A. DEFINISI TEKNIK TENAGA LISTRIK
Teknik Tenaga Listrik ialah ilmu yang mempelajari konsep dasar kelistrikan dan pemakaian alat yang asas kerjanya berdasarkan aliran elektron dalam konduktor (arus listrik).
Dalam Teknik Tenaga Listrik dikenal dua macam arus :
- Arus searah dikenal dengan istilah DC (Direct Current)
- Arus bolak balik dikenal sebagai AC (Alternating Current)
B. ELEMEN SISTEM TENAGA
Gambar 1. Elemen Sistem Tenaga
Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak, gas alam, dan buatan), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik tiga fasa.
Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformator) energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat loss) I² R yang menyertainya. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformator).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah lagi menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya. Elemen pokok sistem tenaga dapat dilihat pada Gambar 2
Gambar 2. Elemen pokok system tenaga
Generator adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Generator AC berfungsi utnuk merubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator ini sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yangberputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala.
C. PRINSIP KERJA PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
Prinsip dasar pembangkitan tenaga listrik terdapat pada pengubahan energi mekanik ke dalam energi listrik. Gambar 2 berikut ini memperlihatan bagan sistem pembangkitan, yang terdiri dari berbagai jenis pembangkitan.
Gambar 3. Bagan Sistem Pembangkitan
Masing-masing jenis pembangkit tenaga listrik mempunyai prinsip kerja yang berbeda-beda, sesuai dengan penggerak mulanya (prime mover). Satu hal yang sama dari beberapa jenis pembangkit tenaga listrik tersebut yaitu semuanya samasama berfungsi merubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi energi mekanik dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir, kombinasi gas dan uap, menggerakkan atau memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator selanjutnya dengan sistem pengaturannya generator tersebut akan menghasilkan daya listrik.
D. PUSAT PEMBANGKIT DAN OPERASI EKONOMISNYA
Pusat pembangkit berfungsi untuk mengkonversinya sumber daya energi primer menjadi energy listrik. Secara umum pembangkit tenaga listrik dikelompokkan menjadi dua bagian besar yaitu : pembangkit listrik thermis dan pembangkit listrik non thermis.
Pembangkit listrik thermis mengubah energi panas menjadi energi listrik, panas disini bisa dihasilkan oleh panas bumi, minyak, uap dan yang lainnya. Hal ini dikatakan bahwa pembangkit thermis yang dihasilkan dari panas bumi mempunyai penggerak mula panas bumi biasanya disebut pembangkit panas bumi. Sedangkan pembangkit non thermis penggerak mulanya bukan dari panas, seperti pada pembangkit thermis penggerak mula inilah yang menentukan nama/jenis pembangkit tenaga listrik tersebut misalnya apabila penggerak mulanya berupa air maka air inilah yang menentukan jenis pembangkit tenaga non thermis tersebut biasanya disederhanakan sebutannya menjadi pembangkit tenaga air (PLTA), dan lain sebagainya.
Dari dua bagian besar ini dapat dikelompokkan menjdi beberapa jenis yaitu :
I. Pembangkit Listrik Thermis :
1. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).
2. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).
3. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ; Batu bara, gas alam dan minyak.
4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).
5. Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).
6. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
II. Pembangkit Listrik Non Thermis :
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).
2. Pembangkit Listrik Tenaga Angin.(PLTAngin)
3. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Selain beberapa jenis yang disebutkan di atas, masih terdapat jenis pembangkit tenaga listrik yang lain, misalnya pembangkit listrik yang digerakkan oleh tenaga surya, energi gelombang laut dan energi angin, saat ini masih dikembangkan secara terbatas di Indonesia. Sedangkan dari delapan jenis yang disebutkan di atas, tujuh jenis telah terpasang di Indonesia. Satu jenis pembangkit tenaga listrik, yaitu PLTN, sampai saat ini masih dalam tahap perencanaan pembangunan dan direncanakan akan dibangun di lereng Gunung Muria Jawa Tengah.
1. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU); minyak, gas alam, dan batubara.
Pada pembangkit listrik ini, bahan baker minyak, gas alam, atau batubara dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generataot sinkron. Setelah melewati turbin, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap yang bertekanan dan bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.
Gambar 4. Bagian – bagian umum PLTU
1.1. PRINSIP KERJA
Prinsip kerja dari PLTU adalah air dialirkan ke daerator untuk dilepaskan gas O2, karena gas ini dapat menimbulkan korosi. Dari daerator air akan menuju ke economizer untuk pamanasan awal air sebelum menuju boiler. Dari economizer terus ke steam drum untuk pemisahan fasa cair dan fasa gas. Fasa cair akan dipanaskan kembali ke boiler sedangkan fasa gas akan menuju superheater untuk dijadikan uap tak jenuh. Dari superheater steam akan digunakan untuk memutar high pressure turbin. Dari high pressure turbin steam akan dipanaskan lagi di re-heater dan digunakan untuk memutar intermediate pressure turbin dan low pressure turbine. Dari low pressure turbine steam didinginkan di kondenser dan menjadi fasa cair lagi. Dari kondenser diteruskan ke daerator, dan begitu seterusnya secara berulang-ulang. Putaran dari turbin digunakan untuk menggerakkan generator. Generator yang berputar akan menghasilkan medan magnet karena motor yang berputar bersinggungan dengan kumparan yang ada di stator. Medan magnet ini akan menjadi energi listrik. Dari generator energi listrik diteruskan ke transformator untuk penguatan energi. Dari transformator listrik dialirkan ke seluruh konsumen listrik.
2. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudut-sudut turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis, dan Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan baker, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini dibarengi dengan biaya inbvestasi yang sangan tinggi untuk kontruksi pekarjaan sipilnya. Bergantung pada ketersediaan sumber energi air, PLTA dapat berfungsi untuk memikul beban puncak ataupun beban dasar. Sebagai sumber daya energi yang dapat pulih, sumber potensi tenaga air sangat menarik untuk dikembangkan. Tetapi pemanfaatannya secara luas sangan dibatasi oleh kondisi geografis setempat dan permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari pusat beban.
2.1. PRINSIP KERJA
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul sudu – sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergera
kan elektron yang membangkitkan arus AC.
Gambar 5. Generator dan Turbin PLTA
Dam digumanakan untuk menaikkan level air sehingga bisa digunakan untuk membangkitkan listrik.
Resevoir digunakan untuk menyimpan air sehingga bisa digunakan kemudian.
Transmisi berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri. Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down.
3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Seperti juga pada PLTD, PLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan bakar berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pemvbakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini berfungsi sebagai fluida kerja yang memutar roda turbin bersudut yang terkopel dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Berbeda dengan pada PLTD, pada PLTG tidak terdapat bagian mesin yang bergerak tranlasi (bolak-balik) karena itu ia merupakan mesin yang bebas dari getaran..
3.1. PRINSIP KERJA
Prinsip kerja dari PLTG yaitu bahan bakar minyak yang akan digunakan ditampung pada suatu kilang yang dinamakan oil storage. Dari oil storage bahan bakar akan dialirkan menuju ke ruang pembakaan untuk proses pembakaran. Udara dari atmosfer masuk ke dalam proses melalui air intake. Sebelum masuk ke ruang pembakaran, udara dari atmosfer terlebih dahulu dilakukan proses kompresi oleh alat yang dinamakan kompressor. Dengan adanya kompresi maka udara dari atmosfer akan terjadi kenaikan temperatur dan tekanan agar proses pembakaran terjadi dengan sempurna. Bahan bakar dan udara yang terkompresi bertemu di ruang pembakaran dan terjadi proses pembakaran. Setelah proses pembakaran maka akan dihasilkan energi mekanik.
Energi mekanik inilah yang akan digunakan untuk memutar turbin. Putaran dari turbin digunakan untuk menggerakkan generator. Generator yang berputar akan menghasilkan medan magnet karena motor yang berputar bersinggungan dengan kumparan yang ada di stator. Medan magnet ini akan menjadi energi listrik. Dari generator energi listrik diteruskan ke transformator untuk penguatan energi. Dari transformator listrik dialirkan ke seluruh konsumen listrik.
Gambar 6. PLTG
4. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersususn dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang tebuat dari baja. Generator uap menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU
Keuntungan reactor air tekan yang mempunyai dua rangkaian ini terletak pada pemisahan rangkaian pertama yang merupakan reactor radioaktif dari proses konversi turbin uap yang berlangsung pada rangkaian kedua. Dengan demikian, uap yang masuk ke dalam turbin dan kondensor merupakan uap bersih yang tidak tercemar radioaktif.
4.1. PRINSIP KERJA
PLTN berperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran bahan fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. tenaga panas tersebut digunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap ( Steam Generator) dan selanjutnya sama seperti pada PLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbingenerator sebagai pembangkit tenaga listrik. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.
Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya seperti CO2, SO2, NOx ke lingkungan, sehingga PLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan.
Gambar 7. PLTN
E. TRANSMISI DAN DISTRIBUSI
Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi untuk membagikan tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah.
Generator sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkanb tenaga listrik dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator, tegangan tersebut dinaikkan menjadi 150-500 Kv. Saluran tegangan tinggi (STT) menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; di sini tegangan ditirunkan menjadi tegangan subtransmisi 70 Kv. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan menengah 20 Kv. Melalui trafo distribusi yang tersebar di bebagai pusat-pusat beban, tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang akhirnya diterima piuhak pemakai. Contoh saluran transmisi pada gambar 8
Gambar 10. Single Line Diagram Saluran Transmisi dan Distribusi
Tegangan sistem distribusi dapat dikelompokan menjadi 2 bagian besar, yaitu distribusi primer (20kV) dan distribusi sekunder (380/220V). Jaringan distribusi 20kV sering disebut Sistem Distribusi Tegangan Menengah dan jaringan distribusi 380/220V sering disebut jaringan distribusi sekunder atau disebut Jaringan Tegangan Rendah 380/220V.
F. DAFTAR PUSTAKA
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.
William.D.Stevenson, Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi 4
Aslimeri,dkk, Teknik Transmisi Tenaga Listrik Jilid 2
http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener33a.html
http://dunia-listrik.blogspot.com/
http://digdyo.blogspot.com/2013/05/pltn-pembangkit-listrik-tenaga-nuklir.html
http://di .mgdyo.blogspot.com/2013/05/pltp-pembangkit-listrik-tenaga-panas.html
http://digdyo.blogspot.com/2013/05/pltg-pembangkit-listrik-tenaga-gas.html
http://digdyo.blogspot.com/2013/05/pltu-pembangkit-listrik-tenaga-uap.html
Arismunandar, A dan Kuwahara, S. 1972. Teknik Tenaga Listrik, jilid III gardu induk.Jakarta: PT. Pradnya Paramita
*) Dibuat dari bebagai sumber Oleh : Susi Sitohang (1031611056) T. Pertambangan UBB. susysihotang12@gmail.com
