PERENCANAAN SISTEM TENAGA LISTRIK

A.Pendahuluan
Pada umumnya sistem tenaga listrik terdiri atas komponen-komponen peralatan listrik atau mesin listrik seperti generator, motor,transformator, beban dan alat-alat pengaman yang saling dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan,menyalurkan dan menggunakan energi. Untuk itu mendesain suatu sistem jaringan distribusi primer harus bisa menanggung beban hingga batas maksimum. Oleh karena itu disesuaikan dengan perkembangan beban. Batas maksimum tergantung dari kapasitas trafo daya, kemampuan saluran menghantarkan arus dan kerugian tegangan yang diijinkan antara sisi kirim dan sisi terima saluran.
Kondisi Indonesia yang terdiri dari pulau-pulau dengan sistem tenaga listrik tersebar dimana perkembangannya cenderung untuk diadakan interkoneksi. Di samping itu masih banyaksistem non PLN khususnya dari industri yang iuga cenderung beralih menjadi langganan PLN.
Contoh pembangkit listrik yang ada di Sumatera.
Peranan beban khususnya industri makin membesar. Jenis beban industry yang dihadapi sistem PLN antara lain tanur busur listrik, mesin canai (rolling mill), motor-motor listrik dengan kapasitas besar, penyearah (rectif ier) pada industri kimia. Sedang dari sektor angkutan misalnya kereta listrik. Semua contoh beban tsb. mempunyai karakteristik yang berbeda dan berpotensi sebagai sumber pencemaran listrik bagi system maupun konsumen yang tersambung ke sistem. Pencemaran tersebut antara lain berbentuk goncangan daya yant mengakibatkan Soncangan frekuensi, goncangan tegangan , harmonik dan ketidak keseimbangan tegangan. Keadaan dan perkembangan sistem tenaga listrik PLN maupun beban-beban yang tersambung seperti telah diuraikan di atas akan mempengaruhi spesifikasi desain peralatan dan operasi sistem tenaga listriknya
Dalam sistem tenaga listrik perlu dilakukan terlebih dahulu suatu perencanaan yang meliputi:

1. Pembangkit
2. Transmisi
3. Distribusi
4. Konsumen dan
5. Komponen-komponen proteksi alat listrik (pengaman )

B.Pembangkit
Pembangkit merupakan bagian penghasil energi listrik yang pertama, atau dengan kata lain sumber awal dari energi listrik yang nantinya akan disalurkan kepada konsumen.
Spesifikasi pembangkit yang perlu diperhatikan adalah:
a. Konstanta kelembaban rotor pernbangkit termasuk mesin (H) yang menyimpan energi kinetik dalam rotor dan merupakan peredam goncangan frekuensi, besarnya sekitar 1 s/d 7 sec/MWA.
Konstanta tersebut mempunyai hubungan dengan data mekanis sebagai berikut:
H =
dimana:H = Konstanta kelembaman ( MW.sec/MWA atau  )
GD²= Momen kelembaman(kg.m²)
Rpm= Putaran rotor (putaran/menit)
kVA= Daya pengenal pembangkit (kvA)
pembangkit yang baru khususnya dengan kapasitas yang lebih besar cenderung mempunyai H yang lebih kecil dari pada produksi lama. Mengingat cadangan utama (sesaat) dalam system tenaga listrik ditentukan oleh total H yang ada dalam system, maka dalam usaha menjaga  mutu frekuensi system terhadap goncangan beban maka haarga H minimum perlu ditetapkan, berdasarkan data pembangkit PLN dan buku-buku dalam referensi dapat dipilih H minimum jenis PLTU 2,5: PLTA 2; PLTG dan PLTP 5 sedang PLTD 1, semuanya dalam MW.sec/MVA atau
secara komulatif makin kecil ukuran suatu jenis pembangkit sebaiknnya mempunyai H yang besar.
Contoh: sebuah PLTD  15,75 3 MVA; 428 Rpm bila dipilih konstanta inersia H = 1 ingin diketahui momen kelembaman GD² yang diperlukan .
Hitungan dengan rumus 1 dapat dipeoleh
GD² =
=
=62,750 kg m²
Impedans transien Xd’, impedans sinkron Xd yang besarnya kira-kira kebalikan rasio hubung singkat (short circuit ratio) dan impedans transformator penaik Xt dari pembangkit produksi baru cenderung menjadi lebih besar. Dari segi sistem, salah satu cara untuk mengukur tingkat stabilitas relatif pembangkit yang terhubung pada sistem (terhadap gangguan hubung singkat 3 fasa) adalah dengan mengecek waktu pembebasan-gangguan-kritis (critical fault-clearing time, TC) yang besarnya kira-kira mempunyai hubungan:
Tc         Ks, dimana Ks =
Sebagai contoh sebuah PLTU H= 3,3 ; Xd’=0,22: Xd = 1,56
Xt=0,12 per unit maka indeks stabilitas relative Ks adalah:
Alternative lain dengan Xd’ = 0,3 dan Xdd = 2 per unit untuk memperoleh indeks stabilitas relative yang yang sama diperlukan H = Ks² (Xd’+Xt)(Xd+Xt) = 2,4²(0,3+0,12)= 5,1
Sistem penguatan ikut mempengaruhi karakteristik system pembangkit. Usaha memperbaiki tingkat stabilitas melalui perlengkapan ini misalnya dengan sistem penguatan elektronik yang mempunyai tanggap (respons) yang lebih tinggi dan mempunyai pengatur stabilitas (Power System Stabilizer). Penggunaan perlengkapan jenis ini sering dipakai untuk mengkompensasi pemilihan Xd’dan Xd yang relatif besar. Demikian pula sistem pengatur putaran iuga mempengaruhi tingkat stabilitas. Perkembangan sistem ini menyangkut sistem pengaturan elektronik.
Kemarnpuan mesin pembangkit,khususnya mesin pembangkit termis dalam menanggung variasi pernbebanan akibat variasi daya yang diserap beban, antara lain berupa daya cadangan lambat, cadangan cepat dan cadangan utama (slow reserve, fast reserve, primary reserve) merupakan faktor yang penting sehubungan dengan adanya beban industri. Faktor ini ikut menentukan keandalan dan mutu listrik sistem.
C.Perencanaan Operasi Sistem
Pencemaran berupa goncangan daya yang mengakibatkan goncangan frekuensi, goncangan tegangan, harmonik dan ketidakseimbangan tegangan yang bersumber dari beban yang tersambung pada system tenaga listrik mempunyai sifat penyebaran yang berbeda. Pencemaran tegangan akan dirasakan oleh konsumen lain, terutama pada titik sambungan bersama (point of common coupling) dengan sumber pencemaran dan semakin jauh dari titik tersebut pencemaran tegangan semakin berkurang. Goncangan frekuensi akan dirasakan di seluruh sistem. Hal-hal yang berkaitan dengan masalah pencemaran tersebut yang perlu mendapat perhatian adalah:

1. Batasan penyambungan jenis- jenis beban yang berpotensi sebagai sumber pencemaran yang diperlukan dalam tahap perencanaan sambungan baru. Misalnya ukuran satuan beban terhadap kapasitas sistem.

1. Batasan besarnya pencemaran yang dapat diterima berdasarkan hasil pengamatan/pengukuran setelah beban tersambung dan beroperasi. Misalnya batasan kedip tegangan, harmonik tegangan pada tingkat tegangan tertentu.

D.Table Data
Berdasarkan dari pada keputusan menteri ESDM no 37 th 2008 persyaratan unit pembangkit adalah sebagi berikut:
kriteria teknis dan desain, serta persyaratan unjuk kerja untuk unit pembangkit yang terhubung langsung ke jaringan transmisi, dengan pengecualian unit-unit yang dianggap sangat kecil. Untuk kepentingan Aturan Jaringan dan Aturan Penyambungan, klasifikasi unit pembangkit  didefinisikan sebagai berikut:
Besar                       : lebih besar atau sama dengan 100 MW;
Menengah    : dari 30 MW sampai kurang dari 100 MW;
Kecil                        : kurang dari 30 MW.

1. Unit Pembangkit Besar harus dilengkapi dengan:
2. governor reaksi cepat yang berpengaruh pada pengatur primer frekuensi Sistem di antara 48,5 Hz hingga 51,0 Hz. Pembangkit harus mampu menerima sinyal Automatic Generation Control (AGC) dari dispatch Pusat Pengatur Beban/Unit Pengatur Beban untuk memungkinkan pengaturan sekunder frekuensi Sistem;
3. alat pengatur tegangan otomatis reaksi cepat untuk pengaturan tegangan terminal generator dalam rentang operasi unit pembangkit tersebut tanpa mengakibatkan ketidakstabilan; dan
4. power system stabilizer.

1. Setiap Unit Pembangkit Menengah harus dilengkapi dengan:
2. governor reaksi cepat yang berpengaruh pada pengatur primer frekuensi di antara 48,5 Hz hingga 51,0 Hz; Pembangkit harus mampu menerima sinyal Automatic Generation Control (AGC) dari dispatch Pusat Pengatur Beban/Unit Pengatur Beban untuk memungkinkan pengaturan sekunder frekuensi Sistem; dan,
3. alat pengatur tegangan otomatis bereaksi cepat untuk pengaturan tegangan terminal generator dalam rentang operasi unit pembangkit tersebut tanpa mengakibatkan ketidakstabilan; dan
4. power system stabilizer.

1. Setiap Unit Pembangkit Kecil harus dilengkapi dengan:
2. governor yang berpengaruh pada pengatur primer frekuensi di antara 48,5 Hz hingga 51,0 Hz; dan,
3. alat pengatur tegangan otomatis untuk pengaturan tegangan terminal generator dalam rentang operasi unit pembangkit tersebut tanpa mengakibatkan ketidakstabilan.

Setiap Unit Pembangkit harus mampu beroperasi sesuai dengan kemampuan yang dideklarasikan:

1. pada frekuensi dalam rentang 49,0 Hz hingga 51,0 Hz; dan
2. pada setiap faktor-daya (power factor) di antara 0,85 lagging dan 0,90 leading. Pengecualian dari persyaratan ini adalah unit pembangkit generator induksi kapasitas kecil atau yang disetujui oleh Pusat Pengatur Beban atau Unit Pengatur Beban/Sub-Unit Pengatur Beban.

Setiap Unit Pembangkit harus tetap terhubung ke Jaringan pada rentang frekuensi 47,5 Hz hingga 52,0 Hz. Pemisahan Unit Pembangkit dari Jaringan dalam rentang frekuensi ini dibolehkan apabila merupakan bagian dari pengamanan Jaringan secara keseluruhan yang diatur oleh Pusat Pengatur Beban atau Unit Pengatur Beban/Sub-Unit Pengatur Beban.
E.Saluran Transmisi
Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transinisi menuju ke pusat- pusat beban.
Saluran transmisi menurut cara penyalurannya ada dua macam, yaitu :
a. Saluran Udara
Adalah saluran transmisi yang menggunakan kawat-kawat  telanjang yang digantungkan pada tiang transmisi dengan  perantaraan isolator-isolator.
b. Saluran Bawah Tanah
Adalah saluran transmisi yang menggunakan konduktor-konduktor berisolasi yang ditanam dengan kedalaman tertentu di bawah tanah.  Setiap cara penyaluran di atas mempunyai kelebihan dan kelemahannya sendiri-sendiri. Dibandingkan dengan saluran udara,  saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, taufan, hujan  angin, bahaya petir dan sebagainya. Lagi pula, saluran bawah tanah lebih  estetis karena tidak mengganggu pandangan. Karena alasan terakhir ini,saluran-saluran bawah tanah lebih disukai, terutama untuk daerah yang padat penduduknya dan di kota-kota besar. Namun biaya pembangunannya jauh lebih mahal dibandingkan dengan saluran udara, dan perbaikannya lebih sukar bila terjadi gangguan hubung singkat dan kesukaran-kesukaran lain. Pilihan antara saluran udara dan saluran kabel tergantung pada berbagai faktor, antara lain rute saluran, pentingnya kontuinitas pelayanan, arah perkernbangan daerah, biaya pemeliharaan tahunan, biaya modal dan umur manfaat system.
F.Distribusi
sistem distribusi merupakan area yang seringkali terjadi kerusakan dan gangguan, dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu :
a. Gardu Induk Distribusi
Merupakan gardu yang bertugas membagi dalam beberapa penyulang (feeder) dari 150 KV menjadi 20 KV. Dan juga terdapat rele-rele, yaitu :
OCR
DGR
UFR
UVR
OVR
GFR
b. Distribusi Primer
Dari keluaran (outgoing) penyulang, tenaga listrik disalurkan melalui distribusi primer dengan tegangan sebesar 20 KV/6KV menuju ke pusat-pusat beban melalui SUTM (Saluran Udara Tegangan
Menengah) dan SKTM (Saluran Kabel Tegangan Menengah)
c. Distribusi Sekunder
Terdiri dari dua jenis, yaitu Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) dan Saluran Kabel Tegangan Rendah (SKTR). Tegangan yang berada pada saluran ini diturunkan dari distribusi primer melalui transformator distribusi melalu 380/220V. Gambar 2.1 menunjukkan secara umum bentuk sistem penyaluran tenaga listrik dari pembangkit hingga konsumen.
Proteksi merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan jaringan listrik demi keamanan peralatan. Proteksi yang diizinkan oleh Kepmen No 37 th 2008 adalah:
Semua setting harus dikoordinasikan dengan setting proteksi P3B Sumatera
untuk memperkecil akibat gangguan pada fasilitas Pemakai Jaringan terhadap jaringan transmisi.
Waktu Pemutusan Gangguan
a. Waktu pemutusan gangguan untuk gangguan di sisi Pemakai Jaringan yang terhubung langsung dengan jaringan transmisi, mulai dari saat terjadinya gangguan hingga busur listrik padam oleh pembukaan PMT, harus kurang dari atau sama dengan:
i. 275 kV: 100 milidetik
ii. 150 kV: 120 milidetik
iii. 66 kV: 150 milidetik.
b. Waktu pemutusan gangguan untuk hubungan 20 kV harus ditentukan oleh P3B Sumatera dan/atau PT PLN (Persero) Wilayah, tergantung pada lokasi titik sambungan dan beberapa peraturan lainnya.
G.Proteksi Trafo Daya
Pemasangan peralatan untuk melindungi trafo daya adalah penting mengingat peranan-peranan trafo dalam sistem  distribusi tenaga listrik. Ada beberapa peralatan yang biasa dipergunakan untuk melindungi trafo daya, yaitu :
Pengaman beban lebih, pembebanan yang berlebihan akan mengakibatkan kenaikan suhu trafo. Ada batas kenaikan suhu yang masih bisa ditoleransi suatu trafo. Apabila suhu trafo melebihi batas suhu maksimum yang diperbolehkan, maka akan mengakibatkan kemungkinan rusaknya isolasi trafo. Contoh
pengaman beban lebih adalah cairan indikator suhu dan relai suhu. Pengaman arus hubung singkat, pengaman arus hubung singkat ini harus dapat bekerja dengan cepat untuk meminimalkan kerusakan yang mungkin timbul seperti kerusakan mekanis dan kerusakan akibat kenaikan suhu yang mencolok akan mengikuti peristiwa masuknya arus hubung singkat pada rangkaian trafo. Contoh pengaman arus hubung singkat adalah relai diferensial dan relai arus lebih.Pengaman tegangan lebih, pengamanan terhadap tegangan lebih ini sangat diperlukan karena akan muncul tegangan sisa akibat switching dan sambaran petir. Dipasang arrester untuk pengaman tegangan lebih.
H. Beban
Beban merupakan bagian yang memakai energi listrik atau yang disebut pengguna akhir (end user). Pembangkit yang akan dibuat harus mempertimbangkan nilai beban yang akan ditanggung karena bila tidak akan terjadi berbagai permasalahan yang sangat merugikan, menurut Kepmen ESDM no 37 th 2008 menetapkan bahwa pihak PLN harus industri dan konsumen yang akan memakai energi listrik. Konsumen selambat-lambatnya 30 hari sebelum pemasangan harus sudah melaporkan ke pihak PLN. Selain itu peralatan yang digunakan harus sesuai dengan spesifikasi dari peralatan yang tetapkan oleh PLN.
I.Kesimpulan
Dalam pelaksanaan pembangunan pembangkit energi listrik perlu dilakukan perencanaan yang mempertimbangkan Kepmen dan PUIL. Selain itu pembangkitan harus disesuaikan dengan jumlah beban yang akan dilayani. Hal ini diperlukan agar dapat menghidari segala kerugian yang akan timbul bila pembangkitan dilakukan tanpa perencanaan.
http://news.chivindo.com/855/perencanaan-sistem-tenaga-listrik.html