SISTEM TENAGA LISTRIK PDF

Preview

Summary

SISTEM TENAGA LISTRIK Oleh: A.N. Afandi, ST, MT, METF TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS NEGERI MALANG Malang 2005 SISTEM TENAGA LISTRIK Digunakan untuk: UNIVERSITAS, POLITEKNIK, SMK Dedikasi: Dyah Puspitosari Farrel Chandra Winata Afandi A.N. Afandi KATA PENGANTAR Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Ya...

Description

SISTEM TENAGA LISTRIK

Oleh:

A.N. Afandi, ST, MT, METF

TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS NEGERI MALANG Malang 2005

SISTEM TENAGA LISTRIK

Digunakan untuk: UNIVERSITAS, POLITEKNIK, SMK

Dedikasi: Dyah Puspitosari Farrel Chandra Winata Afandi

A.N. Afandi

KATA PENGANTAR Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan hidayahnya, penyusunan buku ini dapat selesai. Buku berjudul ”Sistem Tenaga Listrik – Operasi Sistem & Pengendalian” ini diharapkan dapat mendukung kegiatan proses perkuliahan matakuliah-matakuliah yang terkait dengan operasi sistem tenaga listrik dan pengendalian. Buku ini disusun dengan struktur urutan dan bahasa yang sederhana, sehingga mudah untuk dipahami dan dimengerti. Serta dirujuk pada kondisi riil atau existing yang ada dilapangan, sehingga pengetahuan yang terkandung didalamnya lebih komprehensip dan lebih sesuai dengan kondisi riil. Selain itu, buku ini juga didasarkan pada bahan ajar yang digunakan Penulis untuk perkuliahan di UM, POLINEMA, UGM, PTS atau pelatihan industri, sehingga buku ini sesuai untuk Praktisi, Universitas, Politeknik atau pendidikan yang sedrajat. Selanjutnya buku ini memuat tentang operasi sistem & pengendalian, yang tertuang dalam delapan bab, yaitu dengan masing-masing bab memiliki orientasi kedalaman kajian yang berbeda. Sehingga dalam memahami sesuai dengan urutan penyajian dan kondisi lapangan. Secara garis besar dalam buku ini memuat pembangkit tenaga listrik, gardu induk, sistem transmisi, jaringan listrik nasional, potensi energi primer, sistem informasi SCADA, stabilitas dan kontingensi. Akhirnya semoga buku ini mampu mempermudah dalam penyampaian informasi sistem tenaga listrik dan mempermudah kegiatan proses pengajaran, serta bermanfaat bagi pembaca lainnya.

Malang, 10 Desember 2005 A.N. Afandi, ST, MT, METF

Daftar isi

i

A.N. Afandi

KATA PENGANTAR ..........................................................................................i DAFTAR ISI.........................................................................................................ii

1.1. Umum.............................................................................................................1 1.2. Prinsip Kerja Pembangkit Tenaga Listrik......................................................1 1.3.Pembangkit Listrik Termis..............................................................................3 1.3.1. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) ....................................................3 1.3.2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)....................................................3 1.3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) .................................................6 1.3.4. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPb) ......................................7 1.3.5. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) ................................................10 1.4.Pembangkit Listrik Non Termis .....................................................................11 1.4.1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) .....................................................11 1.4.2. Macam – macam Turbin pada PLTA..........................................................12 1.5. Pertimbangan Pembangunan Pembangkit Tenaga Listrik ...........................13

2.1. Umum ............................................................................................................16 2.2. Persyaratan Pembangunan Gardu Induk ........................................................16 2.3. Penentuan Lokasi Gardu Induk......................................................................17 2.4. Klasifikasi Gardu Induk .................................................................................18 2.5. Pemilihan Gardu Induk ..................................................................................21 2.6. Peralatan Gardu Induk....................................................................................21

Daftar isi

ii

A.N. Afandi

3.1 Umum..............................................................................................................39 3.2 Konfigurasi Jaringan .......................................................................................40 3.3 Sistem Tegangan .............................................................................................42 3.4 Komponen dan Peralatan Pengaman Sistem Transmisi..................................43

3.1. Umum.............................................................................................................51 3.2. Kebutuhan Energi ........................................................................................51 3.3. Demand Side Management (DSM) ................................................................52 3.4. Management Commitment ............................................................................54 3.5. Status Peralatan Pada Demand Side..............................................................55 3.6. Perkiraan Demand Side ..................................................................................56 3.7. Strategi dan Program DSM ...........................................................................58

5.1. Umum.............................................................................................................61 5.2. Jangkauan Jaringan Listrik Nasional .............................................................61 5.3. Pertumbuhan Beban .......................................................................................62 5.3. Kondisi Pembangkit .......................................................................................63 5.4. Perkiraan Kebutuhan Energi Listrik ..............................................................64 5.5. Pengembangan Pembangkit Sistem Jawa Bali...............................................65 5.6. Pengembangan Pembangkit di Luar Sistem Jawa Bali ..................................66 5.7. Pengembangan Jeringan Listrik .....................................................................69

Daftar isi

iii

A.N. Afandi

6.1. Umum.............................................................................................................90 6.2. Potensi Energi ..............................................................................................91 6.2.1 Batubara .......................................................................................................91 6.2.2 Gas Alam......................................................................................................92 6.2.3 Energi Terbarukan........................................................................................93 6.2.4 Nuklir ...........................................................................................................94

7.1. Umum.............................................................................................................95 7.2. Lalu-lintas Data dan Informasi.......................................................................96 7.3. Sarana Operasi Sistem Tenaga Listrik ...........................................................98 7.4. Program-Program Offline...............................................................................99 7.5 Pengembangan Fasilitas Operasi................................................................... 100 7.6. Sistem SCADA ............................................................................................ 100 7.6.1. Telesignalling (TS) ................................................................................. 103 7.6.2. Telemetering ........................................................................................... 103 7.7. Invalidity dan Bad-measurement ............................................................... 103 7.7.1. Invalidity ................................................................................................... 104 7.7.2. Bad Measurement ................................................................................... 104 7.8. Optimalisasi Sistem SCADA ..................................................................... 105 7.9.Peralatan yang diperlukan ............................................................................. 105 7.10. Sekuriti SCADA ........................................................................................ 106

8.1. Umum........................................................................................................... 107 8.2. Tinjauan Operasi Sistem .............................................................................. 107

Daftar isi

iv

A.N. Afandi

8.2.1. Tinjauan Dari Sisi Beban .......................................................................... 108 8.2.2. Tinjauan dari sisi penyaluran .................................................................... 110 8.2.3. Tinjauan dari sisi pembangkit ................................................................... 111 8.2.4. Peninjauan berdasarkan jenis gangguan.................................................... 112 8.2.5. Peninjauan berdasarkan perangkat kontrol ............................................... 113 8.3. Jenis Stabilitas.............................................................................................. 115 8.4. Komponen Dasar Sistem Tenaga Listrik ..................................................... 116 8.5 Ayunan Sistem .............................................................................................. 117 8.6. Model Generator .......................................................................................... 119 8.7. Model Sstem Eksitasi................................................................................... 120 8.8. Model Sistem Pembangkit ........................................................................... 120 8.9. Stabilizer ..................................................................................................... 121 8.9.1. Pole Assignment ........................................................................................ 123 8.9.2. Pole Shifting – PSS.................................................................................... 123 8.9.3. Optimal – PSS ........................................................................................... 124 8.9.4. Neural ....................................................................................................... 125 8.9.5. Fuzzy ........................................................................................................ 125 8.9. Kontingensi .................................................................................................. 126 8.10. Kondisi Operasi Sistem.............................................................................. 127 8.11. Status Bus Sistem ....................................................................................... 128

Daftar isi

v

A.N. Afandi

1.1. Umum Sistem tenaga listrik dewasa ini merupakan kebutuhan tenaga listrik yang bukan saja monopoli daerah perkotaan, tetapi sudah merambah ke desa-desa terpencil. Untuk melayani daerah perkotaan dan pedesaan perlu di tingkatkan pula pembangunan jaringan distribusi sehingga terjadi pemerataan pemakaian energi listrik. Mengingat pentingnya energi listrik bagi kehidupan masyarakat dan bagi pembangunan nasional, maka suatu sistem tenaga listrik harus bisa melayani pelanggan secara baik, dalam arti sistem tenaga listrik tersebut aman dan andal. Aman berarti bahwa sistem tenaga listrik tidak membahayakan manusia dan lingkungannya. Handal berarti sistem tenaga listrik dapat melayani pelanggan secara memuaskan misalnya dalam segi kontinuitas dan kualitas. Hal ini akan terwujud apabila proses perencanaan, pelaksanaan pembangunan, pengoperasian dan pemeliharaan suatu sistem tenaga listrik senantiasa mengikuti ketentuan standar teknik yang berlaku. Prinsip kerja dari sistem tenaga listrik di mulai dari bagian pembangkitan kemudian disalurkan melalui sistem jaringan transmisi pada gardu induk dan dari gardu induk disalurkan serta dibagi-bagi kepada pelanggan melalui saluran distribusi.

1.2. Prinsip Kerja Pembangkit Tenaga Listrik Pada pembangkitan tenaga listrik terdapat proses pengubahan sumber energi primer menjadi energi listrik. Proses pengubahan sumber energi baik konvensional maupun non konvensional dapat dilihat pada gambar 1.1. Masingmasing jenis pembangkit tenaga listrik mempunyai prinsip kertja yang berbeda, sesuai dengan penggerak mulanya (prime mover). Satu hal yang sama pada pembangkit tenaga listrik adalah semuanya berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan cara mengubah potensi energi mekanik yang berasal dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir, kombinasinya. Fluida yang

Pembangkit Tenaga Listrik

1

A.N. Afandi

berupa, uap, gas atau air digunakan untuk menggerakan atau memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator, sehingga sistem ini menghasilkan energi listrik. Khusus pada pembangkit listrik tenaga diesel, prinsip kerjanya sedikit berbeda dengan jenis pembangkit lainnya, yaitu jika pengubahan potensi energi mekanik dari dari sumber energi primer tetapi pada PLTD menggunakan diesel atau motor bakar solar.

Sumber energi : Angin Air Uap Gas

Turbin

Uap dan Gas Panas Bumi Nuklir

BBM

Energi mekanik

Generator

Energi listrik

Diesel

Gambar 1.1. Proses konversi energi listrik

Secara umum pembangkit tenaga listrik dikelompokan menjadi dua bagian besar, yaitu pembangkit listrik termis dan pembangkit listrik non termis. Pembangkit termis mengubah energi panas menjadi energi listrik. Panas dapat dihasilkan oleh panas bumi, minyak, uap, gas dan lainnya. Hal ini dapat dikatakan bahwa pembangkit termis yang dihasilkan oleh panas bumi disebut sebagai pembangkit listrik panas bumi, sedangkan pembangkit termis yang dihasilkan oleh uap disebut sebagai pembangkit tenaga uap. Sedangkan pada pembangkit non termis sumber energi penggerak mulanya bukan berupa panas, seperti pada pembangkit tenaga air atau yang disebut dengan PLTA. Dengan demikian untuk

Pembangkit Tenaga Listrik

2

A.N. Afandi

menentukan nama suatu pembangkit tergantung apa atau oleh apa penggerak mula pembagkit tersebut.

1.3. Pembangkit Listrik Termis : Pada kelompok pembangkit termis ini merupakan jenis pembangkit yang menggunakan panas sebagai konversi dasar utamanya, yaitu sebagai proses konversi energi listrik.

1.3.1. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) Pusat listrik tenaga gas terdiri atas sebuah kompresor, ruang pembakaran, dan turbin gas dengan generator listrik, dimana udara dikopresikan dalam kompresor kemudian dialirkan keruang pembakaran bersamaan dengan bahan bakar yang disulut. Gas yang diekpansikan memiliki suhu dan tekanan tinggi, kemudian dimasukkan dalam turbin gas. Turbin yang dikopel pada sudu generator akan berputar poros generator dan menghasilkan listrik.

Gambar 1.2. Siklus turbin gas sederhana

Sebuah turbin gas pada umumnya memiliki tingkat efisiensi yang rendah, pemakaian bahan bakarnya tinggi dan gas buangnya masih memiliki suhu yang tinggi pula. Oleh karena itu PLTG ini sering dipakai khusus sebagai pusat tenaga listrik beban puncak.

1.3.2. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Siklus Rankine atau siklus tenaga uap merupakan siklus teoritis paling sederhana yang menggunakan uap sebagai medium kerja sebagaimana yang dipergunakan pada sebuah pusat listrik tenaga uap (PLTU). Struktur dan

Pembangkit Tenaga Listrik

3

A.N. Afandi

komponen tama sebuah pusat listrik tenaga uap terlihat pada gambar 1.3. Sebuah boiler bekerja sebagai tungku, yang memindahkan panas yang berasal dari bahan bakar yang membakar barisan pipa air yang mengelilingi api. Air harus senantiasa berada dalam keadaan mengalir walaupun dilakukan dengan pompa. Sebuah tangki berisi air dan uap bertekanan dengan suhu tinggi menghasilkan uap yang diperlukan turbin. Tangki itu juga menerima air pengisi yang diterima dari kondensor. Uap mengalir keturbin ketekanan tinggi setelah melewati super hiter guna meningkatkan suhu sekitar 200o C. Dengan demikian uap juga menjadi kering dan efisiensi seluruh PLTU meningkat.

Gambar 1.3. Komponen utama PLTU

Turbin tekanan tinggi mengubah energi termal menjadi energi mekanik dengan mengembangnya uap yang melewati sudu turbin. Degan demikian uap ini akan menjadi turun tekanan maupun suhunya. Untuk meningkatkan efisiensi termal dan untuk menghindari terjadinya kondensasi terlalu dini, uap dilewatkan sebuah pemanas ulang yang juga terdiri dari barisan pipa yang dipanaskan. Uap yang meninggalkan pemanas ulang dialirkan ke turbin tekanan menengah. Turbin ini ukurannya lebih besar dari turbin tekanan tinggi karena dengan menurunnya tekanan uap volume menjadi naik. Uap kemudian dialirkan ke turbin tekanan rendah yag memiliki ukuran lebih besar. Uap lalu dialirkan kekondensor.

Pembangkit Tenaga Listrik

4

A.N. Afandi

Uap terpakai yang memasuki kondensor didinginkan oleh air pendingin sehingga terjadi kondensasi. Air pendingin biasanya berasal dari laut, sungai atau danau. Air hangat yang meninggalkan kondensor dipompa kesebuah pemanas awal sebelum dikembalikan ke tangki boiler. Pemanas awal memperoleh panas dari uap yang diambil dari turbin tekanan tinggi. Bahan bakar yang dipakai biasanya terdiri atas batu bara minyak baker atau gas bumi. Turbin tekanan tinggi mengubah energi termal menjadi energi mekanik dengan mengembangnya uap yang melewati sudu turbin. Degan demikian uap ini akan menjadi turun tekanan maupun suhunya. Untuk meningkatkan efisiensi termal dan untuk menghindari terjadinya kondensasi terlalu dini, uap dilewatkan sebuah pemanas ulang yang juga terdiri dari barisan pipa yang dipanaskan.

HSTR

Ruang bakar

Kopling M

G

Kompresor

Turbin gas

Super heater G

LP

LP

IP

HP

HRSG WTP Steam drum

Kondensor Dearator

Gambar 1.4. Skematik diagram PLTGU

Uap yang meninggalkan pemanas ulang dialirkan ke turbin tekanan menengah. Turbin ini ukurannya lebih besar dari turbin tekanan tinggi karena dengan menurunnya tekanan uap volume menjadi naik. Uap kemudian dialirkan ke turbin tekanan rendah yag memiliki ukuran lebih besar. Uap lalu dialirkan kekondensor. Uap terpakai yang memasuki kondensor didinginkan oleh air pendingin sehingga terjadi kondensasi. Air pendingin biasanya berasal dari laut, sungai atau danau. Air hangat yang meninggalkan kondensor dipompa kesebuah pemanas

Pembangkit Tenaga Listrik

5

A.N. Afandi

awal sebelum dikembalikan ke tangki boiler. Pemanas awal memperoleh panas dari uap yang diambil dari turbin tekanan tinggi. Bahan bakar yang dipakai biasanya terdiri atas batu bara minyak bakar atau gas bumi.

1.3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Sebuah pembangkit tenaga diesel terdiri atas motor bakar sebagai penggerak mula yang dikopel langsung dengan generator. Bahan bakar yang dipakai pada umumnya adalah minyak diesel, yang biasanya disebut solar. Sebuah mesin diesel biasanya terdiri atas beberapa sillinder, yang dapat disusun secara berderet vertikel, berderet V, berderet horizontal atau bahkan berbentuk bintang. Gambar 1.5 memperlihatkan secara skemastis komponen utama sebuah PLTD yang terdiri atas generator, sistem bahan bakar, sistem udara masuk, sistem pelumasan dan beberapa sistem pendinginan. Dalam sistem udara masuk terdapat saringan udara untuk mencegah pengotoran ke dalam silinder. Pada sistem pembuangan gas terdapat peredam untuk mengurangi terjadinya kebisingan. Sedangkan pa...