Performa Pada Saluran Transmisi [PDF]

Citation preview

PERFORMA PADA SALURAN TRANSMISI Hanugroho Sasmita Aji Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111



Abstrak – Dari pembangkit, energy listrik tidak bisa dislurkan ke konsumen dalam dimesi arus dan tegangan yang sama. Hal ini dikarenakan dengan arus yang besar akan menimbulkan rugi-rugi yang besar pula. Untuk itu diperlukan sistem transmisi. Sistem transmisi merupakan suatu sistem dalam penyaluran energi listrik dari suatu sumber penyuplai energi listrik ke beberapa daerah (misal dari pembangkit ke gardu induk,atau dari gardu induk ke gardu induk lain) dengan menggunakan perantara overhead lines atau kabel saluran udara atau bisa juga dengan menggunakan underground lines atau kabel bawah tanah. Sisten ini memiliki beberapa parameter penting yang harus diperhatikan karena transmisi adalah hal yang vital dalam Sistem Tenaga Listrik. Adapun parameter tersebut adalah panjang saluran, karakteristik saluran dan kapasitansi. Masing-masing mempunyai pengaruh tersendiri bagi performa pada saluran transmisi. Ada dua kategori saluran transmisi yaitu saluran udara (overhead lines) dan kabel tanah (underground cable). Yang pertama menyalurkan tenaga listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada menara atau tiang transmisi dengan perantaraan isolator-isolator, sedang kategori kedua menyalurkan tenaga listrik melalui kabel-kabel yang ditanam dibawah permukaan tanah.



Kata Kunci: Transmisi,Kapasitansi



1. PENDAHULUAN Mungkin selama ini ada yang memahami bahwa yang dimaksud transmisi adalah proses penyaluran energi listrik ke suatu daerah dengan menggunakan tegangan tinggi saja. Bahkan ada yang memahami bahwa transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dengan menggunakan tegangan tinggi dan melalui saluran udara (over head line). Namun sebenarnya, transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya, yang besaran tegangannya ada beberapa klasifikasi yang diantaranya adalah: Tegangan Ultra Tinggi (UHV), Tegangan Ekstra Tinggi (EHV), Tegangan Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan Tegangan Rendah (LV). Jenis – jenis dari saluran transmisi menurut panjang transmisi didasarkan bagaimana transmisi tersebut didistribusikan dalam seluruh panjang transmisi dapat dibagi menjadi 3 yaitu



transmisi panjang, transmisi menengah, dan transmisi pendek. Transmisi pendek merupakan saluran transmisi dengan panjang saluran kurang dari 50 mil. Transmisi menengah merupakan saluran transmisi dengan panjang saluran antara 50 mil hingga 150 mil. Transmisi panjang merupakan saluran transmisi dengan panjang saluran lebih dari 150 mil. Pada suatu saluran transmisi besaran – besaran tegangan, arus, serta daya akan mengalami perubahan nilai sepanjang saluran tersebut. Perubahan nilai parameter-parameter saluran, seperti konstanta primer dan sekunder atau jika diberikan pembebanan akan menyebabkan perubahan nilai serta bentuk tegangan dan arus pada tiap titik di sepanjang saluran tersebut. Parameter- parameter ini perlu diperhatikan dalam merancang suatu saluran transmisi untuk mendapatkan hasil yang memuaskan. Pada realisasinya saluran transmisi ini berupa kawat-kawat yang di pasang pada menara atau tiang dan bisa juga melalui kabel yang di pendam di bawah permukaan tanah, saluran transmisi berfungsi menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit, yang umumnya terletak jauh dari pusat beban, ke gardu induk penurun tegangan yang memiliki transformer penurun tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan distribusi (menengah). Saluran transmisi ini mempunyai tegangan yang tinggi agar dapat meminimalkan rugi-rugi daya (power losses) disaluran. Contoh dari saluran transmisi di Indonesia adalah : SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi, dengan tegangan kerja 70--150 kV), SUTET (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi, dengan tegangan kerja 500 kV). Sedangkan Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi pertama-pertama dilakukan pada gardu induk (GI), dimana tegangan diturunkan ke tegangan yang lebih rendah, misalnya dari 500 kV ke 150 kV atau dari 150 kV ke 70 kV. Kemudian penurunan kedua dilakukan pada gardu induk distribusi dari 150 kV ke 20 kV atau dari 70 kV ke 20 kV. Tegangan 20 kV ini disebut tegangan distribusi primer. 2. DASAR SALURAN TRANSMISI Berdasarkan fungsinya dalam operasi, saluran transmisi sering diberi nama : transmisi yang



menyalurkan daya besar dari pusat-pusat pembangkit ke daerah beban, atau antaradua atau lebih system (saluran interkoneksi/tie-line), sub-transmisi yang biasanya merupakan transmisi percabangan dari saluran yang tinggi ke saluran yang lebih rendah level tegangannya, distribusi yang menyalurkan dari tegangan transmisi ke tegangan distrribusi (20 kV). 2.1 Macam Transmisi.



Transmisi



Menurut



Panjang



1. Saluran Pendek Panjang saluran kurang dari 50 mil. Harga admitansi shunt diabaikan sedang harga impedansi serie dipusatkan ditengah-tengah transmisi. Dalam diagram pengganti saluran pendek kapasitansi dapat diabaikan seperti gambar berikut. Is



IR



jX



R



Z VR



Vs



ZL



Gambar 1: Diagram pengganti saluran pendek



Vs = tegangan pada ujung kirim Is = arus pada ujung kirim VR = tegangan pada ujung terima IR = arus pada ujung terima Z = R + jX impedansi saluran Maka relasi tegangan dan arus, Vs = VR + Z IR S = IR Pengaturan tegangan atau “Voltage Regulation” (VR) didefinisikan sebagai : VR ( NL)  VR ( FL ) VR (%) = x 100% VR ( FL ) 2. Saluran menengah Panjang saluran antara 50 mil hingga 150 mil. Seluruh harga admitansi shunt dipusatkan pada pertengahan transmisi atau dibagi dua sama besar untuk masing-masing ujung transmisi. Pada saluran menengah kapasitansi dapat dipusatkan pada satu titik (nominal T), atau pada titik nominal PI. Nominal T Is



jX



R



P



Vs



jX



R



Z/2



VR



Gambar 2 : Diagram pengganti saluran menengah nominal T



Relasi tegangan dan arus : Vs = VR + IR(Z/2) + Is(Z/2) dimana



Z 2Y ZY ) VR + ( Z + ) IR 4 2 Nominal PI Vs = ( 1 +



IR



Ip



jX



R



Z VR



Vs



Y/2



Y/2



Gambar 3 : Diagram pengganti saluran menengah Nominal PI



Relasi tegangan dan arus : Y Vs = VR + ( IR + VR )Z 2 ZY Vs = ( 1 + ) VR + Z IR 2 ZY 2 ZY Is = ( Y + ) VR + ( 1 + ) IR 4 2 Pengaturan tegangan untuk nominal PI atau T: Vs VR(NL) =  VR(FL) = VR ZY 1 2 maka : VR(NL)   VR(FL) VR (%) = X 100% VR(FL) 3. SaluranPanjang Panjang saluran lebih dari 150 mil. Seluruh parameter didistribusikan dengan merata dalam seluruh panjang. Is



R



Z/2 (x)



jX



P



Z/2 (x) R



I(x + x)



Vs



jX



IR



I(x)



V(x + x)



VR



V(x) Y (x)



x



x



Gambar 4 : Diagram pengganti saluran panjang



Z adalah impedansi per satuan panjang Y adalah admitansi shunt per satuan panjang Pada bagian kecil (∆x) dari kawat transmisi yang jaraknya “x” dari ujung terima. ZY ZY V (x + ∆x) = {1 + (∆x)2} Vx + Z ∆x {1 + 2 4 (∆x)2} Ix 2.2 Komponen-komponen utama dari saluran udara



IR



Z/2 Vp



Is



A. Menara atau tiang transmisi Menara atau tiang transmisi adalah suatu bangunan penopang saluran transmisi yang bisa berupa menara baja atau tiang baja. Tiang–tiang baja biasa digunakan pada saluran tegangan rendah (di bawah 70 kV) sedang untuk saluran tegangan tinggi atau ekstra tinggi digunakan menara baja. B. Isolator Jenis isolator yang digunakan pada saluran trnsmisi adalah jenis porselin atau gelas dengan tiga jenis yaitu : jenis pasak, jenis pos-saluran dan isolator gantung. Untuk tegangan kurang dari 22 – 33 kV digunakan jenis pasak atau pos-saluran, sedang



isolator gantung dapat digabung jadi satu rentengan isolator yang jumlahnya disesuaikn dengan kebutuhan. C. Kawat penghantar Dua bahan yang biasanya digunakan pada kabel penghantar yakni Tembaga dan Aluminium. Sejak harga aluminium lebih rendah 59% dari harga tembaga, penghematan dimungkinkan dengan penggunaan aluminium. Penghematan ini menjadi kecil jika biaya penghantar hanya sebagian kecil dari biaya terpasang seluruh sistem. Beberapa penghematan pada biaya logam menutupi biaya isolasi tambahan dan aksesoris yang diperlukan bila luas penampang aluminium yang diperlukan kira-kira 1,5 kali dari tembaga untuk kapasitas arus beban yang sama, akan menghasilkan diameter kabel yang lebih besar. Secara umum makin besar luas penampang kabel, maka makin besar kapasitas hantar dari kabel tersebut. Pada kabel konvensional dengan pendinginan natural/alami. Penguji dapat menyatakan bahwa peningkatan kapasitas arus sebesar 2 kali diperlukan kira-kira rangkap empat dari luas penampang sebelumnya. D. Kawat Tanah Kawat tanah atau ground wires berguna untuk melindungi kawat-kawat penghantar atau kawat-kawat fasa terhadap sambaran petir. Jadi kawat tanah dipasang di atas kawat fasa. Kawat tanah umumnya dipakai kawat baja (steel wires) yang sudah digalvanis, maupun sudah dilapisi dengan almunium atau yang lebih murah yakni menggunakan tipe ASCR. Pada SUTETI yang dibangun mulai tahun 1990an, didalam ground wire difungsikan fibre optic untuk keperluan telemetri, tele proteksi maupun telekomunikasi yang dikenal dengan OPGW (Optic Ground Wire), sehingga mempunyai beberapa fungsi. Jumlah Kawat Tanah paling tidak ada satu buah diatas kawat fasa, namun umumnya di setiap tower dipasang dua buah. Pemasangan yang hanya satu buah untuk dua penghantar akan membuat sudut perlindungan menjadi besar sehingga kawat fasa mudah tersambar petir. Jarak antara ground wire dengan kawat fasa di tower adalah sebesar jarak antar kawat fasa, namun pada daerah tengah gawangan dapat mencapai 120% dari jarak tersebut. 3. KLASIFIKASI SALURAN TRANSMISI 3.1 Saluran Pemasangannya



Transmisi



Berdasarkan



Ada dua kategori saluran transmisi , saluran udara (overhead lines) dan saluran kabel tanah (underground cable). Untuk saluran udara menyalurkan tenaga listrik melalui isolator-isolator, sedangkan saluran kabel tanah menalurkan tenaga listrik melalui kabel-kabel yang ditanam dibawah permukaan tanah. Kedua cara penyaluran diatas mempunyai untung dan ruginya. Untuk saluran udara memiliki beberapa keuntungan yaitu: Lebih murah



karena proses pemasangannya pun tidak perlu menggali dan membangun saluran dibawah tanah , mudah dalam perawatan, mudah dalam mengetahui letak gangguan, mudah dalam perbaikan, ketiga hal ini lebih dikarenakan letak kabel yang berada diatas sehingga mudah penanganannya dibandingkan dengan kabel bawah tanah. Namun pengguanaan kabel udara atau overhead lines juga memiliki beberapa kelemahan,dimana hal tersebut menjadi kelebihan dari kabel underground (bawah tanah) yaitu dibandingkan dengan saluran udara, saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, angin topan, hujan angin, bahaya samabaran petir. Sehingga bisa dikatakan saluran udara keandalannua terhantung dengan faktor luar seperti cuaca dsb sedangkan kabel bawah tanah dinilai lebih terjamin keandalannya. Selain itu saluran bawah tanah lebih estetis karena tidak mengganggu pandangan. Karena itu saluran bawah tanah banyak digunakan di kota-kota besar. Namun biaya pembangunannya cukup mahal dibandingkan dengan saluran udara, dan perbaikannya lebih sukar bila terjadi gangguan hubungan singkat 3.2 Kategori saluran transmisi berdasarkan arus listrik Dalam dunia kelistrikan, dikenal dua kategori arus listrik, yaitu arus bolak-balik (Alternating Current/AC) dan arus searah (Direct Current/DC). Oleh karena itu , berdasarkan jenis arus listrik yang mengalir di saluran transmisi, maka saluran transmisi terdiri dari: 1. Saluran transmisi AC Di dalam system AC, penaikan dan penurunan tegangannya sangat mudah dilakukan dengan bantuan transformator dan juga memiliki 2 sistem, sistem fasa tunggal dan sistem fasa tiga sehingga saluran transmisi AC memiliki keuntungan lainnya, antara lain: a Daya yang disalurkan lebih besar b. Nilai sesaat (instantaneous value) nya konstan c. Mempunyai medan magnet putar Selain keuntungan-keuntungan yang disebutkan diatas, saluran transmisi AC juga memilik kerugian, yaitu: tidak stabil, isolasi yang rumit dan mahal (mahal disini dalam artian untuk menyediakan suatu isolasi yang memang aman dan kuat). 2. Saluran transmisi DC; Dalam saluran transmisi DC, daya guna atau efesiensinya tinggi karena mempunyai factor daya = 1, tidak memiliki masalah terhadap stabilitas terhadap system, sehingga dimungkinkan untuk penyaluran jarak jauh dan memiliki isolasi yang lebih sederhana. Berhubungan dengan keuntungan dan kerugiannya, dewasa ini saluran transmisi di dunia sebagian besar menggunakan saluran transmisi AC. Saluran transmisi DC baru dapat dianggap ekonomis jika jarak saluran udaranya antara 400km sampai 600km, atau untuk saluran bawah tanah dengan panjang 50km. hal itu disebabkan karena biaya peralatan pengubah dari AC ke DC dan sebaliknya (converter & inverter) masih



sangat mahal, sehingga dari segi ekonomisnya saluran AC akan tetap menjadi primadona dari saluran transmisi. 4. PENGUKURAN PARAMETER Perancangan dan pengukuran dilakukan dalam sebuah percobaan dengan menggunakan “bridging plugs”. Berikut langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan dan pengukuran tersebut. 1. Susun Rangkaian seperti gambar 5. 2. Dengan menggunakan “Bridging Plugs” , set tegangan sisi sekunder dari trafo tiga phase sehingga Un = 10 %. 3. Ukur tegangan antara dua konduktor terluar pada sisi kirim dan sisi terima, juga daya reaktif yang di konsumsi oleh salah satu phasa – phasanya. 4. Ubah panjang saluran menjadi 216 km dengan menghubungkan “Bridging Plugs” seperti gambar 6 dan ulangi lagi pengukuran seperti diatas. 5. Ubah panjang saluran menjadi 360 km dengan menghubungkan “Bridging Plugs” seperti gambar 3 dan ulangi lagi pengukuran seperti diatas. Set tegangan trafo tiga phasa pada Un = 10 %. Hilangkan hubungan “Bridging Plugs” kapasitansi dari model saluran transmisi (gambar 4). Ukur tegangan antara dua konduktor terluar pada sisi kirim dan sisi terima, juga daya reaktif yang dikonsumsi oleh salah satu phasa.



(a)



(b)



Gambar 5:a.Saluran Transmisi Pendek (b)Saluran Transmisi menengah.



Gambar 7 : Saluran Transmisi Panjang



Gambar 8: Saluran Transmisi dengan Penambahan Kapasitor



5. PARAMETER SALURAN TRANSMISI 5.1 Panjang Saluran



Dari data yang diperoleh melalui suatu percobaan terlihat bahwa penurunan beban ohm-induktif sebanding dengan besar tegangan kirim, begitu pula dengan tegangan terima. Hanya saja karena panjangnya saluran transmisi dan bebannya induktif menyebabkan tegangan pada sisi terima mengalami drop tegangan. Hal ini sesuai dengan teori bila beban nilai L-nya semakin ditingkatkan maka pada tegangan terima mengalami drop, namun bila saluran transmisinya panjang maka drop tegangan dapat dikurangi dengan adanya line charging. Hubungan Beban Ohm-Induktif dengan cos phi



Gambar 9: Unjuk Kerja Tanpa Beban



Saluran transmisi juga membutuhkan daya aktif sebab saluran transmisi sendiri merupakan suatu penghantar yang mengandung resistansi, sehingga dalam saluran transmisi tanpa beban juga membutuhkan daya aktif. Nilainya dapat dilihat pada wattmeter yang terpasang. Daya aktif ini timbul akibat adanya rugi-rugi transmisi yang disebabkan oleh adanya resistansi saluran yang berbentuk panas. Semakin panjang saluran daya reaktif yang dibutuhkan juga akan semakin besar. Hal ini disebabkan adanya rugi – rugi pada saluran transmisi yang bersifat induktif. Hasil pengukuran untuk panjang saluran 100% tanpa menggunakan kapasitansi. Dari data dapat kita lihat jika tanpa menggunakan kapsitansi tegangan disisi terima tidak terlalu besar tetapi setelah ditambahkan kapasitansi tegangan disisi terima bertambah besar. 5.2 Karakteristik Beban a.



Beban Ohm-Induktif dan Induktif Murni



Karakteristik yang umum untuk tegangan dari semua pengukuran adalah bahwa penurunan beban ohminduktif tidak berpengaruh dengan besar tegangan kirim, begitu pula dengan tegangan terima



Tegangan



Hubungan Beban Ohm-Induktif dengan Tegangan 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0



cos phi



Berdasarkan data dari percobaan diatas terlihat bahwa panjang saluran mempengaruhi besar kenaikan tegangan di sisi terima. Semakin panjang salurannya maka tegangan di sisi terima semakin besar pula. Hal ini karena adanya line charging. Kemudian semakin panjang saluran maka rasio U2/U1 nya semakin besar pula. Selain itu dapat diamati bahwa Semakin panjang saluran maka semakin besar pula daya reaktif (Q) yang dibutuhkan.



0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0



100 80 60 40



L =1.2 H



L=1H



L = 0.8 H



Gambar 11 : Hubungan Beban Ohm-Induktif dengan daya aktif dan reaktif Hubungan Beban Ohm-Induktif dengan Daya Aktif dan Reaktif 40 35 30 25 20 15 10 5 0



100 80 60 40 L =1.2 H



L =1.2 H



P



Q



L = 1 H L = 1 H L = 0.8 L = 0.8 H H P



Q



P



Q



Gambar 12 : Hubungan Beban Ohm-Induktif dengan Cos Phi



Dari percobaan diperoleh besar daya aktif dipengaruhi oleh beban resisitif. Semakin besar beban resistifnya maka daya aktifnya akan menurun hal ini karena arus salurannya yang semakin kecil, sedangkan beban L tidak terlalu mempengaruhi besar daya aktif. Untuk daya reaktif besarnya dipengaruhi oleh beban L, di mana semakin besar beban L maka daya reaktifnya semakin kecil. Hal ini dikarenakan beban induktif menyerap daya reaktif. Oleh karena daya reaktif yang menurun maka cos phi nya menjadi naik b. Beban Ohm-Kapasitif dan Kapasitif Murni Dari data percobaan yang telah dilakukan di dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :



100 80



1.



60 40 L =1.2 L =1.2 H H U1



U2



L=1 H



L=1 H



L = 0.8 H



L = 0.8 H



U1



U2



U1



U2



Gambar 10: Grafik Hub Beban Ohm Induktif dengan Tegangan



2.



Untuk nilai setiap beban kapasitor yang diberikan, tegangan sisi sekunder selalu lebih besar daripada sisi primer Pada saat diberikan beban C sebesar 2 F, semakin kecil beban resistifnya maka semakin besar nilai cos  nya, tegangan di sisi sekunder menurun sedangkan arusnya meningkat



Dari hasil percobaan diperoleh nilai daya pada sisi terima sebagai berikut: C = 4 F



kapasitifnya maka daya reaktifnya semakin besar pula



Gambar 12 : Performa Karakteristik Beban Ohm- kapasitif dan Kapasitf Murni



DAFTAR REFERENSI [1] http://dunialistrik.blogspot.com/2009/11/klasifikasi-salurantransmisi.html [2] http://id.wikipedia.org/wiki/Saluran_udara_tegangan_ ekstra_tinggi [3] http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19216 /5/Chapter%20II.pdf [4] http://www.scribd.com/doc/52075425/SaluranUdara-Tegangan-Tinggi



Dapat dilihat dari data yang didapat bahwa dengan adanya beban yang bersifat kapasitif akan menyebabkan daya yang ada pada sisi terima memiliki power factor minus yaitu leading. Ini artinya daya pada sisi terima berlawanan phasa dengan pada sisi kirim. Hal ini disebabkan pada sisi kirim harus memenuhi beban yang berupa rugi – rugi sepanjang saluran yang dilaluinya yang bersifat induktif sedangkan pada beban bersifat kapasitif maka nilainya akan berlawanan phasa. Untuk Hasil Percobaan Pengkompensasian Paralel diperoleh nilai daya pada sisi terima sebagai berikut: L = 2.4 H dan C = 4 F



Gambar 13 : Percobaan pengkompensasian Kompensasi Pararel



Kompensasi yang dipasang pararel akan meningkatkan power factor yang dimiliki system. Sehingga dengan turunnya nilai R sedang nilai L dan C tetap, power factor beban akan semakin baik.. Selain itu dengan diturunkannya nilai kapasitor maka daya reaktif yang disalurkan pada saluran juga akan semakin kecil



6. KESIMPULAN 1. Panjang saluran mempengaruhi besar kenaikan tegangan di sisi terima. Semakin panjang salurannya maka tegangan di sisi terima semakin besar pula. 2. Penurunan beban ohm-induktif sebanding dengan besar tegangan kirim, begitu pula dengan tegangan terima dan besar daya aktif dipengaruhi oleh beban resistif. 3. Penurunan beban ohm-kapasitif menyebabkan tegangan sisi kirim semakin kecil, begitu pula dengan tegangan di sisi terima yang semakin mengecil dan daya reaktif besarnya dipengaruhi oleh beban kapasitif,dimana semakin besar beban



Riwaya Penulis Hanugroho Sasmita Aji lahir di Blitar pada tanggal 18 Desember 1989. Penulis memulai pendidikan di SDN Krisik 1dan sempat pindah sekolah ke SDN Beru 1. Selanjutnya meneruskan bangku sekolah ke SMPN 1 Wlingi pada tahun 2002. Kemudian melanjutkan ke SMAN 1 Blitar. Penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan tinggi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dan mengambil jurusan Teknik Elektro. Penulis juga merupakan Asisten Laboratorium Konversi Energi dan Sekretaris 2 BEM FTI ITS 2010/2011.