Sistem Transmisi Tenaga Listrik

Sistem transmisi tenaga listrik merupakan salah satu komponen dari sistem penyaluran tenaga listrik menyalurkan energi tenaga listrik dari pusat-pusat pembangkitan menggunakan kawat-kawat (saluran) transmisi, menuju gardu- gardu induk yang selanjutnya akan didistribusikan ke pelanggan atau konsumen. 

Ada dua kategori saluran transmisi: saluran udara (overhead line) dan saluran bawah tanah (uderground). Saluran udara menyalurkan tenaga listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada tiang-tiang transmisi dengan perantaraan-perantaraan isolator-isolator, sedang saluran bawah tanah menyalurkan listrik melalui kabel-kabel bawah tanah. Kedua cara penyaluran mempunyai untung ruginya sendiri-sendiri. Dibandingakn dengan saluran udara, saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, taufan, hujan angin, bahaya petir dan sebagainya. Saluran bawah tanah lebih estetis (indah), karena tidak tampak. Karena alasan terakhir ini, saluran-saluran bawah tanah lebih disukai di Indonesia, terutama untuk kota-kota besar. Namun biaya, pembangunannya jauh lebih mahal daripada saluran udara, dan perbaikannya lebih sukar bila terjadi gangguan hubung singkat dan kesukaran-kesukaran lainnya . 

Menurut jenis arusnya, pada saluran transmisi dikenal sistem arus bolak- balik (AC, atau alternating current) dan sistem arus searah (DC, atau direct current). Didalam sistem AC, penaikan dan penurunan tegangan mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transformator. Itulah sebabnya maka dewasa ini saluran transmisi di dunia sebagian besar adalah saluran AC.  Di dalam sistem AC ada sistem satu-fasa dan sistem tiga-fasa.

Sistem tiga-fasa mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem satu-fasa karena:

1. Daya yang disalurkan lebih besar 
2. Nilai sesaatnya (instantaneous value) konstan 
3. Medan magnit putarnya mudah diadakan.

Berhubung dengan keuntungan-keuntungannya hampir seluruh penyaluran tenaga listrik didunia dewasa ini dilakukan dengan arus bolak- balik. Namun, sejak beberapa tahun terakhir ini penyaluran arus searah mulai dikembangkan dibeberapa bagian dunia ini. Penyaluran DC mempunyai keuntungan karena, isolasinya yang lebih sederhana, daya guna (efisiensi) yang tinggi karena faktor dayanya satu, serta tidak adanya masalah stabilitas sehingga dimungkinkan penyaluran jarak jauh. Namun persoalan ekonominya masih harus diperhitungkan. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem DC baru dianggap ekonomis bila jarak saluran udara lebih jauh dari 640 km atau saluran bawah- tanah lebih panjang dari 50 km. Ini disebabkan karena biaya peralatan pengubah AC ke DC dan sebaliknya (converter dan inverter equipment) sangat mahal.

Untuk daya yang sama, maka daya guna penyaluran naik oleh karena hilang daya transmisi turun, apabila tegangan transmisi ditinggikan. Namun peninggian tegangan transmisi berarti juga penaikan isolasi dan biaya peralatan gardu induk. Oleh karena itu, pemilihan tegangan transmisi dilakukan dengan memperhitungkan daya yang disalurkan, jumlah rangkaian, jarak penyaluran, keandalan (reliability), biaya peralatan untuk tegangan tertentu, serta tegangan- tegangan yang sekarang dan yang direncanakan. Kecuali itu, penentuan tegangan harus juga dilihat dari standarisasi peralatan yang ada. Penentuan tegangan merupakan bagian dari perancangan sistem secara keseluruhan . 

Meskipun tidak jelas menyebutkan keperluannya sebagai tegangan transmisi, di Indonesia, Pemerintah telah menyeragamkan deretan tegangan tinggi sebagai berikut:

1. Tegangan Nominal  Sistim (kV)  : 30-66-110-150-220-380-500 
2. Tegangan Tertinggi untuk Perlengkapan : 36-72,5-123-170-245-420-525 Penentuan deretan tegangan diatas disesuaikan dengan rekomendasi International Electrotechnical Comission.

Pada penyaluran tenaga listrik terdapat beberapa jenis konfigurasi yang  secara garis besar umumnya dibagi dalam 5 bentuk konfigurasi jaringan:

1. Sistem Radial 
2. Sistem open loop / Tie Line 
3. Sistem close loop 
4. Sistem Cluster 
5. Sistem Spindel

Sistem Radial merupakan sistem jaringan distribusi tegangan menengah yang paling sederhana, murah, banyak digunakan terutama untuk sistem yang kecil, kawasan pedesaan. Umumnya digunakan pada SUTM proteksi yang digunakan tidak rumit dan keandalannya paling rendah.

Sedangkan Sistem Open Loop biasanya merupakan pengembangan dari sistem Radial, sebagai akibat diperlukannya keandalan yang lebih tinggi dan umumnya sistem ini dapat dipasok dalam satu gardu induk. Dimungkinkan juga dari gardu induk lain tetapi harus dalam satu sistem di sisi tegangan tinggi karena hal ini diperlukan untuk memudahkan manuver beban pada saat terjadi gangguan atau kondisi-kondisi pengurangan beban. Proteksi untuk sistem ini masih sederhana tetapi harus memperhitungkan panjang jaringan pada titik manuver terjauh di sistem tersebut. Sistem ini umunya banyak digunakan di PLN baik pada SUTM maupun SKTM. 

Untuk Sistem Close Loop layak digunakan untuk jaringan yang dipasok dari satu gardu induk, memerlukan sistem proteksi yang cukup rumit biasanya menggunakan rele arah (directional). Sistem ini mempunyai kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan sistem lainnya, dan sistem ini jarang digunakan di PLN tetapi biasanya dipakai untuk pelanggan-pelanggan khusus yang membutuhkan keandalan tinggi.

Sistem spindle merupakan sistem yang relatif handal karena disediakan satu buah express feeder yang merupakan feeder/ penyulang tanpa beban dari gardu induk sampai Gardu Hubung (GH) refleksi, banyak digunakan pada jaringan SKTM. Sistem ini relatif mahal karena biasanya dalam pembangunannya sekaligus untuk mengatasi perkembangan beban di masa yang akan datang, Proteksinya relatif sederhana hampir sama dengan sistem Open Loop. Biasanya di tiap-tiap feeder dalam sistem spindle disediakan  gardu tengah (middle point) yang berfungsi untuk titik manuver apabila terjadi gangguan pada jaringan tersebut. Sistem merupakan hampir mirip dengan sistem spindle. Dalam sistem Cluster tersedia satu express feeder yang merupakan feeder atau penyulang tanpa beban yang digunakan sebagai titik manuver beban oleh feeder atau penyulang lain dalam sistem Cluster tersebut. Proteksi yang diperlukan untuk sistem ini relatif sama dengan sistem Open Loop atau sistem Spindle.

Selain itu ada juga konfigurasi single phi dan double phi yang biasa digunakan pada sistem transmisi tenaga listrik.

Dengan membuat topologi jaringan yang baik akan didapat performance jaringan yang handal dan optimal dalam arti akan diperoleh  kerugian energi jaringan yang lebih kecil dan pelayanan ke pelanggan lebih baik dari sisi missal mutu tegangan ke pelanggan.

Dalam membuat / menentukan topologi jaringan perlu dilakukan perhitungan-perhitungan analisa teknis pada jaringan yang meliputi:

1. Analisa Aliran Daya 
2. Analisa Hubung Singkat 
3. Analisa Drop Tegangan 
4. Pengaturan beban agar optimal

Dari analisa-analisa tersebut di atas dan dipadukan dengan pengalaman operasional akan diperoleh bentuk topologi jaringan yang paling optimal. 

Komponen-komponen utama dari transmisi jenis saluran udara terdiri  dari:

Menara transmisi atau tiang transmisi beserta fondasinya

Menara atau tiang transmisi adalah suatu bangunan penopang saluran transmisi, yang bisa berupa menara baja, tiang beton bertulang dan tiang kayu. Tiang tiang baja, beton atau kayu umumnya digunakan pada saluran- saluran dengan tegangan kerja relatif rendah (di bawah 70 kV) sedang untuk saluran transmisi tegangan tinggi atau ekstra tinggi atau ekstra tinggi digunakan menara baja. Menara baja dibagi sesuai dengan fungsinya, yaitu : menara dukung, menara sudut, menara ujung, menara percabangan dan menara transposisi.

Isolator-isolator

Jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin atau gelas. Menurut penggunaan dan konstruksinya dikenal tiga jenis isolator, yaitu : isolator jenis pasak, isolator jenis pos saluran dan isolator gantung. Isolator jenis pasak dan pos saluran digunakan pada saluran transmisi dengan tegangan kerja relatif rendah (kurang dari 22 – 33 kV), sedang isolator gantung dapat digandeng menjadi rentangan isolator yang jumlahnya disesuaikan dengan kebutuhan.

Kawat penghantar

Jenis-jenis kawat penghantar yang biasa digunakan pada saluran transmisi adalah tembaga dengan konduktivitas 100% (CU 100%), tembaga dengan konduktivitas 97,5 % (CU 97,5 %) atau alumunium dengan koduktivitas 61% (Al 61%). Kawat penghantar alumunium dari berbagai jenis dengan lambang sebagai berikut:

1. AAC :  “All Alumunium Conductor” yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium 
2. AAAC :  “ All Alumunium Alloy Conductor” yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium. 
3. ACSR :  “Alumunium Conductor Steel Reinforced” yaitu kawat penghantar alumunium ber-inti kawat baja. 
4. ACAR : “Alumunium Conductor Alloy Reinforced” yaitu kawat penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam campuran.

Kawat penghantar tembaga mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar alumunium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahannya ialah untuk besar tahanan yang sama tembaga lebih berat dari alumunium dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar alumunium telah menggantikan kedudukan tembaga.  Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat alumunium digunakan campuran alumunium (alumunium alloy). Untuk saluran-saluran transmisi tegangan tinggi, di mana jarak antara dua tiang/menara jauh (ratusan meter), dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi. Untuk itu digunakan kawat penghantar ACSR.

Kawat tanah

Kawat tanah atau “ground wire” juga disebut sebagai kawat pelindung (shield wires) gunanya untuk melindungi kawat-kawat penghantar atau kawat fasa terhadap sambaran petir. Jadi kawat tanah itu dipasang diatas kawat fasa. Sebagai kawat tanah umumnya dipakai kawat baja (steel wire) yang lebih murah, tetapi tidaklah jarang digunakan ACSR. 

Setiap saluran transmisi memiliki karakteristik listrik, yaitu konstanta- konstanta saluran, seperti: tahanan R, induktansi L, konduktansi G, dan kapasitansi C. Pada saluran udara konduktansi G sangat kecil sehingga dengan mengabaikan konduktansi G , perhitungan-perhitungan akan jauh lebih mudah dan pengaruhnyapun masih dalam batas-batas yang dapat diabaikan.

Untuk keperluan analisa dan pehitungan maka diagram pengganti untuk klasifikasi saluran transmisi biasanya dibagi dalam 3 kelas, yaitu:

1. kawat pendek (<80 km) 
2. kawat menengah (80-250 km) 
3. kawat panjang (>250 km).

Klasifikasi di atas sangat kabur dan sangat relatif. Klasifikasi saluran transmisi harus didasarkan atas besar kecilnya kapasitansi ke tanah. Jadi bila kapasitansi kecil, dengan demikian arus bocor ke tanah kecil terhadap beban, maka dalam hal ini kapasitansi ke tanah dapat diabaikan dan dinamakan kawat pendek. Tetapi bila kapasisatansi sudah mulai besar sehingga tidak dapat diabaikan, tetapi belum begitu besar sekali sehingga masih dapat dianggap seperti kapasitansi terupsat (lumped capacitance), dan ini dinamakan kawat menengah. Bila kapasitansi itu besar sekali sehingga tidak mungkin lagi dianggap sebagai kapasistansi terpusat, dan harus dianggap terbagi rata sepanjang saluran, maka dalam hal ini dinamakan kawat panjang.

Semakin tinggi tegangan operasi maka kemungkinan timbulnya korona sangat besar. Korona ini akan memperbesar kapasitansi, dengan demikian memperbesar arus bocor. Jadi ada kalanya walaupun panjang saluran hanya 50 km, misalnya, dan bila tegangan kerja sangat tinggi (Tegangan Ekstra Tinggi, EHV, apalagi Tegangan Ultra Tinggi, UHV) maka kapasitansi relatif besar sehingga tidak mungkin lagi diabaikan walapun panjang saluran hanya 50 km.

Sedangkan untuk klasifikasi saluran transmisi berdasarkan fungsinya dalam operasi dapat dibedakan dalam:

1. transmisi: yang menyalurkan daya besar dari pusat-pusat pembangkit ke daerah beban, atau antara dua atau lebih sistem, biasa juga disebut sebagai saluran interkoneksi atau biasa disebut tie line. 
2. sub transmisi: sub transmisi ini biasanya adalah transmisi percabangan dari saluran yang tinggi ke saluran yang lebih rendah 
3. distribusi: di Indonesia telah ditetapkan bahawa tegangan distribusi adalah 20 kV.