Mata Kuliah : Operasi Sistem Tenaga Listrik

Biaya Investasi

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya biaya investasisuatu saluran transmisi, yaitu: 1. Faktor biaya setempat yang besarnya tidak tergantung padabesaran listrik, seperti upah kerja dan biaya pembebasantanah. Pada daerah yang kering dan gersang serta jauh daripemukiman, biaya pembebasan tanah relatif kecil. Sebaliknya,untuk saluran transmisi yang melintasi daerah pemukiman,biaya pembebasan tanah cukup tinggi. Variasi biaya pembebasantanah tidak tergantung pada tegangan kerja saluran transmisimaupun luas penampang penghantar, tetapi tergantung padalokasi lintasan saluran transmisi sehingga dalam analisisbiaya transmisi dianggap sebagai biaya tetap berdasarkanperkiraan biaya rata-rata pembebasan tanah perkilometer.Faktor ini dinyatakan dengan suatu konstanta a.

2. Faktor biaya yang besarnya tergantung pada tegangan kerja,dalam hal ini misalnya isolator. Faktor ini dapat dinotasikandengan bV, dimana b adalah suatu konstanta dan V adalahtegangan kerja saluran transmisi.

3. Faktor biaya yang besarnya tergantung pada luas penampangkonduktor. Faktor biaya ini erat kaitannya dengan menaratransmisi, biaya pembuatan pondasi dan biaya penarikan kawat.Faktor ini dapat dinotasikan dengan cA, dimana c adalah suatukonstanta dan A adalah luas penampang penghantar.

Dari beberapa faktor biaya di atas dapat ditulis suatubentuk persamaan matematis yang menyatakan hubungan fungsionalantara biaya investasi transmisi spesifik (persatuan panjang)dengan variabel tegangan dan luas penampang penghantar sebagaiberikut:

Ks= a + bV + cA ;Biaya investasi total menjadi :Ki=(a + bV + cA)

Biaya Pengusahaan

Jika te adalah waktu kerja efektif selama 1 tahun (jam) dan be

adalah biaya operasi untuk tenaga listrik per-kWH, maka biayarugi-rugi daya dapat ditulis :

Kr= ΔP . te . be

Biaya pemeliharaan biasanya dikaitkan dengan biaya investasi.Dalam persamaan dapat ditulis:

Km= km . Ki

Biaya pengusahaan (Kp) = Kr + Km , maka :Kp= ΔP . te . be + km . Ki

Biaya total tahunanKt = Ka +Kp ................................................................ (i)Ka= biaya investasi tahunan ; Ka = (ka + ki) Ki

dengan mensubstitusikan Ka dan Kp ke persamaan (i) maka:

Kt = (ka + ki) Ki + ΔP . te . be + km . Ki

Kt = (ka + ki + km) Ki + ΔP . te . be

Kt = (a + bV + cA) kt . + ΔP . te . be

.......................................(ii)

Dengan kt = ka + ki + km

Optimasi Tegangan

Kt= (a + bV + cA) kt . + . te . be

Biaya tahunan akan minimum terhadap tegangan jika :

Maka nilai tegangannya menjadi :

Untuk mendapatkan bentuk umum dapat dilakukan dengan pendekatan variabel ΔP dan A dalam bentuk η (efisiensi) .

ΔP ≈ dan

Pendekatan di atas disubstitusikan ke persamaan (ii) , diperoleh :

Kt= (a + bV + cA) kt . + . te . be

Nilai tegangan pada saat biaya minimum adalah:

Sebagai pendekatan anggaplah sebuah sistem transmisi sepanjangℓ dan menyalurkan daya sebesar P, biaya transformer dan switchgear sebesar (A+BV)P, dimana A dan B adalah konstan dan V adalah tegangan. Biaya isolator sebesar (C+DV)ℓ. Biaya konduktor sebanding dengan ℓ P/V, katakanlah EℓP/V. Jadi, biaya totalnya (Ktot) sebesar :

Untuk biaya minimum, adalah:

HVAC - HVDC

Ada dua alternatif teknologi untuk mentransmisikan daya listrik dalam jumlah besar (bulk power), yaitu HVAC (High Voltage Alternating Current) dan HVDC (High Voltage Direct Current). Teknologi HVAC saat ini digunakan pada sistem transmisi Jawa-Bali, dimana hampir seluruhnya berupa saluran udara tegangan tinggi atau ekstra tinggi. Secara umum HVAC masih merupakan alternatif yang murah dan fleksibel untuk transmisi daya listrik. Kelemahannya, sistem HVAC menyerap daya reaktif yang besarnya berbanding lurus dengan panjang saluran transmisi. Hal ini mengakibatkan rugi-rugi transmisi yang cukup besar. Dengan demikian HVAC memiliki keterbatasan untuk menyalurkan daya dengan jarak yang jauh. Bahkan pada saluran transmisi kabel bawah tanah atau bawah laut, kemampuan kabel HVAC dalam menyalurkan daya sangat terbatas, hal ini disebabkan oleh kapasitansi yang tinggi antara konduktor dengan tanah atau airlaut.

Berbeda dengan HVAC yang relatif murah, HVDC terhitung mahal. Penyebab utama tingginya biaya investasi HVDC adalah tingginyaharga konverter. Namun di sisi lain, HVDC memiliki sejumlah kelebihan dibandingkan HVAC. Pertama, HVDC memiliki rugi-rugi daya yang lebih kecil karena tidak mengkonsumsi daya reaktif. Rendahnya rugi-rugi tersebut memungkinkan transmisi daya yang lebih besar dan jarak yang lebih jauh. HVDC juga memerlukan lebih sedikit konduktor serta tidak memakan area yang luas untuk perlintasan saluran transmisi. Disamping itu, HVDC mampumeningkatkan stabilitas sistem daya karena teknologi ini tidakmemerlukan operasi sinkron antara kedua sistem yang dihubungkannya. Teknologi HVDC saat ini memungkinakan transferdaya listrik hingga 3600 MW untuk setiap unit dengan panjang transmisi mencapai lebih dari 1400 km.

Jalur interkoneksi Sumatera-Jawa (Sumber: Sudarmadi, 2006)

Interkoneksi Sumatera-Jawa diperkirakan akan menghubungkan Musi Rawas dan Muara Enim yang nantinya akan menjadi sebuah pusat pembangkitan listrik mulut tambang dan wilayah sekitar Jakarta sebagai pusat beban. Panjang saluran transmisi diperkirakan sekitar 700 km. Dimana 40 km dari panjang tersebut merupakan kabel bawah laut yang melintasi Selat Sundadengan menghubungkan Kalianda dengan Suralaya. Daya yang ditransmisikan diperkirakan lebih dari 2000 MW. Dengan spesifikasi tersebut maka pilihan teknologi yang dianggap paling tepat adalah dengan menggunakan sistem transmisi HVDC.

Keutungan strategis

Ada banyak keutungan strategis dengan kehadiran interkoneksi Sumatera-Jawa tersebut, antara lain:

1. Mengamankan pasokan listrikPasokan listrik di Jawa-Bali saat ini mengalami defisit daya yang cukup besar. Kombinasi antara keterbatasan daya listrik dan buruknya keandalan pembangkit-pembangkit listrik di Jawa-Bali memaksa PLN untuk melakukan pemadaman bergilir di sejumlah wilayah. Alhasil, selama tahun lalu kejadian

pemadaman listrik ini telah dilakukan lebih dari tiga kali. Kehadiran interkoneksi Sumatera-Jawa tentunya diharapkan akan membantu mengatasi permasalahan ini.

2. Meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik Pembangunan pembangkit dengan memanfaatkan pembangkit mulut tambang akan meningkatkan efisiensi pembangkitan. Ini karena batubara yang digunakan sebagai bahan bakar tidak membutuhkan transportasi yang panjang menuju lokasi pembangkitan. Masalah yang berhubungan dengan terhambatnya pasokan batubara ke pembangkit-pembangkit di Jawa juga bisa diminimalkan. Pembangkit mulut tambang juga memungkinkan pemanfaatan batubara kulitas rendah. Jenis batubara ini tidak ekonomis untuk diekspor atau ditransportasikan ke pembangkit-pembangkitlistrik di Jawa oleh karenanya pembangkit harus dibangun di lokasi yang dekat dengan lokasi tambang.

3. Meningkatkan keandalan sistem listrikPemadaman listrik (black out) pada 18 Agustus 2005 membuktikan betapa rentannya sistem kelistrikan Jawa-Bali. Padahal untuk waktu-waktu yang akan datang keandalan sistem kelistrikan menjadi prasyarat yang semakin vital dalam menentukan keberhasilan pembangunan ekonomi. Interkoneksi Sumatera-Jawa akan menghubungkan secara langsung pembangkit di Sumatera dengan pusat beban Jawa-Bali yang terkonsentrasi di Jawa bagian barat. Interkoneksi tersebut tentu diharapakan akan meningkatkan keandalan sistem yang ada saat ini.

4. Memacu dan meratakan pertumbuhan ekonomiInterkoneksi Sumetara-Jawa akan memacu pembangunan di Sumaterakhususnya di Sumatera Selatan dan sekitarnya dengan meningkatnya pendapatan daerah melalui penjualan listrik. Disamping itu ekses daya dari pembangkit yang ada bisa dimanfaatkan untuk mempercepat pertumbuhan listrik di daerah tersebut. Seiring dengan tersedianya infrastruktur listrik yang memadai diharapkan Sumatera akan menjadi lebih atraktif untuk aktifitas perekonomian.

KLASIFIKASI TEGANGAN

1. SALURAN UDARA TEGANGAN EKSTRA TINGGI (SUTET) 200 KV – 500 KV

• Pada umumnya digunakan pada pembangkitan dengan kapasitas diatas 500 MW.• Tujuannya adalah agar drop tegangan dan penampang kawat dapat direduksi secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan efisien.• Permasalahan mendasar pembangunan SUTET adalah: konstruksi tiang (tower) yang besar dan tinggi, memerlukan tapak tanah yang luas, memerlukan isolator yang banyak, sehingga pembangunannya membutuhkan biaya yang besar.• Masalah lain yang timbul dalam pembangunan SUTET adalah masalah sosial, yang akhirnya berdampak pada masalah pembiayaan, antara lain: Timbulnya protes dari masyarakat yangmenentang pembangunan SUTET, Permintaan ganti rugi tanah untuktapak tower yang terlalu tinggi tinggi, Adanya permintaan ganti rugi sepanjang jalur SUTET dan lain sebagainya.• Pembangunan transmisi ini cukup efektif untuk jarak 100 km sampai dengan 500 km.

2. SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI (SUTT) 30 KV – 150 KV

• Tegangan operasi antara 30 KV sampai dengan 150 KV.• Konfigurasi jaringan pada umumnya single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar netralnya digantikan oleh tanah sebagai saluran kembali.• Apabila kapasitas daya yang disalurkan besar, maka penghantar pada masing-masing phasa terdiri dari dua atau empat kawat (Double atau Qudrapole) dan Berkas konduktor disebut Bundle Conductor.• Jika transmisi ini beroperasi secara parsial, jarak terjauh yang paling efektif adalah 100 km.• Jika jarak transmisi lebih dari 100 km maka tegangan jatuh (drop voltaje) terlalu besar, sehingga tegangan diujung transmisi menjadi rendah.• Untuk mengatasi hal tersebut maka sistem transmisi dihubungkan secara ring system atau interconnection system. Ini sudah diterapkan di Pulau Jawa dan akan dikembangkan di Pulau-pulau besar lainnya di Indonesia.

3. SALURAN KABEL TEGANGAN TINGGI (SKTT) 30 KV – 150 KV

SKTT dipasang di kota-kota besar di Indonesia (khususnya di Pulau Jawa), dengan beberapa pertimbangan :• Di tengah kota besar tidak memungkinkan dipasang SUTT, karena sangat sulit mendapatkan tanah untuk tapak tower. • Untuk Ruang Bebas juga sangat sulit dan pasti timbul protes dari masyarakat, karena padat bangunan dan banyak gedung-gedung tinggi.• Pertimbangan keamanan dan estetika.• Adanya permintaan dan pertumbuhan beban yang sangat tinggi.

Jenis kabel yang digunakan:• Kabel yang berisolasi (berbahan) Poly Etheline atau kabel jenis Cross Link Poly Etheline (XLPE).• Kabel yang isolasinya berbahan kertas yang diperkuat dengan minyak (oil paper impregnated).

Inti (core) kabel dan pertimbangan pemilihan:• Single core dengan penampang 240 mm2 – 300 mm2 tiap core.• Three core dengan penampang 240 mm2 – 800 mm2 tiap core.• Pertimbangan fabrikasi.• Pertimbangan pemasangan di lapangan.

Kelemahan SKTT:• Memerlukan biaya yang lebih besar jika dibanding SUTT.• Pada saat proses pembangunan memerlukan koordinasi dan penanganan yang kompleks, karena harus melibatkan banyak pihak, misal : pemerintah kota (Pemkot) sampai dengan jajaran terbawah, PDAM, Telkom, Perum Gas, Dinas Perhubungan, Kepolisian, dan lain-lain.

Panjang SKTT pada tiap haspel (cable drum), maksimum 300 meter. Untuk desain dan pesanan khusus, misalnya untuk kabel laut, bisa dibuat tanpa sambungan sesuai kebutuhan.

Pada saat ini di Indonesia telah terpasang SKTT bawah laut (Sub Marine Cable) dengan tegangan operasi 150 KV, yaitu:• Sub marine cable 150 KV Gresik – Tajungan (Jawa – Madura).• Sub marine cable 150 KV Ketapang – Gilimanuk (Jawa – Bali).

Beberapa hal yang perlu diketahui:

• Sub marine cable ini ternyata rawan timbul gangguan.• Direncanakan akan dibangun sub marine cable Jawa – Sumatera.• Untuk Jawa – Madura, saat ini sedang dibangun SKTT 150 KV yang dipasang (diletakkan) di atas Jembatan Suramadu.

4. SALURAN UDARA TEGANGAN MENENGAH (SUTM) 6 KV – 30 KV

• Di Indonesia, pada umumnya tegangan operasi SUTM adalah 6 KVdan 20 KV. Namun secara berangsur-angsur tegangan operasi 6 KVdihilangkan dan saat ini hampir semuanya menggunakan tegangan operasi 20 KV.• Transmisi SUTM digunakan pada jaringan tingkat tiga, yaitu jaringan distribusi yang menghubungkan dari Gardu Induk, Penyulang (Feeder), SUTM, Gardu Distribusi, sampai dengan ke Instalasi Pemanfaatan (Pelanggan/ Konsumen).• Berdasarkan sistem pentanahan titik netral trafo, efektifitas penyalurannya hanya pada jarak (panjang) antara 15km sampai dengan 20 km. Jika transmisi lebih dari jarak tersebut, efektifitasnya menurun, karena relay pengaman tidak bisa bekerja secara selektif.• Dengan mempertimbangkan berbagai kondisi yang ada (kemampuanlikuiditas atau keuangan, kondisi geografis dan lain-lain) transmisi SUTM di Indonesia melebihi kondisi ideal di atas.

5. SALURAN KABEL TEGANGAN MENENGAH (SKTM) 6 KV – 20 KV

Ditinjau dari segi fungsi , transmisi SKTM memiliki fungsi yang sama dengan transmisi SUTM. Perbedaan mendasar adalah, SKTM ditanam di dalam tanah.

Beberapa pertimbangan pembangunan transmisi SKTM adalah: • Kondisi setempat yang tidak memungkinkan dibangun SUTM.• Kesulitan mendapatkan ruang bebas (ROW), karena berada di tengah kota dan pemukiman padat. • Pertimbangan segi estetika.

Beberapa hal yang perlu diketahui:• Pembangunan transmisi SKTM lebih mahal dan lebih rumit, karena harga kabel yang jauh lebih mahal dibanding penghantar udara dan dalam pelaksanaan pembangunan harus melibatkan sertaberkoordinasi dengan banyak pihak.

• Pada saat pelaksanaan pembangunan transmisi SKTM sering menimbulkan masalah, khususnya terjadinya kemacetan lalu lintas.• Jika terjadi gangguan, penanganan (perbaikan) transmisi SKTMrelatif sulit dan memerlukan waktu yang lebih lama jika dibandingkan SUTM.• Hampir seluruh (sebagian besar) transmisi SKTM telah terpasang di wilayah PT. PLN (Persero) Distribusi DKI Jakarta & Tangerang.

6. SALURAN UDARA TEGANGAN RENDAH (SUTR) 40 VOLT – 1000 VOLT

Transmisi SUTR adalah bagian hilir dari sistem tenaga listrik pada tegangan distribusi di bawah 1000 Volt, yang langsung memasok kebutuhan listrik tegangan rendah ke konsumen. Di Indonesia, tegangan operasi transmisi SUTR saat ini adalah 220/ 380 Volt.

Radius operasi jaringan distribusi tegangan rendah dibatasi oleh:• Susut tegangan yang disyaratkan.• Luas penghantar jaringan.• Distribusi pelanggan sepanjang jalur jaringan distribusi.• Sifat daerah pelayanan (desa, kota, dan lain-lain).• susut tegangan yang diijinkan adalah + 5% dan – 10 %, denganradius pelayanan berkisar 350 meter.

Saat ini transmisi SUTR pada umumnya menggunakan penghantar Low Voltage Twisted Cable (LVTC).

7. SALURAN KABEL TEGANGAN RENDAH (SKTR) 40 VOLT – 1000 VOLT

Ditinjau dari segi fungsi, transmisi SKTR memiliki fungsi yangsama dengan transmisi SUTR. Perbedaan mendasar adalah SKTR di tanam didalam di dalam tanah. Jika menggunakan SUTR sebenarnyadari segi jarak aman/ ruang bebas (ROW) tidak ada masalah, karena SUTR menggunakan penghantar berisolasi.

Penggunaan SKTR karena mempertimbangkan:• Sistem transmisi tegangan menengah yang ada, misalnya karenamenggunakan transmisi SKTM.• Faktor estetika.

Oleh karenanya transmisi SKTR pada umumnya dipasang di daerah perkotaan, terutama di tengah-tengah kota yang padat bangunan dan membutuhkan aspek estetika.

Dibanding transmisi SUTR, transmisi SKTR memiliki beberapa kelemahan, antaralain:• Biaya investasi mahal.• Pada saat pembangunan sering menimbulkan masalah.• Jika terjadi gangguan, perbaikan lebih sulit dan memerlukan waktu relatif lama untuk perbaikannya.

Transmisi 275 kV merupakan standard tegangan ekstra tinggi di Indonesia berdasarkan SNI 04-6918-2002 .