Transmisi Listrik: Dari Pembangkit ke Konsumen—Sistem Pengiriman Efisien
Transmisi Daya Listrik
Transmisi daya listrik adalah proses di mana daya listrik yang dihasilkan di pembangkit listrik diangkut dalam jumlah besar jarak jauh untuk penggunaan akhir oleh konsumen. Daya listrik dikirim dari pembangkit listrik ke konsumen akhir melalui jalur transmisi. Jalur transmisi, ketika saling terhubung, menjadi jaringan transmisi.
Jaringan transmisi ini bersama dengan stasiun pembangkit dan substasi dikenal sebagai ‘jaringan transmisi’ atau singkatnya ‘grid’. Jaringan transmisi typikal ditunjukkan dalam Fig 1. Jaringan transmisi yang saling terhubung di tingkat nasional dikenal sebagai ‘National grid’. Energi biasanya ditransmisikan dalam grid dengan arus bolak-balik tiga fasa (AC). Terlepas dari jumlah daya listrik yang besar dan sifat listrik, transmisi yang melibatkan jarak jauh biasanya dilakukan pada tegangan tinggi (33 kV atau di atasnya). Daya listrik biasanya diangkut ke substasi di dekat titik konsumsi yang merupakan area padat penduduk atau kompleks industri. Di substasi, daya listrik tegangan tinggi dikonversi menjadi tegangan lebih rendah yang cocok untuk penggunaan konsumen, dan kemudian diangkut ke pengguna akhir melalui jalur distribusi listrik tegangan rendah
Fig 1 Typical transmission grid
Efisiensi Transmisi dan Kerugian Transmisi
Mengirimkan listrik pada tegangan tinggi mengurangi fraksi energi yang hilang karena resistansi, yang bervariasi tergantung pada konduktor spesifik, arus yang mengalir, dan panjang jalur transmisi. Untuk sejumlah daya yang diberikan, tegangan yang lebih tinggi mengurangi arus dan oleh karena itu mengurangi kerugian resistansi dalam konduktor. Efisiensi transmisi ditingkatkan dengan meningkatkan tegangan transmisi menggunakan transformer step-up yang memiliki efek mengurangi arus dalam konduktor, sambil mempertahankan daya yang ditransmisikan hampir sama dengan daya input. Arus yang berkurang yang mengalir melalui konduktor mengurangi kerugian dalam konduktor dan karena, menurut hukum Ohm, kerugian proporsional dengan kuadrat arus, membagi arus dua menghasilkan penurunan empat kali lipat dalam kerugian transmisi. Arus yang berkurang berarti kehilangan I2R (kuadrat arus I dikalikan dengan resistansi konduktor R) yang lebih kecil dalam sistem, luas penampang kabel konduktor listrik yang lebih kecil berarti investasi modal yang lebih sedikit dan arus yang menurun menyebabkan peningkatan regulasi tegangan sistem transmisi daya dan regulasi tegangan yang ditingkatkan menunjukkan daya berkualitas. Karena tiga alasan ini daya listrik terutama ditransmisikan pada tingkat tegangan tinggi.
Oleh karena itu daya listrik yang akan diangkut secara efisien ke jarak jauh memerlukan tegangan tinggi. Tegangan ini dapat 33 kV, 66 kV, 110 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV atau bahkan lebih tinggi. Tegangan generator pembangkit listrik biasanya berkisar dari 11 kV hingga 25 kV. Daya listrik yang dihasilkan pertama kali diangkut dari generator ke transformer di pembangkit listrik. Transformer meningkatkan tegangan ke tegangan grid. Generator kemudian disinkronkan dengan grid dan daya yang dihasilkan ditransmisikan ke ujung konsumen. Di ujung titik konsumsi jalur transmisi terhubung ke substasi. Di sini transformer substasi mengubah tegangan daya listrik dari tegangan tinggi ke tingkat lebih rendah. Dari substasi daya listrik tegangan lebih rendah didistribusikan ke konsumen daya listrik melalui jalur distribusi.
Komponen Utama Jaringan Transmisi Daya Listrik
Substasi
Substasi mengubah tegangan dari tinggi ke rendah, atau sebaliknya, atau melakukan beberapa fungsi penting lainnya. Substasi bervariasi ukuran dan konfigurasi. Di antara stasiun pembangkit dan titik konsumsi, daya listrik mungkin mengalir melalui beberapa substasi pada tingkat tegangan yang berbeda.
Substasi transmisi menghubungkan dua atau lebih jalur transmisi. Kasus paling sederhana adalah di mana semua jalur transmisi memiliki tegangan yang sama. Dalam kasus tersebut, substasi berisi saklar tegangan tinggi yang memungkinkan jalur untuk terhubung atau diisolir untuk pengendalian gangguan atau pemeliharaan. Stasiun transmisi biasanya memiliki transformer untuk mengonversi antara dua tegangan transmisi, kontrol tegangan, alat koreksi daya reaktif seperti kapasitor, reaktor atau kompensator VAR statis dan peralatan seperti transformer pergeseran fasa untuk mengontrol aliran daya antara dua sistem daya yang berdekatan.
Substasi transmisi dapat berkisar dari sederhana hingga kompleks. Sebuah ‘stasiun switching’ kecil biasanya terdiri dari bus plus beberapa circuit breaker. Substasi transmisi besar biasanya ditempatkan di area besar (beberapa hektar) dan memiliki beberapa tingkat tegangan, banyak circuit breaker dan sejumlah besar perlindungan dan alat kontrol (transformer tegangan dan arus, relay, dan sistem SCADA). Substasi modern dipasang sesuai standar internasional seperti IEC Standard 61850.
Substasi bervariasi ukuran dan konfigurasi tetapi dapat mencakup beberapa hektar; mereka dibersihkan dari vegetasi dan biasanya dilapisi kerikil. Mereka biasanya digerakkan, dan dicapai oleh jalan akses permanen. Secara umum, substasi mencakup berbagai struktur, konduktor, pagar, pencahayaan, dan fitur lainnya yang menghasilkan penampilan ‘industri’.
Menara Transmisi
Menara transmisi adalah komponen yang paling terlihat dari sistem transmisi daya. Mereka digunakan dalam sistem AC dan DC tegangan tinggi. Sebuah menara transmisi biasanya struktur steel tinggi. Fungsinya adalah untuk menjaga konduktor tegangan tinggi (jaring listrik) terpisah dari lingkungan sekitar dan satu sama lain. Ada berbagai bentuk, ukuran, dan desain menara yang umumnya menggunakan rangka terbuka atau monopole, tetapi umumnya sangat tinggi dengan tinggi bervariasi dari 15 m hingga 55 m dan lintang sebesar 30 m lebar. Selain steel, material lain dapat digunakan, termasuk beton dan kayu.
Ada empat kategori utama menara transmisi. Mereka adalah suspension, terminal, tension, dan transposition. Beberapa menara transmisi menggabungkan fungsi dasar ini.
Menara harus dirancang untuk membawa tiga (atau kelipatan tiga) konduktor. Menara biasanya terbuat dari rangka atau truss steel. Insulator adalah kaca atau porselin disc yang disusun dalam tali atau batang panjang yang panjangnya tergantung pada tegangan jalur dan kondisi lingkungan.
Biasanya, satu atau dua ground wire, juga disebut ‘guard’ wire, ditempatkan di atas untuk menangkap petir dan mengalihkannya secara tidak berbahaya ke tanah. Menara untuk tegangan tinggi dan extra high voltage biasanya dirancang untuk membawa dua atau lebih rangka listrik.
Jalur Transmisi
Daya listrik ditransmisikan pada tegangan tinggi (110 kV atau di atasnya) untuk mengurangi kehilangan energi dalam transmisi jarak jauh. Daya biasanya ditransmisikan melalui jalur listrik overhead. Transmisi listrik bawah tanah memiliki biaya yang jauh lebih tinggi dan keterbatasan operasional yang lebih besar tetapi terkadang digunakan di area perkota atau lokasi sensitif.
Jalur transmisi biasanya menggunakan arus bolak-balik tiga fasa tegangan tinggi. Teknologi arus searah tegangan tinggi (HVDC) digunakan untuk efisiensi yang lebih besar pada jarak yang sangat jauh (biasanya beberapa ratus kilometer). Link HVDC juga digunakan untuk mengstabilkan masalah kontrol dalam jaringan distribusi daya besar di mana beban baru tiba-tiba atau blackout di satu bagian jaringan dapat menyebabkan masalah sinkronisasi dan kegagalan berantai.
Secara umum, beberapa konduktor ditarik pada menara transmisi untuk setiap rangka listrik. Konduktor terutama terbuat dari konduktor logam yang dililit. Konduktor overhead tegangan tinggi tidak dilapisi isolator. Material konduktor biasanya aluminium conductor steel reinforced (ACSR) yang merupakan jenis konduktor stranded kapasitas tinggi dan kekuatan tinggi yang spesifik. Strand luar terbuat dari hard drawn aluminium wire yang diproduksi dari rod aluminium elektrolitik murni EC grade tidak kurang dari 99,5% dan kandungan tembaga tidak melebihi 0,04%. Aluminium alloy murni dipilih karena konduktivitas yang luar biasa, bobot rendah dan biaya rendah. Strand tengah terbuat dari steel untuk kekuatan yang diperlukan untuk menopang beban tanpa meregangkan aluminium karena ductilitasnya. Ini memberikan konduktor kekuatan tarik keseluruhan yang tinggi. Tembaga sebelumnya digunakan untuk transmisi overhead tetapi aluminium lebih ringan, menghasilkan performa yang sedikit lebih rendah dan jauh lebih murah.
Hak Jalan dan Jalan Akses
Hak jalan (ROW) untuk koridor transmisi termasuk tanah yang disisihkan untuk jalur transmisi dan fasilitas terkait, yang diperlukan untuk memfasilitasi pemeliharaan, dan untuk menghindari risiko kebakaran dan kecelakaan lainnya. Ini memberikan margin keamanan antara garis tegangan tinggi dan struktur serta vegetasi di sekitarnya. Beberapa pembersihan vegetasi mungkin diperlukan untuk alasan keamanan dan/atau akses. ROW umumnya terdiri dari vegetasi asli atau tanaman yang dipilih untuk pola pertumbuhan yang menguntungkan (pertumbuhan lambat dan tinggi matang rendah). Namun, dalam beberapa kasus, jalan akses merupakan bagian dari ROW dan menyediakan akses yang lebih nyaman untuk kendaraan perbaikan dan inspeksi. Lebar ROW bervariasi tergantung pada rating tegangan jalur transmisi. Jalan akses ke struktur jalur transmisi untuk konstruksi jalur dan pemeliharaan biasanya diperlukan, dan dapat beraspal atau kerikil.
