Energi Listrik

Pengadaan Energi Listrik

Teknik Tenaga Listrik adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat dan pemakaian piranti yang azas kerjanya berdasarkan aliran elektron dalam benda padat atau aliran elektron dalam konduktor.

Dalam teknik elektro dikenal dua macam arus (current) listrik:

1. Arus Searah (Direct Current, DC)
2. Arus Bolak Balik (Alternating Current, AC)

Baik arus bolak-balik maupun arus searah, dikenal beberapa sistem pengadaan listrik yang antara lain meliputi: Pembangkit Tenaga (Energy) Listrik, Transmisi Daya Listrik, Distribusi Daya Listrik.Pembangkit energi listrik adalah seperangkat peralatan yang dibangun menjadi satu kesatuan yang tak terpisahkan untuk menimbulkan, menghasilkan atau membangkitkan energi listrik dan menjadi sumber tenaga listrik yang siap ditransmisikan dan distribusikan ke beban pemakai. Adapun jenis dari sistem pembangkit energi listrik yang kita pahami saat ini biasanya ditentukan oleh penggerak mulanya (energy primer) dalam pembangkitan, antara lain adalah:

1. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Thermo dengan bahan padat, cair atau gas, al:
   1. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
   2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
   3. Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)
   4. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
   5. Dan sebagainya jika diklasifikasikan sama dengan pembangkit listrik tenaga thermo.
2. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Hydro
   1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
   2. Dan sebagainya jika diklasifikasikan sama dengan pembangkit listrik tenaga hydro
3. Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
   1. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
   2. Dan sebagainya jika diklasifikasikan sama dengan pembangkit listrik tenaga nuklir

Untuk daerah-daerah tropis dan yang curah hujannya jauh lebih sedikit, ada juga yang mengembangkan dan memanfaatkan panas sinar matahari dan panas bumi (geothermal) sebagai pembangkit tenaga listrik.

Untuk menyalurkan energi listrik yang telah dibangkitkan tersebut ke beban ataupun kejaringan distribusi dibutuhkan saluran pembawa yang dinamakan transmisi daya listrik dan jaringan yang menyalurkan energi listrik ke beban konsumen atau pemakai dinamakan distribusi tenaga listrik. Dan jika digambarkan secara sederhana, sistem pengadaan energi listrik diperlihatkan seperti gambar Gbr. 1 dibawah ini.

Energi listrik yang dibangkitkan oleh generator pembangkit kemudian disalurkan melalui jaringan transmisi ke gardu-gardu induk (GI) yang berjauhan tempatnya setelah terlebih dahulu tegangan transmisi ditingkatkan melalui transformator penaik tegangan (step up transformator) menjadi Tegangan Tinggi, dimana saat ini di Indonesia umumnya Tegangan Tinggi terbagi atas tegangan 150 kV sampai dengan 500 kV.

Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan ada pula yang berupa saluran bawah tanah. Karena alasan biaya maka pada umumnya saluran transmisi kebanyakkan berupa saluran udara, dimana Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) bertegangan 150 kV dan untuk Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) bertegangan 500 kV.

Tegangan transmisi yang berupa tegangan tinggi diterima oleh gardu induk untuk kemudian diturunkan kembali tegangannya menjadi Tegangan Menengah (TM) sampai dengan 20 kV melalui transformator penurun tegangan (step down transformator), tegangan menengah ini juga disebut sebagai Tegangan Distribusi Primer (TDP). Jaringan keluaran gardu induk disebut jaringan distribusi sedangkan jaringan antara pusat pembangkit tenaga listrik dengan gardu induk dinamakan jaringan transmisi.

Tegangan distribusi primer dari gardu induk kemudian disalurkan melalui jaringan distribusi ke gardu-gardu distribusi yang juga bisa berjauhan tempatnya dan biasanya dekat dengan konsumen. Ada juga sebagian konsumen mendapat catu daya 20 kV langsung dari tegangan distribusi primer atau dari gardu induk dan tidak tertutup kemungkinan kalau konsumen bisa mendapatkan sambungan langsung dari jaringan transmisi tegangan tinggi, sesuai dengan permintaannya yang mana kemudian tegangan tersebut dikelola sendiri sesuai dengan kebutuhan mereka.

Energi listrik bertegangan menengah yang disalurkan melalui jaringan distribusi primer ke Gardu Distribusi (GD) tersebut kemudian tegangannya kembali diturunkan melalui transformator step down hingga menjadi Tegangan Rendah (TR) yang berkisar 380 Volt untuk 3 phasa dan 220 Volt untuk 1 phasa (380/220 Volt).

Tegangan rendah inilah yang kemudian disalurkan ke sambungan rumah konsumen dan pelanggan melalui jaringan tegangan rendah dengan pembatas daya dan kWH meternya, yang mana tentunya ini adalah layanan berbayar dengan kata lain kita pakai dulu, bayar kemudian, tapi jangan nunggak terus dan jangan utak-atik atau merusak peralatan penyedia layanan listrik dalam hal ini adalah Perusahaan Listrik Negara (PLN), bisa kena denda dan OPAL nantinya.

Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen, seperti dijelaskan pada artikel diatas. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah:

1. Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (konsumen)
2. Merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (konsumen) dilayani langsung melalui jaringan distribusi.

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar dengan tegangan dari 11 kV sampai 24 kV dinaikan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 kV ,154kV, 220kV atau 500kV kemudian disalurkan melalui saluran transmisi.

Tujuan meningkatkan tegangan untuk transmisi adalah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini daya yang ditansmisikan adalah berbanding lurus dengan kuadrat arus yang mengalir pada konduktor (I².R), sehingga bila arus yang ditransmisikan besar maka rugi-rugi daya juga lebih besar. Dan dengan daya yang sama bila terhadap nilai tegangannya, maka daya yang ditransmisikan berbanding lurus dengan kuadrat tegangan dan berbanding terbalik dengan resistansinya (V²/R), maka arus yang mengalir kecil sehingga rugi-rugi daya transmisi juga akan kecil.

Contoh berikut mengilustrasikan akan hal tersebut: Jika suatu daerah membutuhkan energi 10 Mega Watt untuk mendukung operasinya, maka dibutuhkan ±26.316 Ampere arus transmisi, jika tegangan yang ditransmisikan hanya 380 Volt, ini belum termasuk rugi-rugi daya pada saat transmisi, diandaikan jika rugi-rugi daya transmisi sebesar 15% karena impedansi pada jaringan transmisi sebesar ± 0.1 Ω, maka kita kehilangan ±3.947,4 Ampere atau setara dengan kehilangan daya sebesar 1,5 MW karena P_R=I_R².R, ini adalah kehilangan daya yang amat besar sebab dapat mensuplay satu kota.

Sebaliknya jika tegangan transmisi dinaikkan sampai 500.000 Volt, arus yang diperlukan hanya 20 Ampere untuk mentransmisikan jumlah energi yang sama (10 MW) dengan impedansi yang sama (± 0.1 Ω), maka rugi-rugi daya transmisi hanya 0,25% setara dengan 25 kW akibat tegangan jatuh pada saluran transmisi sebesar 1250 Volt karena P_R=V_R².R, karena rugi-rugi daya atau tegangan jatuh pada saluran transmisi dianggap kecil sekali dibandingkan daya yang ditransmisikan maka ini dapat dianggap tidak berpengaruh besar terhadap penurunan daya dan kehilangan daya tersebut juga dapat dikoreksi kembali oleh perbandingan lilitan trafo distribusi (stepdown transformator) sebelum beban.

Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20 kV dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 380/220 Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumen-konsumen. Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan.

Perubahan Energi

Dalam sistem tenaga listrik dikenal peralatan yang mengubah energi listrik, baik dari energi listrik ke energi mekanis maupun sebaliknya atau mengubah energi listrik dari rangkaian atau jaringan yang satu menjadi energi listrik yang lain pada rangkaian atau jaringan berikutnya, yang dapat digambarkan sebagaimana gambar Gbr. 2.

Piranti Pengubah Energi

Dalam gambar Gbr.2 Perubahan Energi tersebut, piranti yang digunakan secara singkat dapat diterangkan sebagaimana berikut :

1. Generator yaitu piranti listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik, dapat berupa:
   1. Generator arus searah
   2. Generator arus bolak-balik
2. Motor yaitu piranti listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis, dapat berupa:
   1. Motor arus searah
   2. Motor arus bolak-balik
3. Transformator (trafo) yaitu piranti listrik yang dipergunakan untuk mengubah energi listrik ke energi listrik yang lain, dimana tegangan keluarannya dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan, dan terbagi atas:
   1. Trafo Step Up atau dapat disebut sebagai Trafo Daya
   2. Trafo Spep Down atau dapat disebut juga sebagai Trafo Distribusi
   3. Trafo alat ukur (Instrumentasi)
   4. Trafo rangkaian elektronika, seperti trafo isolasi, trafo filter dan lain-lain.

Generator maupun motor dapat disebut juga mesin listrik, sehingga mesin listrik juga dapat dibagi menjadi:

1. Mesin arus searah
2. Mesin arus bolak-balik, dan Transformator diklasifikasikan juga sebagai mesin arus bolak-balik.

Mesin arus searah dapat dibagi atas:

1. Berpenguatan Bebas
2. Berpenguatan Sendiri dan terdiri atas:
   1. Mesin Shunt
   2. Mesin Seri
   3. Mesin Kompon

Mesin arus bolak-balik dapat dibagi atas:

1. Mesin Asinkron atau Mesin Induksi atau Mesin Tak Serempak
2. Mesin Sinkron atau Mesin Serempak

Catatan:

Dalam memahami mesin listrik terlebih dahulu harus mengetahui karakter medan magnet dan medan listrik, karena medan ini menjadi media dimana terjadi perubahan energi baik dari listrik ke mekanis maupun dari mekanis ke listrik atau listrik ke listrik itu sendir
i