Memahami Transmisi Tenaga Listrik: Dari Pembangkit Listrik hingga Integrasi Jaringan Listrik

Dipublikasikan oleh Muhammad Ilham Maulana

22 Maret 2024, 15.04

Sumber: en.wikipedia.org

Transmisi tenaga listrik adalah proses penghantaran tenaga listrik secara besar-besaran dari pembangkit listrik menuju ke gardu listrik. Jalur yang terinterkoneksi untuk memfasilitasi penghantaran ini dikenal sebagai jaringan transmisi listrik. Transmisi berbeda dengan proses penghantaran listrik dari gardu ke pengguna, yang biasanya disebut sebagai distribusi tenaga listrik. Kombinasi dari jaringan transmisi dan distribusi listrik dikenal sebagai "jaringan listrik".

Pada awalnya, jalur transmisi dan distribusi listrik dimiliki oleh satu perusahaan yang sama, namun pada dekade 1990-an, banyak negara mulai meliberalisasi peraturan ketenagalistrikannya, sehingga suatu perusahaan dapat memiliki jalur transmisi saja ataupun jalur distribusi saja.[1]

Sistem Transmisi Tenaga Listrik

Sebagian besar jalur transmisi saat ini mengirimkan listrik dalam bentuk arus bolak-balik tiga fasa dengan tegangan tinggi. Namun, terdapat kasus di mana arus bolak-balik satu fasa juga digunakan, terutama dalam sistem elektrifikasi perkeretaapian. Selain itu, teknologi arus searah dengan tegangan tinggi juga diterapkan, terutama untuk mentransmisikan listrik dalam jarak yang sangat jauh. Hal ini karena efisiensi teknologi arus searah lebih tinggi daripada arus bolak-balik. Teknologi ini bahkan digunakan dalam penghantaran listrik di bawah laut, di mana jaraknya bisa mencapai puluhan kilometer.

Penggunaan tegangan tinggi (115 kV ke atas) dalam transmisi listrik bertujuan untuk mengurangi hilangnya energi selama proses pengiriman, terutama ketika jaraknya jauh. Secara umum, saluran udara lebih umum digunakan untuk transmisi listrik karena biaya instalasi yang lebih rendah. Namun, transmisi bawah tanah sering diterapkan di kawasan perkotaan atau di lingkungan yang memerlukan perlindungan khusus.

Tantangan dalam sistem transmisi adalah kurangnya fasilitas penyimpanan energi, yang mengharuskan pembangkitan listrik harus sejalan dengan permintaan saat itu. Untuk mengatasi ini, diperlukan sistem kendali yang canggih untuk memastikan keseimbangan antara pembangkitan dan permintaan listrik. Ketidakseimbangan ini bisa menyebabkan pemutusan otomatis dari pembangkitan dan peralatan transmisi untuk mencegah kerusakan. Untuk menghindari pemadaman listrik yang luas, jaringan transmisi biasanya terhubung dengan jaringan lainnya, bahkan dengan jaringan di negara lain, untuk memberikan jalur alternatif jika terjadi gangguan mendadak.

Perusahaan pengelola transmisi menetapkan kapasitas maksimum yang lebih rendah dari kapasitas aktual untuk setiap jalur transmisi untuk memastikan adanya cadangan jika terjadi kegagalan di jalur lain. Ini adalah langkah penting untuk menjaga keandalan sistem transmisi listrik.

Sejarah Transmisi Tenaga Listrik

Pada awalnya, listrik komersial ditransmisikan pada tegangan yang sama dengan yang digunakan oleh lampu dan beban mekanis, membatasi jarak antara pembangkit dan beban. Pada tahun 1882, transmisi arus searah (DC) tidak dapat dengan mudah ditingkatkan untuk jarak transmisi jauh. Ini mengakibatkan penggunaan generator yang ditempatkan dekat dengan beban mereka, praktik yang kemudian dikenal sebagai generasi terdistribusi menggunakan banyak generator kecil.

Kemudian, transmisi arus bolak-balik (AC) menjadi mungkin setelah Lucien Gaulard dan John Dixon Gibbs membangun apa yang mereka sebut sebagai generator sekunder pada tahun 1881. Ini memungkinkan penggunaan transformator dan transmisi listrik AC jarak jauh. Pada tahun 1884, sistem transmisi AC pertama dengan jarak panjang sejauh 34 kilometer telah dibangun di Turin, Italia, untuk Pameran Listrik Internasional. Ini membuktikan kelayakan transmisi listrik AC jarak jauh.

Pada tahun-tahun berikutnya, pengembangan transformator AC oleh William Stanley, Jr., dan penggunaan motor induksi tiga fasa oleh Galileo Ferraris dan Nikola Tesla, didukung oleh perusahaan besar seperti Westinghouse dan General Electric, mengubah lanskap transmisi listrik. Ini mencakup penggunaan tegangan tinggi, sistem tiga fasa, dan transformator untuk meningkatkan efisiensi dan jangkauan transmisi. Pada abad ke-20, peningkatan voltase transmisi terus berlanjut, memungkinkan penggunaan sumber energi yang lebih murah dan jarak transmisi yang lebih jauh.

Perang Dunia I mempercepat interkoneksi antara pembangkit lokal dan jaringan distribusi kecil, menjadikan jalur transmisi dan grid listrik infrastruktur kritis selama periode industrialisasi cepat pada abad ke-20.

  • Jalur transmisi udara

Konduktor overhead dengan tegangan tinggi tidak dilapisi isolasi. Biasanya terbuat dari paduan aluminium, terdiri dari beberapa untai dan mungkin diperkuat dengan untai baja. Meskipun tembaga kadang-kadang digunakan, aluminium lebih ringan, hanya sedikit mengurangi daya tampung, dan biayanya jauh lebih murah. Konduktor overhead dipasok oleh beberapa perusahaan dan terus ditingkatkan bahan dan bentuknya untuk meningkatkan kapasitas.

Ukuran konduktor berkisar dari 12 mm2 hingga 750 mm2, dengan resistansi dan kapasitas penghantar arus yang bervariasi. Untuk konduktor besar (lebih dari beberapa sentimeter diameter), aliran arus banyak terkonsentrasi di permukaan karena efek kulit. Bagian tengah konduktor membawa sedikit arus tetapi memberikan berat dan biaya. Oleh karena itu, beberapa kabel paralel (disebut konduktor berkelompok) digunakan untuk kapasitas yang lebih tinggi. Konduktor berkelompok digunakan pada tegangan tinggi untuk mengurangi hilangnya energi akibat pembuangan korona.

Hari ini, tegangan transmisi biasanya adalah 110 kV ke atas. Tegangan lebih rendah, seperti 66 kV dan 33 kV, biasanya dianggap sebagai tegangan subtransmisi, tetapi kadang-kadang digunakan pada jalur panjang dengan beban ringan. Tegangan kurang dari 33 kV biasanya digunakan untuk distribusi. Tegangan di atas 765 kV dianggap sebagai tegangan ekstra tinggi dan memerlukan desain yang berbeda.

  • Jalur bawah tanah

Tenaga listrik dapat ditransmisikan melalui kabel listrik bawah tanah. Kabel bawah tanah tidak memerlukan hak lintas, memiliki visibilitas yang lebih rendah, dan kurang dipengaruhi oleh cuaca. Namun, kabel harus diisolasi. Biaya kabel dan ekskavasi jauh lebih tinggi daripada konstruksi overhead. Kesalahan dalam jalur transmisi bawah tanah memerlukan waktu lebih lama untuk dilokalisasi dan diperbaiki.

Di beberapa area metropolitan, kabel dilapisi oleh pipa logam dan diisolasi dengan cairan dielektrik (biasanya minyak) yang bersifat statis atau disirkulasikan melalui pompa. Jika kesalahan listrik merusak pipa dan bocor dielektrik, nitrogen cair digunakan untuk membekukan sebagian pipa untuk memungkinkan pengosongan dan perbaikan. Hal ini memperpanjang periode perbaikan dan meningkatkan biaya. Suhu pipa dan sekitarnya dipantau selama periode perbaikan.

Jalur bawah tanah terbatas oleh kapasitas termalnya, yang membatasi kelebihan beban atau pengaturan ulang jalur. Kabel AC bawah tanah yang panjang memiliki kapasitansi yang signifikan, yang mengurangi kemampuannya untuk menyediakan daya yang berguna melebihi 50 mil (80 kilometer). Kabel DC tidak terbatas dalam panjangnya oleh kapasitansinya.

Transmisi Massal

Jaringan transmisi besar ini menggunakan komponen seperti saluran listrik, kabel, pemutus sirkuit, sakelar, dan transformator. Biasanya, jaringan transmisi dikelola secara regional oleh entitas seperti organisasi transmisi regional atau operator sistem transmisi.

Efisiensi transmisi ditingkatkan dengan tegangan yang lebih tinggi dan arus yang lebih rendah. Pengurangan arus mengurangi kerugian pemanasan. Hukum pertama Joule menyatakan bahwa kerugian energi berbanding lurus dengan kuadrat arus. Dengan demikian, mengurangi arus dengan faktor dua mengurangi energi yang hilang karena resistansi konduktor dengan faktor empat untuk ukuran konduktor tertentu.

Ukuran optimal konduktor untuk tegangan dan arus tertentu dapat diestimasi dengan hukum Kelvin untuk ukuran konduktor, yang menyatakan bahwa ukuran optimal adalah ketika biaya energi yang terbuang karena resistansi sama dengan biaya modal tahunan dari penyediaan konduktor. Pada saat suku bunga dan harga komoditas rendah, hukum Kelvin menunjukkan bahwa kawat yang lebih tebal adalah optimal. Namun, jika suku bunga tinggi, konduktor yang lebih tipis lebih diindikasikan. Karena saluran listrik dirancang untuk penggunaan jangka panjang, hukum Kelvin digunakan bersama dengan estimasi jangka panjang dari harga tembaga dan aluminium serta suku bunga.

Tegangan yang lebih tinggi dalam sirkuit AC dicapai dengan menggunakan transformator step-up. Sistem arus searah tegangan tinggi (HVDC) memerlukan peralatan konversi yang relatif mahal yang mungkin bisa dibenarkan secara ekonomi untuk proyek-proyek tertentu seperti kabel bawah laut dan transmisi titik-ke-titik jarak jauh dengan kapasitas tinggi. HVDC diperlukan untuk mengirimkan energi antara grid yang tidak disinkronkan.

 

Disadur dari: id.wikipedia.org