Dasar Sistem Tenaga Listrik

            Sistem tenaga listrik yang baik adalah sistem tenaga yang dapat melayani beban secara kontinyu tegangan dan frekuensi yang konstan. Fluktuasi tegangan dan frekuensi yang terjadi harus berada pada batas toleransi yang diizinkan agar peralatan listrik konsumen dapat bekerja dengan baik dan aman. Kondisi sistem yang benar-benar mantap sebenarnya tidak pernah ada. Perubahan beban selalu terjadi dalam sistem. Penyesuaian oleh pembangkit akan dilakukan melalui gevernor dari penggerak mula dan eksitasi generator.

            Perubahan kondisi sistem yang seketika, biasanya terjadi akibat adanya gangguan hubung singkat pada sistem tenaga listrik, dan pelepasan atau penambahan beban yang benar secara tiba-tiba. Akibat adanya perubahan kondisi kerja dari sistem ini, maka keadaan sistem akan berubah dari keadaan lama ke keadaan baru. Periode singkat di antara kedua keadaan tersebut disebut periode paralihan atau transient. Oleh karena itu diperlukan suatu analisis sistem tenaga listrik untuk menentukan apakah sistem tersebut stabil atau tidak, jika terjadi gangguan. Stabilitas transient didasarkan pada kondisi kestabilan ayunan pertama (first swing) dengan periode waktu penyelidikan pada detik pertama terjadi gangguan. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menentukan kestabilan suatu sistem tenaga listrik apabila mengalami gangguan adalah metode kriteria luas sama. Walaupun metode ini tidak dapat dipergunakan untuk sistem multimesin namun sangatlah membantu untuk memahami faktor-faktor dasar yang mempengaruhi stabilitas transient sistem tenaga listrik.

1.      Stabilitas Dalam Sistem Tenaga Listrik

            Dalam keadaan operasi yang stabil dari sistem tenaga listrik terdapat keseimbangan antara daya input mekanis pada prime mover dengan daya output listrik (beban listrik) pada sistem. Dalam keadaan ini semua generator berputar pada kecepatan sinkron. Hal ini terjadi bila setiap kenaikan dan penurunan beban harus diikuti dengan perubahan daya input mekanis pada prime mover dari generator-generator. Bila daya input mekanis tidak cepat mengikuti dengan perubahan beban dan rugi-rugi sistem maka kecepatan rotor generator (frekuensi sistem) dan tegangan akan menyimpang dari keadaan normal terutama jika terjadi gangguan, maka sesaat terjadi perbedaan yang besar antara daya input mekanis dan daya output listrik dari generator. Kelebihan daya mekanis terhadap daya listrik mengakibatkan percepatan pada putaran rotor generator atau sebaliknya, bila gangguan tersebut tidak dihilangkan segera maka percepatan (acceleration) dan perlambatan (deceleration) putaran rotor generator akan mengakibatkan hilangnya sinkronisasi dalam sistem.

            Stabilitas sistem tenaga listrik adalah suatu kemampuan sistem tenaga listrik atau bagian komponennya untuk mempertahankan sinkronisasi dan keseimbangan dalam sistem. Batas stabilitas sistem adalah daya-daya maksimum yang mengalir melalui suatu titik dalam sistem tanpa menyebabkan hilangnya stabilitas.

Berdasarkan sifat gangguan masalah stabilitas sistem tenaga listrik dibedakan atas:
1. Stabilitas tetap (steady state).
2. Stabilitas peralihan (transient).
3. Stabilitas sub peralihan (dinamis).
           

            Stabilitas steady state adalah kemampuan suatu sistem tenaga listrik mempertahankan sinkronisasi antara mesin-mesin dalam sistem setelah mengalami gangguan kecil (fluktuasi beban). Stabilitas transient adalah kemampuan suatu sistem tenaga listrik mempertahankan sinkronisasi setelah mengalami gangguan besar yang bersifat mendadak sekitar satu ayunan (swing) pertama dengan asumsi bahwa pengatur tegangan otomatis belum bekerja. Stabilitas dinamis adalah bila setelah ayunan pertama (periode stabilitas transient) sistem mampu mempertahankan sinkronisasi sampai sistem dalam keadaan seimbang yang baru (stabilitas transient bila AVR dan governor bekerja cepat dan diperhitungkan dalam analisis).
            Pengertian hilangnya sinkronisasi adalah ketidakseimbangan antara daya pembangkit dengan beban menimbulkan suatu keadaan transient yang menyebabkan rotor dari mesin sinkron berayun karena adanya torsi yang mengakibatkan percepatan atau perlambatan pada rotor tersebut. Ini terjadi bila torsi tersebut cukup besar, maka salah satu atau lebih dari mesin sinkron tersebut akan kehilangan sinkronisasinya, misalnya terjadi ketidakseimbangan yang disebabkan adanya daya pembangkit yang berlebihan, maka sebagian besar dari energi yang berlebihan akan diubah menjadi energi kinetik yang mengakibatkan percepatan sudut rotor bertambah besar, walaupun kecepatan rotor bertambah besar, tidak berarti bahwa sinkronisasi dari mesin tersebut akan hilang, faktor yang menentukan adalah perbedaan sudut rotor atau daya tersebut diukur terhadap referensi putaran sinkronisasi.

Faktor-faktor utama dalam masalah stabilitas adalah:
1. Faktor mekanis dapat berupa:
a. Torsi input prime beban.
b. Inersia dari prime mover dan generator.
c. Inersia motor dan sumbu beban.
d. Torsi input sumbu beban.
2. Torsi elektris berupa:
a. Tegangan internal dari generator sinkron.
b. Reaktansi sistem.
c. Tegangan internal dari motor sinkron.

            Pada sistem tenaga listrik , terdapat beberapa komponen utama . Komponen tersebut terdiri atas Pembangkitan tenaga listrik, Transmisi tenaga listrik, serta Distribusi tenaga Listrik.Tiap komponen tersebut saling bergantung satu sama lain. Penjelasan tiap komponennya ada dibawah ini

·           Pembangkit tenaga listrik (Pembangkitan) : Berfungsi membangkitkan energi listrik, dengan cara merubah potensi (energi) mekanik menjadi potensi (energi) listrik. 

·           Sistem transmisi ( penyaluran) : Proses menyalurkan energi listrik dari satu tempat ke tempat lain (dari pembangkit listrik ke gardu induk atau dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya), dengan menggunakan penghantar yang direntangkan antara tiang-tiang (tower) melalui isolator-isolator, dengan sistem tegangan tinggi.

·         Sistem distribusi (distribusi) : Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke instalasi pemanfaatan (pelanggan).

·         Instalasi milik pelanggan (pemanfaatan) : Pihak yang memanfaatkan energi listrik.

Diagram Dasar Tenaga Listrik

            Listrik yang dibangkitkan dalam sistem tenaga harus sesuai dengan kebutuhan, sebab listrik tidak dapat disimpan. Setelah dihasilkan listrik , lalu daya yang dihasilkan disalurkan ke pengguna melalui jaringan transmisi dan distribusi, yang terdiri dari trafo, jalur transmisi dan peralatan kontrol. Seluruh stasiun daya memiliki trafo pembangkit (GTs) yang meningkatkan tegangan menjadi tegangan ekstra tinggi (misal 150 KV, 500 KV) sebelum ditransmisikan. Mentransmisikan daya pada tegangan tinggi mempunyai keuntungan yaitu dapat mengurangi kehilangan selama transmisi . Kemudian, pada sub-stasiun dipasang trafo penurun, yang akan menurunkan tegangan untuk didistribusikan ke pengguna industri, perdagangan dan pemukiman.

2. Jenis-jenis Pembangkit Tenaga 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 listrik tenaga air (PLTA), dan lain sebagainya.

Dari dua bagian besar ini dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis yaitu:
A. Pembangkit Listrik Thermis :
1). Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).
2). Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).
3). Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
4). Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG).
5). Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).
6). Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
B. 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.

Proses Produksi Tenaga Listrik PLTG

            Pusat Listrik Tenaga Gas membutuhkan udara yang baik, bersih dan dalam jumlah yang tak terhingga. Proses pembangkitan listrik tenaga gas adalah sebagai berikut: Udara bertekanan 1 atmosfer pertama-tama disaring oleh saringan udara (aur filter) kemudian melalui Inlet Compressor (1) udara hasil saringan masuk ke dalam Compressor (2) untuk dimampatkan. Udara hasil pemampatan akan bercampur dengan bahan bakar yang dipompa ke ruang bakar/ combustion chamber (3). Proses ini disebut proses pengabutan karena membentuk kabut campuran udara dan bahan bakar yang digunakan dalam proses pembakaran di dalam runag bakar. Hasilnya adalah panas (energi panas) yang digunakan untuk memutar rotor/poros pada Turbin Gas (4). Sisa gas dari proses pembakaran dengan suhu 460 derajat Celcius dibuang ke udara melalui exhaust (5), sementara itu rotor/poros pada turbin gas (4) melalui suatu sistem kopling akan memutar rotor/poros elektro-magnet pada generator (6) yang menyebabkan medan magnet berotasi di dalam kumparan kawat. Pada kumparan kawat akan timbul energi listrik. Rotor/poros generator (6) akan berputar dengan kecepatan 3000 putaran/menit yang berarti perubahan tegangan akan menjadi 50 kali setiap detik, sehingga akan menghasilkan listrik dengan frekuensi 50Hz. Untuk pendinginan ruang bakar (3) dan turbin gas (4), digunakan aliran udara dari Compressor.