BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Penggunaan arus searah untuk pemanfaatan energi listrik sehari-hari adalah lebih tua di bandingkan dengan arus searah. Pusat listrik pertama di new york city di pasang oleh thomas Edison tahun 1882 dan beroperasi dengan kapasitas 110 volt. Demikia pula pusat listrik komersial pertama di Indonesia di bangun di Gambir, Jakarta oleh perusahaan listrik NIGEM tahun 1897 menggunakan arus searah.
Dengan berkembangnya zaman maka berkembang pula teknologi, khususnya teknologi di bidang tenaga listrik. Pertengahan perang dunia pertama para ilmuan mulai megembangkan teknologi listrik arus bolak-balik, dikarenakan pada saat itu baru di temuakannya suatu alat yang dapat menaikan tegangan yaitu transformator, arus bolak-balik ini berperan sangat besar dalam pengaruh penemuan transformator. Sehingga pada saat itu barulah di gunakan teknologi arus bolak-balik, perkembangan teknologi di bidang energi listrik arus bolak-balik masih di pakai sampai sekarang.
Arus bolak-balik semakin banyak di pakai di seluruh dunia, begitu juga di indoneaia. Pemakaian arus bolak-balik ini sudah mencapai teggangan ultra tinggi, di negra-negara maju transmisi yang di lakukan dengan arus bolak-balik ini telah mencapai 1 Gwat. Para ilmuan saat ini terus meneliti tentang arus bolak-bailk, dan ternyata banyak di temukan masalah yang terjadi di penyaluran arus bolak-balik. Sehingga para ilmuan mulai meneliti kembali arus listrik searah, dimana kekurangan arus searah adalah tidak dapat dinaikan tegangan keluaran dari generator. Dengan adanya perkemabangan ilmu pengetahuan maka di temukanya perkembangan alat elektronika daya yang dapat menaikan tegangan arus searah.
Transmisi energi listrik dengan arus searah baru dapat dimamfaatkan, setelah perkembangan teknologi semi konduktor, khususnya teknologi thyristor, mencapai kematangan teknis maupun ekonomis pada awal dekade enampuluhan. Thyristor dengan daya maupun tegangan yang tinggi dapat dimamfaatkan untuk peralatan konverter guna mengubah arua bolak balik menjadi arus searah dan sebaliknya. Suatu saluran trnsmisi arus searah memerlukan konverter pada tiap ujung. Pada sisi kirim arus bolak balik di konversi menjadi arus searah dan pada sisi terima arus bolak balik di konversi kembali menjadi arus bolak balik. saluran transmisi arus searah yang menghubungkan pula Gotland dengan daratan swedia dengan mempergunakan kabel laut melintasi laut baltik merupakan implementasi pertama penyaluran energi listrik dengan arus searah pada tahun 1954. Kini telah beroperasi banyak kabel laut arus searah seperti yang menghubungkan north island dan south island di selandia baru dengan tegangan ± 250 kv. Transmisi arus searah jarak jauh di afrika adalah saluran kabora bassa di mozambik ke afrika selatan dengan tegangan 533 kv. Transmisi tegangan arus searah (TTAS) yang besar di amerika utara adalah yang menghubungkan radisson di canada dengan boston di amerika serikat dengan jarak 1500 km dengan tegangan ± 500 kv. Suatu rencana besar adalah di malaysia, untuk penyaluran tenaga air di bakum, serawak dengan kabel laut TTAS sepanjang 600 km ke pusat beban listrik di semenanjung malaysia.
Di indonesia transmisi tegangan tinggi arus searah pada saat ini belum ada. Diperkirakan bahwa interkoneksi sumatra jawa akan dilakukan dengan kabel laut TTAS yang melintas selat sunda yang dapat terjadi pada dasawarsa pertama abad yang akan datang. Interkoneksi ini diperlukan untuk menghubungkan pusat-pusat sumber daya energi di sumatra.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Pada tugas akhir ini akan di bahas beberapa permasalahan yang mengenai perbandingan transmisi arus searah dengan perbandingan transmisi arus bolak-balik, beberapa hal mengenai kekurangan dari transmisi arus searah dan transmisi arus bolak-balik. Tugas akhir ini lebih menekakan pada transmisi arus searah, dimana akan dibahas mengenai kualitas daya yang di transmisi oleh transmisi arus searah jarak jauh, kualitas daya yang di transmisikan tersebut akan di bandingkan dengan transmisi arus bolak-balik. Maka akan di dapatkan, jaringan transmisi mana yang layak di gunakan pada transmisi tegangan listrik antara Sumatra Utara dengan Aceh, dari analisa kualitas daya tersebut dia tas. Tugas akhir ini juga akan membahas bagaimana kelayakan dari perencanaan transmisi arus searah yang di nilai dari beberapa aspek yaitu aspek ekonomi, aspek teknik, aspek lingkungan.
1.3 PEMBATASAN MASALAH
Penulis hanya membatasi permasalahan dengan membandingkan efisiensi biaya transmisi, kwalitas daya, serta mengetahui sistem kerja peralatan tegangan tinggi yang digunakan pada transmisi arus searah (DC), dan juga mengetahui dampak positif dan negatif dari perbandingan transmisi arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC).
1.4 TUJUAN TUGAS AKHIR
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:
Membandingkan efisiensi biaya transmisi antara transmisi arus searah (DC) dengan transmisi arus bolak balik (AC)
Membandingkan kwalitas daya dalam pentransmisian antara transmisi arus searah (DC) dengan transmisi arus bolak balik (AC)
Mengetahui sistem kerja serta peralatan tegangan tinggi yang di gunakan pada transmisi arus searah (DC).
Mengetahui dampak negatif dan positif dari perbandingan transmisi arus searah dan arus boalk-balik, di lihat dari segi aspek teknik, ekonomi, lingkungan.
1.5 METODOLOGI PENELITIAN
Dalam penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan beberapa tahap kegiatan antara lain :
a. Studi Literatur tentang buku-buku referensi yang mengenai transmisi arus searah.
b. Pengumpulan data peralatan yang di gunakan pada transmisi arus searah dan data peralatan transmisi arus bolak balik.
c. Pengumpulan data lapangan transmisi arus bolak-balik yang di pakai saat ini.
d. Analisa data perbandingan transmisi arus searah dan arus bolak-balik.
1.5 RELEVANSI
Transmisi arus searah saat ini sedang dalam penelitian para ilmuan, dimana arus searah saat ini memiliki keterandalan yang sangat bagus dalam pentransmisian jarak jauh, dikarenakan transmisi arus searah memiliki beberapa kelebihan dari transmisi arus bolak-balik, penerapan jaringan trasmisi arus searah di daerah-daerah jauh dari sumber pembangkit energi listrik sangatlah perlu di terapkan saat ini. jaringan transmisi interkoneksi, seperti di provinsi Aceh yang jaringan transmisinya di interkoneksikan dengan sumatra utara yang memiliki jarak yang sangat jauh, perlu di terapkan suatu jaringan transmisi terobosan baru yaitu jaringan transmisi arus searah. Maka akan di lihat bagaimana kualitas daya listrik yang di hasilkan dari transmisi arus searah ini, dan juga akan di lihat bagaimana perbandingan dengan kualitas daya pada transmisi arus bolak-balik.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan karya ilmiah ini adalah sebagai berikut :
BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dibahas tentang latar belakang, permasalahan, tujuan penulisan, manfaat penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB 2 LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang landasan teori yang berkaitan dengan transmisi arus searah (DC)
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang tahapan penelitian yang dilakukan,
BAB 4 ANALISA DAN PEMBAHASAN
Membahas mengenai kualitas daya yang di transmisi oleh transmisi arus searah jarak jauh, juga akan membahas bagaimana kelayakan dari perencanaan transmisi arus searah yang di nilai dari beberapa aspek yaitu aspek ekonomi, aspek teknik, aspek lingkungan.
BAB 5 PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan
DAFTAR PUSTAKA
Berisi buku-buku referensi yang digunakan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 SALURAN TRANSMISI
tenaga listrik sangat berguna karena tenaga listrik itu dapat dengan mudah ditransportasikan/disalurkan dan juga mudah diatur. Tenaga listrik dibangkitkan di pusat-pusat listrik tenaga seperti : tenaga air (PLTA), tenaga uap (PLTU), tenaga panas bumi (PLTP), tenaga gas (PLTG), tenaga diesel (PLTD), tenaga nuklir (PLTN) dan lain sebagainya
Pusat-pusat listrik tenaga itu umumnya terletak jauh dari tempat-tempat dimana tenaga listrik itu digunakan, karena itu tenaga listrik dibangkitkan harus disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transmisi.
2.2 TRANSMISI TENAGA LISTRIK
Saluran transmisi pada asasnya merupakan rangkaian listrik memiliki konstanta yang terbagi sepanjang saluran, terdiri atas:
2.2.1 Resistansi
Tiap konduktor listrik memberi perlawanan atau tahanan terhadap mengalirnya arus listrik dan hal ini dinamakan resistansi, a ditentukan oleh rumus berikut
……………………………………………(2.1)
Dengan : R= Resistansi
l = Panjang konduktor
a = Penampang konduktor
= Resistansi spesifik konduktor yang tergantung dari jenis bahan dan suhu
2.2.2 Efek kulit
Bilamana suatu konduktor dialiri arus searah, maka arus listrik akan terbagi rata pada penampang konduktor. Hal demikian tidak terjadi pada arus bolak-balik, dimana terdapat kecendrungan bahwa arus lebih berkonsentrasi pada permukaan konduktor. Pada suatu sistem arus bolak-balik bahkan arus listrik tidak akan melewati inti konduktor dan seluruh arus akan terkonsentrasi berdekatan dengan tepi. Fenomena ini disebut efek kulit (skin effect), dan mengakibatkan resistansi sedikit meningkat.
2.2.3 Induktansi
Telah diketahui bahwa konduktor yang dilalui arus listrik dikelilingi oleh garis-garis magnetic berbentuk lingkaran-lingkaran konsentrik. Dalam hal arus bolak-balik medan disekeliling konduktor tidaklah konstan melainkan berubah-ubah dan mengait dengan konduktor itu sendiri maupun dengan kondiktor-konduktor lain yang terletak berdekatan. Oleh karena adanya kaitan-kaitan fluks itu saluran memiliki sifat induktansi
2.2.4 Kapasitansi
Dua konduktor terletak terpisah oleh suatu medium isolasi merupakan suatu kapasitor, dalam hal saluran udara maka dua konduktor merupakan dua pelat sebuah kapasitor yang dipisah oleh udara. Kapasitansi ini terbagi rata sepanjang saluran, besar arus muatan kapasititansi adalah:
………………………………………….(2.2)
Di mana : I = arus muatan kapasitansi
f = Frekuensi
C = Besar kapasitansi
V = Tegangan
2.3 TEGANGAN TRANSMISI
Apabila tegangan transmisi dinaikkan, maka daya guna penyaluran akan naik oleh karena rugi-rugi transmisi turun, pada besaran daya yang disalurkan sama. Namun, penaikan tegan transmisi berarti juga penaikan isolasi dan biaya peralatan juga biaya gardu induk.
Oleh karena itu, jaringan transmisi dilakukan dengan memperhitungkan daya yang disalurakan, jumlah rangkaian, jarak penyaluran, keandalan (reliability), biaya peralatan untuk tegangan tertentu, serta tegangan-tegangan sekarang yang ada dan yang akan direncanakan, penentuan tegangan juga harus dilihat dari segi standarisasi peralatan yang ada. Penentuan tegangan transmisi merupakan bagian dari perancangan system tenaga listrik secara keseluruhan.
Tingkat tegangan yang lebih tinggi, selain untuk memperbesar daya hantar dari saluran transmisi yang berbanding lurus dengan kuadran tegangan, juga untuk memperke cio rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada saluran transmisi, dengan tinggi tegangan maka tingkat isolasi pun harus tinggi, dengan demikian biaya peralatan juga makin tinggi
2.3.1 saluran transmisi berdasarkan pemasangan
Berdasarkan pemasangannya, saluran transmisi dibagi menjadi dua kategori, yaitu:
1. saluran udara (overhead lines);
saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antar menara atau tiang transmisi. Keuntungan dari saluran transmisi udara adalah lebih murah, mudah dalam perawatan, mudah dalam mengetahui letak gangguan, mudah dalam perbaikan, dan lainnya. Namun juga memiliki kerugian, antara lain: karena berada di ruang terbuka, maka cuaca sangat berpengaruh terhadap keandalannya, dengan kata lain mudah terjadi gangguan, seperti gangguan hubung singkat, gangguan tegangan lebih karena tersambar petir, dan gangguan-gangguan lainnya..
2. saluran kabel tanah (underground cable);
saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah. Kategori saluran transmisi seperti ini adalah yang favorite untuk pemasangan di dalam kota, karena berada didalam tanah, maka tidak mengganggu keindahan kota dan juga tidak mudah terjadi gangguan akibat kondisi cuaca atau kondisi alam. Namun juga memilik kekurangan. Seperti: mahalnya biaya investasi dan sulitnya menentukan titik gangguan dan perbaikannya.
2.3.2 saluran transmisi berdasarkan arus listrik
dalam dunia kelistrikan dikenal dua kategori arus listrik, yaitu arus bolak-balik (alternating current/AC) dan arus searah (direct current/DC) Oleh karena itu, berdasarkan jenis arus listrik yang mengalir di saluran transmisi, maka saluran transmisi terdiri dari
2.4 TRANSMISI ARUS BOLAK-BALIK (AC)
Didalam system AC penaikan dan penurunan tegangannya sangat mudah dilakukan dengan bantuan transformator dan juga memiliki 2 sistem, sistem fasa tunggal dan sistem fasa tiga sehingga saluran transmisi AC memiliki keuntungan lainnya yaitu:
a. daya yang disalurkan lebih besar
b. nilai sesaat (instantaneous value)nya konstan, dan
c. mempunyai medan magnet putar
Slain keuntungan-keuntungan yang disebutkan diatas, saluran transmisi AC juga memilik kerugian, yaitu: tidak stabil, isolasi yang rumit dan mahal (mahal disini dalam artian untuk menyediakan suatu isolasi yang memang aman dan kuat
2.5 TRANSMISI ARUS SEARAH (DC)
Jaringan transmisi arus searah adalah suatu sistem awal penyaluran energi listrik, dimana tegangan yang dihasilkan oleh generator adalah tegangan AC, dikarenakan generator yang di gunakan adalah generator sinkron. Tegangan AC hasil dari generator di alirin ke gardu konverter, pada gardu konverter terdapat transformator step up yang befungsi sebagai menaikan tegangan, sebelum tegangan tersebut di ubah menjadi arus searah atau di knverterkan. Namun saat ini telah di temukan suatu alat dimana tegangan DC dapat di naikan tanpa melalui transformator, yaitu rangakain DC-DC konveter.
Setelah tegangan di konverterkan dan dinaikan maka barulah tegangan DC di transmisikan, jarak yang jauh tidak menjadi masalah pada transmisi arus searah. Setelah dari transmisi maka tegangan DC tersebut masuk ke gardu inverter. Pada gardu inverter ini tegangan DC di ubah kemabali menjadi tegangan AC dan diturun kan kemabli dengan menggunakan transformator step down. Kemudian tegangan AC tersebut barulah di aliri ke beban. Dapat di lihat pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Sistem Topologi Transmisi Arus Searah
Saluran transmisi tegangan tinggi arus searah diklasifikasikan menurut :
a. Saluran mono polar
b. Saluran bipolar
c. Saluran homo polar
Saluran mono polar (gambar 2.3 a) memiliki hanya satu konduktor sedangkan bumi dipergunakan sebagai hantaran kembali (balik bumi). Biasanya saluran dioperasikan dengna polaritas negatif karena akan mengurangi rugi-rugi korona dan interverensi radio. Saluran bipolar memiliki dua konduktor , satu dengan polaritas positif dan yang lainnya dengan polaritas negatif. Terdapat dua konverter per gardu dengan tegangan yang sama dan dihubungkan secara seri ( gambar 2.3 b). Tegangan saluran bipolar biasanya dinyatakan misalnya sebagai ± 500 kv. Titk tengah dapat dihubungkan dengan tanah pada satu atau pada kedua ujung, tiap saluran dapat dioperasikan secara tersendiri. Saluran homo polar memiliki dua konduktor atau lebih yang keduanya memiliki polaritas sama. Biasanya dipakai sebagai hantaran kembali (balik bumi).
Gambar 2.2 Menara Transmisi Tegangan Arus Searah (a) Monopolar, (b) Bipolar, (c) homopolar.
Air laut juga dapat dipakai sebagai hantaran kembali. Hantaran kembali ini biasanya disebut balik bumi (ground return, earth return), sekalipun air laut dipergunakan sebagai jalur kembali. Suuatu saluran dengan balik bumi (saluran monopolar) adalah lebih ekonomis dari saluran bipolar karena menghemat biaya dari satu hantaran logam. Selain hal itu masih terdapat dua keuntungan penggunaan bumi sebagai hantaran balik.
Keuntungan pertama adalah Suatu saluran TTAS dapat dibangun dalam dua tahap bila mana beban awal agak rendah. Pada tahap pertama saluran beroperasi sebagai saluran monopolar dengan bumi sebagai hantaran kembali. Dan pada tahap kedua, bila mana beban meningkat dapat dibangun sebagai saluran bipolar.
Keuntungan kedua adalah keandalan sistem, yaitu bila mana suatu konduktor terganggu, sisitem dapat dioperasikan pada separuh daya dengan mempergunakan konduktor yang tidak terganggu dengan bumi. Karenanya keandalan saluran bipolar adalah sama tingginya dengan saluran ganda 3 fasa, sekalipun hanya memiliki dua konduktor dibanding dengan enam pada sistem ganda 3 fasa.
Dilain pihak, saluran dengan sistem bumi balik juga memiliki kekurangan-kekurangan yaitu :
1. Arus arus bumi menyebabkan terjadinya korosi elektrolitik pada benda benda logam yang ditanam, seperti pipa dan lainnya.
2. Elektroda bumi dengan resistansi rendah cukup mahal dan pemeliharaan nya juga tidak mudah.
3. Arus-arus bumi dapat mengakibatkan adanya tagangan langkah ( step voltage ) dan tegangan sentuh (touch voltage ) yang berbahaya.
4. Arus-arus bumi dapat mengganggu beroperasinya peralatan lain seperti kompas kapal dan sinyal perkeretaapian.
Gambar 2.3 Jenis Saluran Tegangan Tinggi Arus Searah
(a) Monopolar, (b) Bipolar, (c) Homopolar
2.4.1 Prinsip Konversi
Pada umumnya tegangan tinggi arus searah diperoleh dari tegangan tinggi arus bolak-balik dengan menggunakan suatu alat penyearah, pada akhir tahun 1950 dikembangkan suatu teknologi baru, yaitu teknologi semi konduktor berupa thyristor, yang memungkinkan menyearahkan tegangan tinggi arus bolak-balik menjadi arus searah dengan daya besar dan keandalan tinggi. Pada gambar dibawah mempelihatkan suatu skema penyearah tiga fase yangterdiri atas sebuah transformator tiga fase dan tiga buah dioda. Dioda bekerja sebagai suatu katub yang menghantar arus listrik ke satu arah.
Gambar 2.4 Penyearah tiga Fasa dan Bentuk-bentuk Tegangan dan Arus Searah
2.4.2 Prinsip Inversi
Dalam hal penggunaan katub konduksi atau hantaran terjadi hanya dalam satu arah, dan arah arus dalam sebuah converter atau penyearah tidak dapat dibalik. Pada operasi penyearah arus keluaran Ias dan tegangan keluaran Vas dipergunakan oleh beban. Pada operasi inverse diperlukan untuk memindahkan daya dari sisi arus searah ke jurusan sistem arus bolak-balik yang hanya dapat diperoleh dengan pembalikan tegangan searah rata-rata. Dengan demikian untuk inverse suatu sistem tegangan bolak-balik perlu tersedia pada sisi primer transformator dan pengendalian jaringan (grid control) dan converter menjadi sangat penting
Gambar 2.5 Skema Hubungan Jembatan Inverter dan Bentuk-bentuk Tegangan dan Arus
2.4.3 Gardu konverter
Konverter Transmisi tegangan Arus searah (TTAS) yang modern disusun sebagai rangkaian 12 pulsa sebagaimana terlihat pada gambar. Hal ini di peroleh dengan menghubungkan secara seri dua jembatan 6 pulsa yang masing-masing sepenuhnya dikendalikan atau di kontrol. Oleh karena itu di gunakan thyristor. Yang merupakan komponen terpenting dalam transmisi arus searah.
Gambar 2.6 Skema hubungan transformator dengan jembatan 12 pulsa.
Karena besarnya peranan thyristor, pengamanan atau proteksinya mendapat perhatian yang besar sekali. Tagangan lebih atau arus arus lebih harus dibatasi agar tidak merusak thyristor. Arester surya dipasang sejajar dengan kutub atau rangkaian thyristor sebagai proteksi terhadap tegangan lebih. Pemassangan kapasitamsi turut membantu membuat distribusi potensial menjadi lebih mulus. Penggunaan kabel optik untuk meneruskan isyarat berarti bahwa sinyal itu dapat disampaikan pada tiap potensial thyristor tanpa dipengaruhi oleh medan medan elektrik dan magnetik didalam menara kutub. Jumlah gangguan dengan demikian sangat diperkecil dan suatu tingkat keandalan operasional yang tinggi dapat dicapai.
Suatu sistem perbandingan diperlukan guna menyalurkan kelebihan panas dari kutub kutub selama beroperasi. Perbandingan dengan air kini banyak dipergunakan. Pendinginan diperlukan agar suhu maksimum yang diizinkan pada thyristor tidak melampaui. Suhu tertinggi yang diperkenankan adalah ± 1200 C.
Sebagaiman di kemukan terdahulu gardu-gardu konverter modern terbanyak mempergunakan konverter 12 pulsa. Sebab utama adalah agar tidak terlalu banyak gelombang harmonis yang di hasilkan. Suatu konverter 12 pulsa memerlukan adanya dua sistem 3 fasa yang saling terpisah sebanyak 30 atau 150 derajat listrik. Hal demikian dicapai dengan memasanag sebuah transformator pada tiap sisi jaringan dengan kelompok –kelompok vektor Y-y-O dan Y-d-S, transformator-transformator ini memerlukan tegangan impendasi yang samapada sisi primer dan sisi skunder.
Belitan-belitan pda sisi jaringan transformator konverter terpasang paralel, sedangkan pada sisi penyearah terpasang seri pada dua jembatan 6 pulsa. Secara keseluruhan sistem ini merupakan jemabatan konverter 12 pulsa, sebagaimana terlihat pada gambar. Suatu ciri penting sebuah transformator konverter adalah tegangan hubung singkatnya. Setelah thyristor, maka konverter transformaotor adalah komponen yang terpenting.
Pada gardu konveter arus searah terdapat bayak sekali pamakaian teknologi elektronika daya, dimana peralatan elektronika daya ini memakai bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor ini adalah salah satu pemicu fenomena distorsi harmonisa pada sistem gardu. Sepeti yang di ketahui bahwa efek dari fenomena harmonisa ini adalah distorsi gelombang sinusoidal, pembebanan lebih pada bebagai peralatan lainya, serta gangguan pada jaringan telepon dan radio. Maka untuk mengatasi fenomena harmonisa yang terjadi pada gardu arus searah di pasang filter harmonisa.
2.5 TEKNOLOGI TEGANGAN TINGGI ARUS SEARAH
Sepanjang 40 tahun terakhir banyak inovasi teknis telah direalisir dalam bidang sistem transmisi tegangan tinggi arus searah. Sebagai contoh, teknologi konverter yang dulunya menggunakan mercury arc klep berubah menjadi thyristor klep dan begitu juga sistem kendali dan proteksi yang menggunakan teknologi analog berubah menjadi digital.
Komponen - komponen utama dari suatu sistem tegangan tinggi arus searah adalah stasiun konverter di sisi pengirim yang disebut penyearah, stasiun konverter di sisi penerima yang disebut inverter, medium transmisi dan elektroda.
Stasiun konverter ini memiliki beberapa komponen peralatan yang mendukung untuk tercapainya proses konversi dari AC ke DC dan sebaliknya. Rudervall dkk menjelaskan tentang komponen-komponen yang terdapat pada stasiun konverter sebagai berikut [2]:
a. Thyristor
Thyristor dipakai sebagai konverter untuk proses konversi dari AC ke DC dan sebaliknya. Konverter dibangun dengan sirkuit jembatan thyristor 6-pulsa keluaran yang diperlukan untuk mengurangi ripple keluaran pada konverter.
b. Transformator
Transformator konverter berfungsi sebagai penyesuai level tegangan AC-AC dan berperan sebagai reaktansi komutasi.
c. Filter AC dan Kapasitor Bank
Filter AC berfungsi untuk membatasi jumlah harmonik yang diperlukan untuk level jaringan sistem AC transmisi tersebut. Pada proses konversi, konverter mengkonsumsi daya reaktif yang dikompensasi sebagian oleh filter AC dan sisanya oleh kapasitor bank.
d. Smoothing Reaktor
Smoothing reaktor yang merupakan induktansi besar dipasang di sisi DC untuk mengurangi ripple keluaran dari arus searah.
e. Filter DC
Pada sisi keluaran konverter atau sisi DC juga dipasang filter untuk lebih mengoptimalkan penyaluran daya DC.
f. Sistem Kontrol :
Sistem kontrol ini yang membantu dalam hal melakukan proses trigger terhadap thyristor, yang bertujuan untuk memperoleh kombinasi tegangan dan arus yang diinginkan oleh sistem DC tersebut.
g. Medium Transmisi :
Untuk transmisi daya listrik di atas daratan, medium transmisi paling sering yang digunakan adalah saluran udara (overhead). Saluran overhead ini secara normal berkutub dua, yaitu dua konduktor dengan polaritas yang berbeda. Kabel tegangan tinggi arus searah secara normal digunakan untuk transmisi bawah laut. Paling umum digunakan jenis kabel padat (solid) dan oil-filled. Jenis yang padat banyak digunakan karena paling ekonomis. Isolasinya terdiri dari pita kertas yang dipenuhi suatu minyak dengan sifat merekat (viskositas) tinggi. Dan untuk batasan panjang jenis kabel seperti ini adalah diatas 1000 m. Sedangkan kabel oil-filled sepenuhnya diisi dengan suatu minyak yang sifat merekat (viskositas) rendah. Panjang maksimum untuk kabel seperti ini adalah
sekitar 60 km.
Beberapa piranti lain juga diperlukan oleh stasiun konverter, seperti pemutus kontak, transduser tegangan dan arus, surge arrester, dan lain lain. Gambar 2.7 memperlihat rangkaian peralatan-peralatan pada stasiun konverter.
Gambar 2.7 stasiun converter
2.5.1 Thyristor Penyearah
Telah diketahui bahwa penyearah dioda akan menghasilkan tegangan keluaran yang tetap. Jika diinginkan suatu keluaran tegangan searah yang terkendali, maka thyristor lebih tepat digunakan dibanding dioda. Tegangan keluaran penyearah thyristor bervariasi bergantung pada sudut penyalaan pada thyristor.
Penyearah tiga fasa secara ekstensif digunakan pada banyak aplikasi industri hingga level daya 120 kW. Gambar 2.8 memperlihatkan rangkain penyearah penuh dengan beban yang induktif. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan tiga fasa. Thyristor dinyalakan pada interval π/3. Pada t = π /6 + a, thyristor T6 telah tersambung dan thyristor T1 akan dinyalakan. Selama interval (π /6 + a) (π /2 + a), thyristor T1 dan T6 tersambung dan tegangan line-to-line vab ( = van – vbn ) akan muncul sepanjang beban.
Gambar 2.8 Rangkaian jembatan penyearah 3-fasa
thyristor [3]
Bentuk gelombang keluaran dapat dilihat pada Gambar 2.9 di bawah ini.
(a) Vs tegangan sumber
(b) Vdc tegangan penyearah
Gambar 2.9 Gelombang tegangan keluaran [3]
2.5.2 Tegangan dan Arus Saluran Transmisi DC
Rangkaian komplit ekuivalen untuk saluran transmisi DC ditunjukkan pada Gambar 2.10
Gambar 2.10 Diagram satu garis saluran transmisi
tegangan tinggi arus searah
Sebuah generator 3-fasa (power system) menyalurkan daya ke beban pada suatu rangkaian yang seimbang adalah 3 kali daya pada semua fasa, karena daya pada semua fasa adalah sama [1].
Jika besarnya tegangan ke netral Vp dan arus fasa Ip untuk suatu beban yang terhubung-Y, maka daya 3-fasa total adalah
P = 3VpIp cos θ…………………………………………………(2.3)
di mana θ adalah sudut dengan mana arus fasa tertinggal terhadap tegangan fasa. Jika VL dan IL berturut-turut adalah besarnya tegangan antar-saluran dan arus saluran, maka
Vp = dan Ip = IL……………………………………………(2.4)
Total vars adalah
Q = 3VpIp sin θ………………………………………………….(2.5)
Dan voltampere dari beban adalah
= ………………….…………………..(2.6)
Untuk daya pada saluran transmisi DC adalah
Pdc = Vdc x Idc…………………………………………..……….(2.7)
Dan daya yang diserap oleh beban adalah
Pbeban = Vdc’ x Idc’……..……………………………………….(2.8)
2.6 PERBANDINGAN ARUS SEARAH (DC) DENGAN ARUS BOLAK-BALIK (AC).
Terdapat suatu perbedaan mendasar antara transmisi daya arus searah dan arus bolak-balik, pada arus bolak-balik terdapat rumus daya:
Pab = …………………………………………….(2.9)
Pada arus searah terdapat rumus daya :
Pas = ………………………………………………(2.10)
Dari kedua umus diatas terlihat jelas bahwa daya arus searah berbanding lurus dengan selisih antara kedua tegangan jaringan sehingga akan bervariasi lebih besar dengan teganagan itu. Sedangkan pada arus bolak-balik dimana daya berbanding lurus dengan perkalian tegangan-teganagn ujung.
Terdapat juga perbandingan lainya antara arus searah dengan arus bolak-balik yaitu;
Pada penyaluran energi listrik arus searah memiliki faktor daya 1 (cos ), sedangkan pada penyaluran energi listik arus bolak-balik memiliki faktor daya < 1 atau sekitar 0,9-0,7.
Pada arus searah saluran transmisinya lebih murah dan sederhana di bandingkan dengan saluran transmisi arus bolak-balik, pada arus searah hanya memerlukan dua konduktor dan jumlah isolator lebih sedikit.
Pada arus bolak-balik terdapat arus reaktif, yang menyebabkan terjadinya penurunan yang cukup bearti dalam nilai beban yang dapat disalurkan tanpa mengakibatkan terjadinya pemanasan dalam sebuah kabel. Pada transmisi jarak jauh 30 km, maka akan mengkibatkan panas dan dapat mengkibatkan rugi-rugi dielektrik pada tegangan tinggi. Pada arus searah tidak terdapat arus reaktif, sehingga transmisi arus searah dapat di lakukan lebih dari 30 km. Maka pada transmisi bawah laut lebih baik di pakai dengan arus searah.
Pada transmisi jarak jauh arus bolak-balik di perlukan pemasangan kapasitor sebagai kompensasi seri dan shunt, yang di gunakan untuk menyerap daya reaktif Kvar. Sedangkan pada arus searah tidak di perlukan.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metodelogi Penelitian
Dalam penelitian ini akan dilakukan tahap-tahap berupa studi literatur dari buku-buku referensi dan dari internet, perencanaan awal, pengolahan data dan output yang dihasilkan. Langkah-langkah tersebut seperti yg ditunjukkan pada gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram alur penyelesaian tugas akhir
Diagram alur menjelaskan bahwa penelitian tugas akhir dimulai dengan mempelajari tentang saluran transmisi arus searah (DC) dan menganalisa apakah layak pada interkoneksi sumatera Utara-Aceh memakai sistem saluran transmisi arus searah (DC), juga membandingkan saluran transmisi arus searah (DC) transmisi arus bolak-balik (AC) di lihat dari segi aspek teknik, ekonomi, lingkungan.
3.2 Data
Data didapatkan dari Gardu Induk Banda Aceh, data yang diperlukan adalah jarak atau panjang saluran interkoneksi dari Sumut-Aceh serta data peralatan yang terdapat pada gardu AC tersebut lalu membandingkan dengan peralatan gardu DC yang di dapat dari buku-buku maupun jurnal dari internet.
3.3 Panjang Jarak Transmisi
Dari data yang didapat panjang jarak transmisi yaitu dari gardu induk Pangkalan Brandan sampai gardu induk Banda Aceh ditunjukan pada tabel dibawah ini:
Tabel 3.1 Data Panjang Jarak Transmisi Dari Pangkalan Brandan-Banda Aceh
Gardu Induk Panjang Jarak (Kms) Panjang Jarak (Km) Jumlah Tower
P.Brandan-Tualang Cut 156,54 78,27 235
Tualang Cut-Langsa 24,12 12,6 76
Langsa-Idi 46,30 23,15 149
Idi-Lhokseumawe 82,19 41,09 255
Lhokseumawe-Bireun 82,19 41,09 196
Bireun-Sigli 198,4 99,2 316
Sigli-B.Aceh 183,8 91,9 280
Berdasarkan dari data di atas diketahui bahwa jarak transmisi dari pangkalan brandan-banda aceh adalah 773,54 Kms, untuk jarak keseluruhannya adalah 386,77 Km dengan jumlah keseluruhan tower adalah
3.4 Analisis Tegangan dan Arus Saluran Transmisi
Pengukuran tegangan dan arus di sisi pengirim dan penerima saluran transmisi sebagai berikut :
Sisi kirim :
Pk = Vk x Ik...........................................................(3.1)
dimana : Vk = tegangan ujung kirim saluran
Ik = arus ujung kirim saluran
Pk = daya ujung krim saluran
Sisi terima :
Pt = Vt x It.................................................................(3.2)
dimana : Vt = tegangan ujung terima saluran
It = arus ujung terima saluran
Pt = daya ujung terima saluran
Jatuh tegangan :
ΔV = Vk – Vt...............................................................(3.3)
dalam persen,
…………………………………………..(3.4)
Rugi-rugi daya adalah,
Pl = Pk - Pt……………………………………………………………………(3.5)
3.5 Tegangan dan Arus Saluran Transmisi DC
Sebuah generator 3-fasa (power system) menyalurkan daya ke beban pada suatu rangkaian yang seimbang adalah 3 kali daya pada semua fasa, karena daya pada semua fasa adalah sama.
Jika besarnya tegangan ke netral Vp dan arus fasa Ip untuk suatu beban yang terhubung-Y, maka daya 3-fasa total adalah
P = 3VpIp cos θ…………………………………………………(3.6)
di mana θ adalah sudut dengan mana arus fasa tertinggal terhadap tegangan fasa. Jika VL dan IL berturut-turut adalah besarnya tegangan antar-saluran dan arus saluran, maka
Vp = dan Ip = IL……………………………………………(3.7)
Total var adalah
Q = 3VpIp sin θ………………………………………………….(3.8)
Dan voltampere dari beban adalah
= ………………….…………………..(3.9)
Untuk daya pada saluran transmisi DC adalah
Pdc = Vdc x Idc…………………………………………..……….(3.10)
3.6 Perkiraan Biaya Investasi dan Harga Penyaluran Energi Untuk Transmisi DC
Dari data yan didapat serta pengandaian maka dapat dihitung biaya investasi pembangunan sistem transmisi arus searah (DC) mulai dari stasiun converter dan kabel saluran udara diakhiri dengan stasiun inverter dengan mengetahui daya saluran, dapat dihitung :
a. Stasiun converter dan inverter =
b. Saluran udara = jarak x daya yang disalurkan x harga saluran per MW Km saluran
c. Tidak terduga sebanyak 5 % dari harga total.
Jumlah biaya investasi tersebut adalah biaya yang diperlukan untuk setiap diadakan peningkatan kemampuan penyaluran daya.
Guna memperkirakan harga penyaluran energi, digunakan rumus sebagai berikut:
Harga penyaluran =
Untuk keperluan diatas digunakan patokan-patokan sebagai berikut:
Biaya Modal = 12% per tahun
Biaya Operasi = 3% per tahun
Biaya Rugi-rugi = 6% per tahun
Ketersediaan Penyaluran Daya = 5000 jam per tahun
Dengan menggunakan pengandaian-pengandaian diatas, maka dapat dihitung biaya masing-masing komponen per tahun sehingga didapat harga penyaluran per KWh.
