Transmisi Tenaga Listrik (Dhio Helmi Naufal)

TRANSMISI TENAGA LISTRIK

Disusun Oleh:

Dhio Helmi Naufal ([email protected])

12/330109/TK/39297

Teknik Elektro

Universitas Gadjah Mada

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pesatnya perkembangan teknologi saat ini membuat permintaan tenaga listrik semakin banyak dan sangat diperlukan. Sehingga dibutuhkan peningkatan jumlah pembangkit listrik dan kapasitas agar permintaan tenaga listrik konsumen tercukupi. Hal tersebut menimbulkan permasalahan baru, yaitu untuk menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit listrik menuju pusat beban dibutuhkan suatu sistem yang mampu berperan sebagai media penyaluran energi listrik antara pembangkit dan pusat beban. Sistem yang mampu berperan sebagai media penghubung tersebut salah satunya adalah sistem transmisi.

Adanya sistem transmisi membuat besarnya daya yang harus disalurkan dari pusatpusat pembangkit ke pusat beban meskipun dalam jarak penyaluran yang cukup jauh antara pusat pembangkit dengan pusat beban menjadi hal yang memungkinkan. Sistem transmisi menyalurkan daya dengan tegangan tinggi agar mengurangi adanya rugirugi akibat jatuh tegangan. Sehingga daya yang dibangkitkan pada pusat pembangkit nilainya tidak akan jauh berbeda dari daya yang dibangkitkan sebelumnya. Sistem transmisi memegang peranan yang sangat penting dalam proses penyaluran daya. Oleh karena itu dalam perencanaan pengoperasian dari suatu sistem transmisi tenaga listrik memerlukan studi lebih dalam tentang bagaimana susunan komponen-komponennya, jenis-jenisnya, perhitungan-perhitungan dan cara-cara untuk melindungi sistem tersebut dari bahaya gangguan seperti petir atau yang lainnya.

1.2 Tujuan

Artikel ini bertujuan untuk:

1. Mendeskripsikan bagaimana listrik tersalurkan melalui saluran transmisi secara umum. 2. Memahami komponen-komponen pada sistem transmisi tenaga listrik. 3. Memahami klasifikasi sistem transmisi tenaga listrik berdasarkan pembagian tegangannya. 4. Memahami dan mampu menghitung sistem transmisi tenaga listrik berdasarkan panjang

saluran. 5. Memahami masalah-masalah umum yang timbul pada sistem transmisi tenaga listrik. 6. Memahami proteksi dari sistem transmisi tenaga listrik.

II. PEMBAHASAN

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama: pusat-pusat pembangkit listrik, saluran-saluran transmisi dan sistem-sistem distribusi. Pusat pembangkit listrik merupakan tempat energi listrik pertama kali dibangkitkan, di mana terdapat turbin sebagai penggerak utama (Prime Mover) dan generator yang membangkitkan listrik. Saluran-saluran transmisi merupakan rantai penghubung antara pusat-pusat pembangkit listrik dan sistem-sistem distribusi dan melalui hubungan-hubungan antar sistem dapat pula menuju ke sistem-sistem tenaga yang lain. Suatu sistem distribusi menghubungkan semua beban yang terpisah satu dengan yang lain kepada saluran-saluran transmisi. Hal ini terjadi pada stasiun-stasiun pembantu (substation) di mana juga dilaksanakan transformasi tegangan dan fungsi-fungsi pemutusan dan penghubungan beban (switching).

Transmisi Tenaga Listrik adalah penyaluran tenaga listrik dari suatu sumber pembangkitan ke suatu sistem distribusi atau kepada konsumen, atau penyaluran tenaga listrik antar sistem. Jadi, maksud proses dan cara menyalurkan energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya, adalah:

Dari pembangkit listrik ke gardu induk.

Dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya.

Dari gardu induk ke jaring tegangan menengah dan gardu distribusi.

Ketentuan dasar sistem tenaga listrik: Menyediakan setiap waktu, tenaga listrik untuk keperluan konsumen. Menjaga kestabilan nilai tegangan yang tidak lebih dari batas toleransi, yaitu 10%. Menjaga kestabilan frekuensi yang tidak lebih dari batas toleransi, yaitu 0,1Hz. Harga yang tidak mahal (Efisien). Standar keamanan (safety). Respek terhadap lingkungan.

2.1 Komponen Transmisi Listrik

Saluran transmisi Tenaga Listrik terdiri atas : 2.1.1 Konduktor. Kawat konduktor ini digunakan untuk menghantarkan listrik yang ditransmisikan. Kawat

konduktor untuk saluran transmisi tegangan tinggi ini selalu tanpa pelindung/isolasi, hanya menggunakan isolasi udara. Bahan konduktor harus memiliki sifat konduktivitas tinggi, ringan, kekuatan tarik mekanikal tinggi, tidak mudah patah dan murah. Jenis konduktor yang dipakai adalah tembaga (Cu), alumunium (Al) dan baja (steel). Namun, jenis yang paling sering dipakai adalah jenis alumunium dengan campuran baja. Berikut ini adalah jenis-jenis penghantar aluminium:

AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium.

AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.

ACSR (Alumunium Conductor Steel-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium berinti kawat baja.

ACAR (Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam campuran.

Pada umumnya SUTT maupun SUTET menggunakan ACSR (Almunium Conductorn Steel Reinforced). Untuk daerah yang udaranya mengandung kadar belerang tinggi juga dipakai jenis ACSR. ACSR banyak digunakan mengingat selain kawat ini tergolong kuat harganya relative lebih murah dibandingkan dengan ACAR yang meskipun memiliki kekuatan tarik (tensile strength) lebih besar dibandingkan penghantar aluminium biasa.

2.1.2 Isolator. Isolator merupakan material yang berfungsi untuk menghambat arus sehingga idelanya tidak

ada arus yang mengalir pada rangkaian. Isolator pada sistem transmisi tenaga listrik ini juga berfungsi untuk penahan bagian konduktor terhadap ground. Isolator pada transmisi bisanya terbuat dari bahan porseline, tetapi bahan gelas dan bahan isolasi sintetik juga sering digunakan.

Bahan isolator haruslah memiliki sifat resistivitas yang tinggi untuk melindungi kebocoran arus, tidak mudah panas, tahan lama, ringan, tidak mudah pecah, Kondisinya harus kuat terhadap goncangan apapun dari beban konduktor dan memiliki ketebalan yang secukupnya (sesuai standar) untuk mencegah breakdown pada tekanan listrik tegangan tinggi sebagai pertahanan fungsi isolasi tersebut.

Jumlah isolator dalam satu rangkaian string ditentukan rating tegangan kerja dari saluran. Semakin rendah nilai tegangannya maka semakin sedikit jumlah isolatornya. Untuk saluran transmisi 150 kV ada 12 13 buah isolator. Sedangkan untuk SUTET ada sekitar 25-26 buah isolator. Jenis-jenis isolator ada yang bersifat isolator gantung, isolator batang panjang, isolator pos saluran dan isolator jenis pasak. Berikut adalah gambar jenis-jenis isolatornya:

Isolator jenis pasak, isolator batang panjang dan isolator jenis pos-saluran digunakan pada

saluran transmisi dengan tagangan kerja relatif rendah (kurang dari 22-33kV), sedangkan isolator jenis gantung dapat digandeng menjadi rentengan rangkaian isolator yang jumlahnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan.

2.1.3 Menara Energi listrik yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan kawat

telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media antar isolasi antar kawat penghantar. Untuk menyanggah/merentangkan kawat penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi bangunan yang kokoh yang biasa disebut menara. Antar menara listrik dan kawat penghantar disekat oleh isolator.

Saluran Kabel bawah laut, ini merupakan saluran listrik yang melewati medium bawah air (laut) karena transmisi antar pulau yang jaraknya dipisahkan oleh lautan. Berdasarkan pemasangannya saluran transmisi dibagi menjadi tiga kategori, yaitu :

Saluran Udara (Overhead Lines) saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antara menara atau tiang transmisi.

Saluran kabel bawah tanah (underground cable), saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah.

Saluran bawah Laut Saluran transmisi listrik yang di bangun di dalam laut.

Berikut adalah gambar dari jenis-jenis menara yang telah dibangun:

2.1.4 Kawat Tanah

Kawat Tanah atau Earth wire (kawat petir / kawat tanah) adalah media untuk melindungi kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang di atas kawat fasa dengan sudut perlindungan yang sekecil mungkin, karena dianggap petir menyambar dari atas kawat. Namun jika petir menyambar dari samping maka dapat mengakibatkan kawat fasa tersambar dan dapat mengakibatkan terjadinya gangguan.

Bahan earth wire terbuat dari baja yang sudah di-galvanis, maupun sudah dilapisi dengan almunium. Jumlah kawat tanah paling tidak ada satu buah di atas 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 kawat tanah dengan kawat fasa di tower adalah sebesar jarak antar kawat fasa, namun pada daerah tengah gawangan dapat mencapai 120% dari jarak tersebut.

2.2 Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan Kerja 2.2.1 Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT): 30kV, 70kV, 150kV.

Tegangan operasi antara 30 KV sampai dengan 150 KV. Konfigurasi jaringan pada umumnya single atau double circuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 fasa dengan 3 atau 4 kawat. 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 voltage) terlalu besar, sehingga tegangan di ujung 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.

2.2.2 Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET): 500kV.

Pada umumnya digunakan pada pembangkitan dengan kapasitas di atas 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 yang menentang pembangunan SUTET,

Permintaan ganti rugi tanah untuk tapak 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.

2.2.3 Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT): 150kV

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.

2.2.4 Sub Marine Cable: 150kV

Pada saat ini di Indonesia telah terpasang Sub Marine Cable bawah laut 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.

2.3 Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Panjang Saluran

Adanya saluran transmisi jarak pendek, jarak menengah dan panjang dilatarbelakangi oleh sisi teknis komputasi.

2.3.1 Saluran Transmisi Pendek (Kurang dari 80 Km)

Pada saluran pendek, nilai kapasitansi penghantar dapat diabaikan sehingga penghantar dimodelkan dengan impedansi (R dan XL), maka saluran transmisi dimodelkan sebagai berikut:

= + =

=

1 0 1

VS = tegangan pada ujung kiri matau ujung generator.

IS = arus pada ujung kiri mata ujung generator.

VR = tegangan pada ujung terima atau ujung beban.

IR = arus pada ujung terima atau ujung beban.

Z = R + jX= impedansi saluran.

2.3.2 Saluran Transmisi Menengah (80 Km-240 Km)

Pada saluran menengah, nilai kapasitansi penghantar tidak dapat diabaikan sehingga penghantar dimodelkan dengan impedansi penghantar (R dan XL) dan kapasitansi yang disatukan (terkumpul) dapat dimodelkan dalam bentuk nominal T dan sebagai berikut:

Nominal T

= +

= ( +

2) +

= +

2+

= + (1 +

2)

Kemudian dengan mensubstitusikan nilai IS ke persamaan hukum kirchoff tegangan maka didapati nilai sebagai berikut:

= +

2+

2

= +

2+ ( + (1 +

2))

2

= +

2+

2+

2+

2

4

= (1 +

2) + ( +

2

4)

Berdasarkan persamaan VS dan IS yang didapat, kemudian diubah ke dalam bentuk matriks sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut:

=

1 +

2 +

2

4

1 +

2

Nominal

= +

=

2+ 1

Kemudian dengan mensubstitusikan nilai IP ke persamaan hukum kirchoff tegangan maka didapati nilai sebagai berikut:

= +

= + (

2+)

= +

2+

= 1 +

2 +

Tinjau rangkaian berdasarkan hukum kirchoff arus maka didapat nilai sebagai berikut:

= +

=

2+ +

2

=

2+ + ( 1 +

2 + )

2

=

2+ +

2+

2

4+

2

= +2

4 +(1 +

2)

Berdasarkan persamaan VS dan IS yang didapat, kemudian diubah ke dalam bentuk matriks sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut:

=

1 +

2

+2

41 +

2

2.3.3 Saluran Transmisi Panjang (Lebih dari 240 Km)

Pada saluran panjang, nilai kapasitansi dan impedansi penghantar (R dan XL) diasumsikan menjadi satu (tersebar) yang terdapat pada sepanjang penghantar hingga batas tak hingga, untuk itu dilakukan metoda pendekatan per elemen panjang sebagai berikut:

Hubungan Tegangan dan arus dapat dilihat berdasarkan persamaan di bawah ini:

= cosh + () sinh

= (/) sinh + cosh

Di mana =

yang disebut sebagai persamaan karakteristik.

2.4 Masalah-Masalah yang Timbul Pada Saluran Transmisi

Saluran trasmisi merupakan suatu sistem yang kompleks yang mempunyai karakteristik yang berubahubah secara dinamis sesuai keadaan sistem itu sendlri. Adanya perubahan karakteristik ini dapat menimbulkan masalah jika tidak segera diantisipasi. Dalam hubungannya dengan sistem pengamanan suatu sistem transmisi, adanya perubahan tersebut harus mendapat perhatian yang besar mengingat saluran transmisi memiliki arti yang sangat penting dalam proses penyaluran daya. Masalahmasalah yang timbul pada saluran transmisi, diantaranya yang terutama adalah:

2.4.1 Pengaruh perubahan frekuensi sistem

Frekuensi dari suatu sistem daya berubah secara terus menerus dalarn suatu nilai batas

tertentu. Pada saat terjadi gangguan perubahan frekuensi dapat merugikan baik terhadap peralatan

ataupun sistem transmisi itu sendiri. Pengaruh yang disebabkan oleh perubahan frekuensi ini

terhadap saluran transmisi adalah pengaruh pada reaktansi. Dengan perubahan frekuensi

dari 1 ke 1 dengan kenaikan 1, reaktansi dari saluran akan berubah dari X ke X' dengan

kenaikan X. Perubahan reaktansi ini akan berpengaruh terhadap pengukuran impedansi sehingga

impedansi yang terukur akibat adanya perubahan pada nilai komponen reaktansinya akan berbeda

dengan nilai sebenarnya.

2.4.2 Pengaruh dari ayunan daya pada sistem

Ayunan daya terjadi pada sistem paralel pembangkitan (generator) akibat hilangnya sinkronisasi

salah satu generator. Sehingga sebagian generator menjadi motor dan sebagian lagi berbeban lebih.

Hal ini terjadi secara bergantian atau berayun. Adanya ayunan daya ini dapat menyebabkan

kestabilan sistem terganggu. Ayunan daya ini harus segera diatasi dengan melepaskan generator

yang terganggu. Pada saluran transmisi adanya ayunan daya ini tidak boleh membuat kontinuitas

pelayanan terganggu, tetapi perubahan arus yang terjadi pada saat ayunan daya bisa masuk dalam

jangkauan sistem pengamanan sehingga memutuskan aliran arus pada saluran transmisi. Suatu

sistem proteksi harus dapat membedakan adanya ayunan daya ini dengan adanya gangguan.

2.4.3 Pengaruh gangguan pada sistem transmisi

Setiap kesalahan dalam suatu rangkaian yang menyebabkan terganggunya aliran arus yang

normal disebut gangguan. Saluran transmisi mempunyai resiko paling besar bila mengalami

gangguan, karena ini akan berakibat terputusnya kontinuitas penyaluran beban. Terputusnya

penyaluran listrik dari pusat pembangkitan ke beban tentu akan sangat merugikan bagi pelanggan

terutama industri, karena berarti terganggunya kegiatan operasi di industri tersebut. Gangguan

penyediaan listrik tidak dikehendaki oleh siapapun, tetapi ada kalanya gangguan tersebut tidak bisa

dihindari. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk mengurangi akibat adanya gangguan tersebut atau

memisahkan bagian yang terganggu dari sistem.

Gangguan pada saluran transmisi merupakan 50% dari seluruh gangguan yang terjadi pada

sistem tenaga listrik. Diantara gangguan tersebut gangguan yang terbesar frekuensi terjadinya

adalah gangguan tunggal dari saluran ke tanah, yaitu sekitar 70-80% dari gangguan-gangguan pada

saluran transmisi. Gangguan yang bertegangan antara 110-154 KV umumnya disebabkan karena

gejala-gejala alamiah seperti salju, petir, es, angin serta gempa. Kejadian alam tersebut

menyebabkan terjadinya kerusakan isolator yang pecah karena sesuatu beban (seperti beban es,

salju), kerusakan pada menara-menara dan bisa menyebabkan tidak berfungsinya alat penangkal

petir. Sedangkan kebanyakan dari gangguan yang bertegangan lebih dari 187 KV disebabkan karena

adanya petir yang mengakibatkan terjadinya percikan bunga api (flashover) pada isolator-isolator.

Tegangan tinggi yang ada di antara penghantar dan menara atau tiang penyangga yang ditanahkan

(grounded) menyebabkan terjadinya ionisasi. Hal ini memberikan jalan kepada muatan listrik yang

diinduksi (diimbas) oleh petir untuk mengalir ke tanah. Dengan terbentuknya jalur ionisasi ini,

impedansi ke tanah menjadi rendah. Ini memungkinkan mengalirnya arus fasa dari penghantar ke

tanah dan melalui tanah menuju netral dari transformator atau generator yang ditanahkan.

Sehingga terjadilah rangkaian yang tertutup.

Gangguan yang paling jarang terjadi, yaitu hanya kira-kira 5% adalah gangguan yang melibatkan

sekaligus tiga fasa dan disebut gangguan-gangguan 3 fasa. Gangguan-gangguan jenis lain pada

saluran transmisi adalah gangguan-gangguan antara satu saluran dengan saluran lainnya tanpa

melibatkan tanah dan gangguan antara dua saluran dan tanah. Kecuali gangguan tiga fasa, semua

gangguan-gangguan tersebut di atas berisfat tidak simetris dan menyebabkan ketidakseimbangan di

antara fasa-fasa.

Suatu sistem proteksi harus dapat mendeteksi semua gangguan apakah itu gangguan antar fasa

atau gangguan satu fasa ke tanah. Karena sifatsifat gangguan tersebut berbeda maka untuk

mendapatkan pengukuran yang betul adalah dengan mengukur impedansi yang berbedabeda untuk

setiap gangguannya.

2.5 Proteksi Transmisi Tenaga Listrik

Pengertian proteksi transmisi tenaga listrik adalah adalah proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik pada suatu transmisi tenaga listrik sehingga proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga saluran distribusi listrik (substation distribution) dapat disalurkan sampai pada konsumer pengguna listrik dengan aman. Proteksi transmisi tenaga listrik diterapkan pada transmisi tenaga listrik agar jika terjadi gangguan peralatan yang berhubungan dengan transmisi tenaga listrik tidak mengalami kerusakan. Ini juga termasuk saat terjadi perawatan dalam kondisi menyala. Jika proteksi bekerja dengan baik, maka pekerja dapat melakukan pemeliharaan transmisi tenaga listrik dalam kondisi bertegangan. Jika saat melakukan pemeliharaan tersebut terjadi gangguan, maka pengaman-pengaman yang terpasang harus bekerja demi mengamankan sistem dan manusia yang sedang melaukukan perawatan.

Proteksi ini berbeda dengan pengaman. Jika pengaman suatu sistem berarti sistem tersebut tidak merasakan gangguan sekalipun. Sedangkan proteksi atau pengaman sistem, sistem merasakan gangguan tersebut namun dalam waktu yang sangat singkat dapat diamankan. Sehingga sistem tidak mengalami kerusakan akibat gangguan yang terlalu lama. Gangguan pada transmisi tenaga listrik dapat berupa :

Gangguan transmisi akibat hubung singkat.

Gangguan transmisi akibat sambaran petir.

Gangguan transmisi akibat hilangnya salah satu kabel fasa disebabkan dicuri oleh manusia.

Dalam merancang sistem proteksi, haruslah mencermati falsafah yang harus dimiliki oleh sistem proteksi, yaitu :

Ekonomi, peralatan proteksi mempunyai nilai ekonomi Selektif, dapat mendeteksi dan mengisolasi gangguan Ketergantungan, proteksi hanya bekerja jika terjadi gangguan. Sensitif, mampu mengenali gangguan, sesuai setting yang ditentukan, walaupun

gangguannya kecil. Mampu bekerja dalam waktu yang sesingkat mungkin Stabil, proteksi tidak mempengaruhi kondisi yang normal. Keamanan, memastikan proteksi bekerja jika terjadi gangguan

2.5.1 Komponen-Komponen Proteksi Pada Sistem Transmisi 1. Relay, sebagai alat untuk mendeteksi adanya gangguan yang selanjutnya memberi perintah

trip kepada Pemutus tegangan (PMT). (tipe-tipe relay bisa dilihat di bagian bawah) 2. Trafo arus dan/trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik primer dari

sistem yang diamankan ke relay (besaran listrik sekunder). 3. Pemutus tenaga untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu.

4. Baterai beserta alat pengisi (Battery Charger) sebagai sumber tenaga untuk bekerjanya relay, peralatan bantu triping.

5. Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sirkuit sekunder (arus dan/ tegangan), sirkuit triping dan peralatan Bantu. Secara garis besar bagian dari relay proteksi terdiri dari 3 bagian utama seperti pada blok diagaram dibawah :

Blok diagram Relay proteksi

Masing-masing elemen/bagian mempunyai fungsi sebagai berikut :

Elemen pengindra, elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti arus, tegangan, frekuensi, dan sebagainya tergantung relay yang dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirim ke elemen pembanding.

Elemen Pembanding, elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebh dahulu besaran itu diterima oleh elemen pengindera untuk membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran arus kerja relay.

Elemen pengukur, elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepat pada besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT atau memberikan sinyal. Pada sistem proteksi menggunakan relay proteksi sekunder seperti gambar :

Rangkaian Proteksi Relai

Transformator arus (CT) berfungsi sebagai alat pengindera yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau mendapat gangguan. Sebagai alat pembanding sekaligus alat pengukur adalah relay, yang bekerja setelah mendapatkan besaran dari alat pengindera dan membandingkan dengan besar arus penyetelan dari kerja relay. Apabila besaran tersebut tidak setimbang atau melebihi besar arus penyetelannya, maka kumparan relay akan bekerja menarik kontak dengan cepat atau dengan waktu tunda dan memberikan perintah pada kumparan penjatuh atau trip-coil untuk bekerja melepas PMT.

1. Komponen Pengaman

Komponen pengaman (pelindung) pada transmisi tenaga listrik memiliki fungsi sangat penting. Komponen pengaman pada saluran udara transmisi tegangan tinggi, antara lain :

Pentanahan tiang, Untuk menyalurkan arus listrik dari kawat tanah akibat terjadinya sambaran petir. Terdiri dari kawat tembaga atau kawat baja yang di klem pada pipa pentanahan dan ditanam di dekat pondasi tower (tiang) SUTT.

Jaringan pengaman, berfungsi untuk pengaman SUTT dari gangguan yang dapat membahayakan SUTT tersebut dari lalu lintas yang berada di bawahnya yang tingginya melebihi tinggi yang dizinkan

Bola pengaman, dipasang sebagai tanda pada SUTT, untuk pengaman lalu lintas udara

Peralatan proteksi transmisi tenaga listrik lainnya adalah :

Relay arus lebih

Merupakan relay pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman transformator tenaga. Relay ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan fasa-fasa.

Kinerja relay ini adalah jika dalam suatu transmisi terdapat gangguan yang berupa arus lebih, maka dalam waktu yang singkat relay arus lebih akan bekerja sehingga jaringan transmisi akan tidak terhubung sementara. Jika gangguan telah hilang, maka jaringan transmisi akan terhubung kembali.

Relay hubung tanah

Merupakan relay pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan tegangan tinggi,tegangan menengah juga pada pengaman transformator tenaga. Kinerja relay ini adalah jika dalam transmisi tenaga listrik terjadi hubung singkat antara kabel fasa dengan tanah, maka Relay hubung tanah akan langsung bekerja dalam waktu yang sangat singkat, sehingga sistem menjadi aman karena tidak terjadi kerusakan yang sangat banyak.

Relay Diferensial

Relay diferensial ini berfungsi untuk mengamankan transformator tenaga terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam daerah pengaman transformator, yang disambung ke instalasi trafo arus ( CT ) di kedua sisi.

Relay differensial adalah suatu alat proteksi yang sangat cepat bekerjanya dan sangat selektif berdasarkan keseimbangan (balance) yaitu perbandingan arus yang mengalir pada kedua sisi trafo daya melalui suatu perantara yaitu trafo arus (CT). Dalam kondisi normal, arus mengalir melalui peralatan listrik yang diamankan (generator, transformator dan lain-lainnya). Arus-arus sekunder transformator arus, yaitu I1 dan I2 bersikulasi melalui jalur IA. Jika relay pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya.

Jika terjadi gangguan diluar peralatan listrik peralatan listrik yang diamankan (external fault), maka arus yang mengalir akan bertambah besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan pada kondisi normal, sehingga relay pengaman tidak akan bekerja untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi di dalam (internal fault), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan terbalik, menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID akan mengalir melalui relay pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2. Selama arus-arus sekunder transformator arus sama besar, maka tidak akan ada arus yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil) relay pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil relay pengaman, maka relai pengaman akan bekerja dan memberikan perintah putus (tripping) kepada circuit breaker (CB) sehingga peralatan atau instalasi listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik.

Relay jarak

Relay jarak merupakan proteksi yang paling utama pada saluran transmisi. relay jarak menggunakan pengukuran teganan dan arus untuk mendapatkan impedansi saluran yang harus diamankan. Jika impedansi yang terukur di dalam batas settingnya, maka relay akan bekerja. Disebut relay jarak, karena impedansi pada saluran bersarnya akan sebanding dengan panjang saluran. Oleh karena itu, Relay jarak tidak tergantung oleh besarnya arus gangguan yang terjadi, tetapi tergangung pada jarak gangguan yang terjadi terhadap relay proteksi. Impedansi yang diukur dapat berupa Z, R saja ataupun X saja. Tergantung Relay yang dipakai. Berikut adalah fungsi dari relay jarak:

- Dapat menentukan arah letak gangguan gangguan di depan relai harus bekerja. - Gangguan di belakang relai tidak boleh bekerja dapat menentukan letak gangguan. - Gangguan di dalam daerahnya relai harus bekerja. - Gangguan di luar daerahnya relai tidak boleh bekerja. - Dapat membedakan gangguan dan ayunan daya.

Kawat tanah

Kawat tanah atau bisa disebut pula overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang di atas kawat fasa dengan sudut perlindungan sekecil mungkin karena dianggap petir menyambar di atas kawat. Kawat ini merupakan proteksi transmisi tenaga listrik yang bersifat pasif. Jika terjadi sambaran petir, maka kawat ini akan menyalurkan arus petir langsung ke tanah. Sehingga sistem transmisi aman dari gangguan. Kawat yang bagus adalah yang memiliki tahanan kurang dari 4 ohm. Jika lebih dari 4 ohm, maka arus yang mengalir tidak bisa cepat, dapat menyebabkan putusnya kawat atau terjadinya flashover antara kawat dasa dengan kawat tanah.

Misalkan groundwire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi groundwire terletak di dalam daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi sambaran petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat fasa dibentangkan.

Pemutus Tenaga ( PMT )

Adalah untuk memisahkan/menghubungkan satu bagian instalasi dengan bagian instalasi lain, baik instalasi dalam keadaan normal maupun dalam keadaan terganggu. Batas dari bagian-bagian instalasi tersebut dapat terdiri dari satu PMT atau lebih. PMT termasuk proteksi terhadap transmisi tenaga listrik. PMT dapat membuka dan menutup baik secara otomatis maupun secara manual. Sehingga, jika transmisi sedang dalam pemeliharaan, maka jaringan transmisi dapat diputus sementara.

2. Penerapan Proteksi Transmisi Tenaga Listrik

Proteksi transmisi tenaga listrik diberlakukan di semua transmisi tenaga listrik. Namun, untuk pemasangannya hanya berada di gardu induk. Pemasangannya pada saluran masuk ke gardu induk dan di saluran keluar garu induk. Sehingga jika jaringan transmisi terjadi gangguan, maka gardu induk tidak mengalami kerusakan. Jika terjadi kerusakan, maka kerusakannya minimal. Kecuali kawat tanah. Kawat tanah dipasang diatas kawat fasa yang berfungsi untuk melindungi kawat fasa dari sambaran petir. Sehingga pemasanggannya berada diseluruh jaringan transmisi tenaga listrik.

III. PENUTUP 3.1 Kesimpulan

1. Sistem tenaga listrik terdiri atas tiga bagian utama: pusat-pusat pembangkit listrik, saluran-saluran transmisi dan sistem-sistem distribusi.

2. Transmisi tenaga listrik adalah penyaluran tenaga listrik dari pembangkit listrik ke gardu induk, dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya, dari gardu induk ke jaring tegangan menengah dan gardu distribusi.

3. Komponen transmisi tenaga listrik: konduktor, isolator, menara dan kawat tanah. 4. Berdasarkan tegangan kerja saluran transmisi dibedakan: SUTT (Saluran Udara Tegangan

Tinggi), SUTET (Saluran Udara Ekstra Tinggi), SKTT (Saluran Kabel Tegangan Tinggi) dan Sub Marine Cabble.

5. Berdsarkan panjang saluran transmisi dibedakan: Saluran Pendek

=

1 0 1

Saluran Menengah o Nominal

=

1 +

2

+2

41 +

2

o Nominal T

=

1 +

2 +

2

4

1 +

2

Saluran Panjang

= cosh + () sinh

= (/) sinh + cosh

Di mana =

yang disebut sebagai persamaan karakteristik.

6. Masalahmasalah yang timbul pada saluran transmisi umumnya adalah pengaruh perubahan frekuensi, pengaruh dari ayunan daya sistem dan pengaruh gangguan pada sistem transmisi.

7. Pengertian proteksi transmisi tenaga listrik adalah adalah proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik pada suatu transmisi tenaga listrik sehingga proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga saluran distribusi listrik (substation distribution) dapat disalurkan sampai pada konsumer pengguna listrik dengan aman.

3.2 Saran

Pada artikel ini, pembahasan hanya dilakukan secara umum (tidak terlalu spesifik). Hal itu disebabkan karena tema yang dipilih cukup luas. Namun dengan temanya yang bersifat luas ini pembaca diharapkan menjadi mengerti gambaran umum mengenai transmisi tenaga listrik.

IV. REFERENSI 1. Stevenson, William D. 1982. Elements of Power System Analysis, 4th Edition. Bandung:

Erlangga. 2. Susanti, Rahmi dan Syukriyadin. 2010. Analisa Kemampuan Saluran Berdasarkan Metode

Contingency N-1 Analysis. Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 1. 3. Fauzi, Akhmad. 2006. STUDI ANALISIS PEMILIHAN TEGANGAN OPTIMAL UNTUK SALURAN

TRANSMISI DAYA LISTRIK. Semarang: Universitas Diponegoro. 4. Iwan. Sistem Transmisi Tenaga Listrik.

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0CEUQFjAE&url=http%3A%2F%2Fiwan78.files.wordpress.com%2F2011%2F04%2F06-sistem-transmisi-tenaga-listrik.pdf&ei=4hVgU-f8HsiOrQeZqYHQBw&usg=AFQjCNFWnGtHwTLBxtW3r9D1GWJdvsrYpA. Diakses pada tanggal 30 April 2014 hari Rabu, Pukul 5.07 WIB.

5. Prana Tarigan, Josia. 2012. TRANSMISI TENAGA LISTRIK. http://anak-elektro-ustj.blogspot.com/2012/03/sistem-tenaga-listrik-pusat-pembangkit.html. Diakses pada tanggal 2 Mei 2014, Hari Jumat pukul 5.23 WIB.

6. Guntoro, Hanif. 2009. Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan .http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/11/klasifikasi -saluran-transmisi.html. Diakses pada tanggal 2 Mei 2014, Hari Jumat pukul 5.39 WIB.

7. Saragi, Irwan Rinaldi. 2012. Jurnal Relay Jarak Sebagai Proteksi Saluran Transmisi. http://irwanrinaldielektro.blogspot.com/2012/06/ Relay-jarak-sebagai-proteksi-saluran.html. Diakses pada tanggal 2 Mei 2014, Hari Jumat pukul 5.45 WIB.

8. Jauhari, Eri. 2010. Isolator Saluran Udara. http://abdulsyakur.blog.undip.ac.id/2010/12/02/isolator-saluran-udara/. Diakses pada tanggal 3 Mei 2014, Hari Sabtu pukul 10.35 WIB.

9. Tobing, Lumban Dohar. 2013. Sistem Proteksi Pada Jaringan Transmisi. http://dohar89.blogspot.com/. Diakses pada tanggal 3 Mei 2014, Hari Sabtu pukul 12.07 WIB.

10. Purba, Agus. 2012. Proteksi Pada Transmisi Tenaga Listrik. http://aguspurbaproteksi.blogspot.com/. Diakses pada tanggal 3 Mei 2014, Hari Sabtu pukul 12.18 WIB.