Keandalan dan Kualitas Listrik

Sistem Tenaga Listrik

Untuk lebih mudah memahami keandalan dan kualitas listrik, kita harus mengetahui apa yang dinamakan “Sistem Tenaga Listrik” yang akan mempresentasikan cara pembangkitan, penyaluran dan pendistribusian energi listrik.
Secara umum sistem tenaga listrik terdiri dari:

1. Pusat Pembangkit Listrik (Power Plant);
Yaitu tempat energi listrik pertama kali dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (prime mover) dan generator yang membangkitkan listrik. Biasanya di pusat pembangkit listrik juga terdapat gardu induk (GI). Peralatan utama pada gardu induk antara lain: Transformer, yang berfungsi untuk menaikkan tegangan generator (11,5 kV) menjadi tegangan transmisi / tegangan tinggi (150 kV) dan juga peralatan pengaman dan pengatur. Jenis pusat pembangkit yang umum antara lain: PLTA (Pusat Listrik Tenaga Air), PLTU (Pusat Listrik Tenaga Uap), PLTG (Pusat Listrik Tenaga Gas), PLTN (Pusat Listrik Tenaga Nuklir).

2. Saluran Transmisi (Transmission Line);

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).

3. Sistem Distribusi;
Yang merupakan sub-sistem tersendiri yang terdiri dari: Pusat Pengatur Distribusi ( Distribution Control Centre, DCC ) , Saluran tegangan menengah (6 kV dan 20 kV, biasa juga disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, Gardu Distribusi (GD) tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah (380 V, 220 V) yang menghasilkan tegangan kerja/tegangan jala-jala untuk industri dan konsumen perumahan.

Pentingnya Keandalan dan Kualitas Listrik

Pemadaman listrik yang terlalu sering dengan waktu padam yang lama dan tegangan listrik yang tidak stabil, merupakan refleksi dari keandalan dan kualitas listrik yang kurang baik, dimana akibatnya dapat dirasakan secara langsung oleh pelanggan.

Sistem tenaga listrik yang andal dan energi listrik dengan kualitas yang baik atau memenuhi standar, mempunyai kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat modern karena peranannya yang dominan dibidang industri, telekomunikasi, teknologi informasi, pertambangan, transportasi umum, dan lain-lain yang semuanya itu dapat beroperasi karena tersedianya energi listrik. Perusahaan-perusahaan yang bergerak diberbagai bidang sebagaimana disebutkan diatas, akan mengalami kerugian cukup besar jika terjadi pemadaman listrik tiba-tiba atau tegangan listrik yang tidak stabil, dimana aktifitasnya akan terhenti atau produk yang dihasilkannya menjadi rusak atau cacat.

Negara-negara yamg memiliki sistem pembangkit, transmisi dan distribusi energi listrik dengan teknologi dan peralatan mutakhir serta manajemen yang baik seperti Amerika Serikat, Jepang, Perancis dan negara-negara maju lainnya benar-benar memberikan perhatian khusus terhadap keandalan dan kualitas listrik karena pengaruhnya yang krusial terhadap roda perekonomian.

Parameter-Parameter yang Menentukan Keandalan dan Kualitas Listrik

Ukuran keandalan dan kualitas listrik secara umum ditentukan oleh beberapa parameter sebagai berikut:

1. Frekuensi dengan satuan hertz (Hz);
Yaitu jumlah siklus arus bolak-balik (alternating current, AC) per detik. Beberapa negara termasuk Indonesia menggunakan frekuensi listrik standar, sebesar 50 Hz.

Frekuensi listrik ditentukan oleh kecepatan perputaran dari turbin sebagai penggerak mula. Salah satu contoh akibat dari frekuensi listrik yang tidak stabil adalah akan mengakibatkan perputaran motor listrik sebagai penggerak mesin-mesin produksi di industri manufaktur juga tidak stabil, dimana hal ini akan mengganggu proses produksi.

Gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem frekuensi:
a. Penyimpangan terus-menerus (Continuous Deviation); frekuensi berada diluar batasnya pada saat yang lama (secara terus-menerus), frekuensi standar 50 Hz dengan toleransi 0,6 Hz ------ (49,4 – 50,6 Hz)
b. Penyimpangan sementara (Transient Deviation); penurunan atau penaikkan frekuensi secara tiba-tiba dan sesaat.

2. Tegangan atau voltage dengan satuan volt (V);
Tegangan yang baik adalah tegangan yang tetap stabil pada nilai yang telah ditentukan. Walaupun terjadinya fluktuasi (ketidak stabilan) pada tegangan ini tidak dapat di hindarkan, tetapi dapat di minimalkan.

Gangguan pada tegangan antara lain :
a. Fluktuasi Tegangan; seperti: Tegangan Lebih (Over Voltage), Tegangan Turun (Drop Voltage) dan tegangan getar (flicker voltage)

Tegangan lebih pada sistem akan mengakibatkan arus listrik yang mengalir menjadi besar dan mempercepat kemunduran isolasi (deterioration of insulation)
sehingga menyebabkan kenaikan rugi-rugi daya dan operasi, memperpendek umur kerja peralatan dan yang lebih fatal akan terbakarnya peralatan tersebut. Peralatan-peralatan yang dipengaruhi saat terjadi tegangan lebih adalah transformer, motor-motor listrik, kapasitor daya dan peralatan kontrol yang menggunakan coil/kumparan seperti solenoid valve, magnetic switch dan relay. tegangan lebih biasanya disebabkan karena eksitasi yang berlebihan pada generator listrik (over excitation), sambaran petir pada saluran transmisi, proses pengaturan atau beban kapasitif yang berlebihan pada sistem distribusi.

Tegangan turun pada sistem akan mengakibatkan berkurangnya intensitas cahaya (redup) pada peralatan penerangan; bergetar dan terjadi kesalahan operasi pada peralatan kontrol seperti automatic valve, magnetic switch dan auxiliary relay; menurunnya torsi pada saat start (starting torque) pada motor-motor listrik. Tegangan turun biasanya disebabkan oleh kurangnya eksitasi pada generator listrik (drop excitation), saluran transmisi yang terlalu panjang, jarak beban yang terlalu jauh dari pusat distribusi atau peralatan yang sudah berlebihan beban kapasitifnya.

b.Tegangan Kedip (Dip Voltage); adalah turunnya tegangan (umumnya sampai 20%) dalam perioda waktu yang sangat singkat (dalam milli second). Penyebabnya adalah hubungan singkat (short circuit) antara fasa dengan tanah atau fasa dengan fasa pada jaringan distibusi. Tegangan kedip dapat mengakibatkan gangguan pada: stabilisator tegangan arus DC, electromagnetic switch, variable speed motor, high voltage discharge lamp dan under voltage relay.

c. Harmonik Tegangan (Voltage Harmonic); adalah komponen-komponen gelombang sinus dengan frekuensi dan amplitudo yang lebih kecil dari gelombang asalnya (bentuk gelombang yang cacat), contoh :
Gelombang asal : (28,3) sin (t) kV.
Harmonik ke-3 : (28,3/3) sin (3t) kV.
Harmonik ke-5 : (28,3/5) sin (5t) kV.

Tegangan harmonik dapat mengakibatkan: panas yang berlebihan, getaran keras, suara berisik dan terbakar pada peralatan capacitor reactor (power capacitor); meledak pada peralatan power fuse (power capacitor); salah beroperasi pada peralatan breaker; suara berisik dan bergetar pada peralatan rumah tangga (seperti TV, radio, lemari pendingin dsb.); dan pada peralatan motor listrik, elevator dan peralatan-peralatan kontrol akan terjadi suara berisik, getaran yang tinggi, panas yang berlebihan dan kesalahan operasi. Kontribusi arus harmonik akan menyebabkan cacat (distorsi) pada tegangan, tergantung seberapa besar kontribusinya.

Cara mengurangi pengaruh tegangan harmonik yang terjadi pada sistem adalah dengan memasang harmonic filter yang sesuai pada peralatan-peralatan yang dapat menyebabkan timbulnya harmonik seperti arus magnetisasi transformer, static VAR compensator dan peralatan-peralatan elektronika daya (seperti inverter, rectifier, converter, dsb.)

d. Ketidak seimbangan tegangan (Unbalance Voltage); umumnya terjadi di sistem distribusi karena pembebanan fasa yang tidak merata.

Gangguan-gangguan tegangan sebagaimana dijelaskan diatas dapat menyebabkan peralatan-peralatan yang menggunakan listrik, beroperasi secara tidak normal dan yang paling fatal adalah kerusakan atau terbakarnya peralatan.

3. Interupsi atau Pemadaman Listrik;
Interupsi ini dapat dibedakan menjadi:
a. Pemadaman yang direncanakan (Planned Interruption/scheduled interruption); adalah pemadaman yang terjadi karena adanya pekerjaan perbaikan atau perluasan jaringan pada sistem tenaga listrik.
b. Pemadaman yang tidak direncanakan (Unplanned Interruption); adalah pemadaman yang terjadi karena adanya gangguan pada sistem tenaga listrik seperti hubung singkat (short circuit).

Parameter-parameter yang menentukan keandalan dan kualitas listrik sebagaimana dijelaskan diatas adalah sesuatu yang meyakinkan (measureable) dan dapat diminimalkan dengan cara mengkoreksi terhadap konfigurasi dan peralatan pada sistem, manajemen serta sumber daya manusia yang handal dari perusahaan yang menjual energi listrik.