiriman V, = tegangan pada ujung penerimaan

    (I)

    Untuk jarak dekat regulasi tegangan tidak berarti (hanya beberapa % saja), tetapi untuk jarak sedang dan jauh dapat mencapai 5-15 %.

    Bila beban pada saluran EHV tidak berat, sistim tenaga dioperasikan pada regulasi yang konsian, karena pengaruh arus pemuat (charging current) besar. Untuk memung-kinkan regulasi yang kecil, saluran transmisi dioperasikan pada tegangan yang konstan pada ujung penerimaan dan pangkal pengiriman tanpa dipengaruhi oleh beban. Bila tegangan pada titik penerimaan turun karena naiknya beban, maka dipakai pengatur tegangan dengan be ban (on-load voltage-regulator), guna memungkinkan tegangan sekunder yang konstan, meskipun tegangan primernya berubah.

    1.5 Hilang-Daya dan Daya-Guna Transmisi

    Hilang-daya (rugi-daya) utama pada saluran transmisi adalah hilang-daya tahanan pada penghantar. Disamping itu ada hilang-daya korona dan hilang-daya karena kebo-coran isolator, terutama pada saluran tegangan tinggi. Pada saluran bawah-tanah ada hilang-daya dielektrik dan hilang-daya pada sarung kabel (sheath).

    1.5.1. Hilang-Daya Tahanan

    Hilang-daya tahanan untuk saluran tiga-fasa tiga-kawat untuk saluran transmisi yang pendek dinyatakan oleh persamaan:

    P1 = 3/2Rl

    sedang untuk saluran panjang dimana arus pemuat diperhitungkan

    P, = 3Rl(I2 - !le sin QI, + +in dimana P, = hilang-daya tahanan (W)

    R = tahanan kawat per fasa (Q/km) I = panjang saluran (km)

    cos QI, = faktor-daya beban I= arus beban (A)

    ( = arus pemuat pada titik pengiriman (A)

    (2)

    (3)

    Dalam persamaan di atas jatuh-tegangan diabaikan, sehingga distribusi arus pemuat adalah linier. Untuk menghitung hilang-daya pada saluran jarak jauh secara tepat harus digunakan rumus-rumus tersebut dalam 5.3.5.

    Hilang-daya seperti dinyatakan di atas dihitung atas dasar I (arus) pada waktu tertentu. Dari segi ekonomis, hilang-tenaga tahunan atau hilang-tenaga tahunan rata-rata perlu dipertimbangkan juga. Faktor hilang-tahunan (annual loss factor) adalah

  • 4 Bab 1. Karakteristik Umum Saluran Transmisi

    perbandingan antara hilang tenaga tahunan rata-rata dan hilang-daya pada beban maksimum, atau

    faktor hilang-tahunan = . hilang-tenaga tahunan (kWh) (4) h1lang-daya pada beban puncak (kW) x. 8760 (h)

    Dalam hubungannya dengan faktor beban (load factor), sering digunakan persamaan pendekatan (approximate)7 '

    fnr = 0,3JBT + 0,7(! BT)2 dimana fnr = faktor hilang-tahunan

    f BT = faktor beban-tahunan UT

    PRm X 8760 dimana Ur= tenaga (yang diterima oleh beban) setahun, kWh

    PRm = daya maksimum pada beban (kW) 8760 = jumlah jam dalam setahun

    (5)

    (6)

    Faktor beban dapat didefinisikan secara umum sebagai perbandingan antara beban rata-rata selama suatu perioda tertentu dan beban puncak yang terjadi dalam perioda tersebut. 8 '

    Faktor hilang-tabunan terutama dipakai untuk memungkinkan studi mengenai evaluasi hilang tenaga; namun, ia dapat juga digunakan untuk menetapkan jam ekivalen, yaitu jumlah jam rata-rata dalam sehari dimana beban puncak harus dipertahankan sehingga dihasilkan jumlah hilang-tenaga yang sama dengan beban yang berubah (variable load). 9 i Dengan demikian mak~ jam ekivalen tahunan adalah

    H = hilang-tenaga tahunan (kWh) hilang daya maksimum (kW)

    1.5.2. Hilang Korona

    (7)

    Bila garis-tengah (diameter) kawat kecil dibandingkan dengan tegangan transmisi, maka terjadilah gejala tegangan tinggi yang disebut korona. Korona menyebabkan hilang-korona yang akan dibahas lebih lanjut dalam 5.2.2. Biasanya gejala korona baru terjadi bila tegangannya mencapai 77 kV atau lebih. Di luar negeri hila'ng-korona baru dipertimbangkan pada ketinggian tertentu dari muka laut dan bila tegangannya melebihi EHV (periksa Jilid III, Buku ini).

    1.5.3. Hilang Kebocoran pada Isolator

    Isolator mempunyai hilang-daya dielektrik dan hilang-daya karena kebocoran (leakage) pada permukaannya. Yang terakhir ini kecil, kecuali bila udaranya kotor (polluted).

    1.5.4. Hilang-Hilang Lain

    .Kecuali hilang-hilang daya pada saluran transmisi yang telah disebutkan, terdapat hilang-hilang daya pada peralatan-peralatan dalam gardu dan pusat-pusat listrik (misalnya transformator, periksa Jilid III, Buku ini).

  • 1.6 Referensi 5

    1.5.5. Daya-Guna Transmisi

    Daya-guna (efficiency) saluran transmisi adalah perbandingan antara daya yang diterima dan daya yang disalurkan

    - P, x l00% - P, x l00% 11-p- o -P + P ' T H

    dimana P, = daya yang diterima (kW) P, = daya yang dikirimkan (kW) PH = hilang-daya (kW)

    Daya-guna transmisi rata-rata tahunan dinyatakan oleh

    11r = U,r X l00% U,r

    U,r + UHT dimana U,r = tenaga tahunan yang diterima (kWh)

    U,r = tenaga tahunan yang dikirimkan (kWh) Unr = hilang-tenaga tahunan (kWh)

    1.6 Referensi

    (8)

    (9)

    Di dalam Bab I ini digunakan referensi terhadap sumber-sumber yang berasal dari luar, yang ditandai oleh angka-angka yang dinaikkan (superscript), S(:bagai berikut: I) D.N. Reps, "Subtransmission and Distribution Substations", Distribution Systems,

    Westinghouse, East Pittsburgh, Pa., USA 1959, Tabel 13, hal. 87. 2) L. 0. Barthold, E. M. Hunter, "The Electrical Design of Future EHV Systems:

    An Over-All View", Proceedings, American Power Conference, .vol. XXIV, 1962.

    3) J. G. Anderson, et al, "Ultrahigh-Voltage Power Transmission", Proceedings, IEEE, vol. 59, No. 11, November 1971, hal. 1548-1556.

    4) Japanese Electrotechnical Committee, Standard Voltage, JEC-158, Denki Shoin, 1970.

    5) Keputusan Direktur Jendral Tenaga dan Listrik No. 39/K/ 1971 , 16 Mei 1970, tentang Tegangan Tinggi.

    6) Publications 38, International Electrotechnical Commission, Fourth Edition, 1967, hal. 5, 11, 13.

    7) F. H. Buller, C. A. Woodrow, "Load Fact.or: Equivalent Hour Values Com-pared", Electrical World, vol. 92, No. 2, July 14 1928, hal. 59-60.

    8) American Standard Definitions of Electrical Terms, Group 35, Generation, Trans-mission and Distribution, ASA C. 42-35-1957.

    9) L. W. Manning, "Load Characteristics", Distribution Systems, Westinghouse, East Pittsburgh, Pa., USA, 1959, hal. 28.