Skip to content

Perihal Sistem Ketenagalistrikan BAGIAN 1: SEJARAH

01/12/2009

Tujuan dari tulisan ini adalah memberikan gambaran umum mengenai sistem ketenagalistrikan yang dimulai dari pemaparan sejarah awal perkembangan sistem tenaga listrik dan evolusinya hingga masa kini.

Penggunaan listrik secara komersial dimulai pada akhir 1870 saat lampu-lampu mulai digunakan untuk penerangan jalan.

Perancangan sistem tenaga listrik yang lengkap (terdiri atas generator, kabel, penggunaan fuse untuk proteksi, meter untuk pengukuran, dan beban) pertama kali dibuat oleh Thomas Edison di Pearl Street Station kota New York, yang mulai beroperasi pada 4 September 1882. Sistem ini menggunakan transmisi dc yang menggunakan generator dc bertenaga uap dan melayani beban berupa lampu sebanyak 400 buah pada 85 konsumen dalam area seluas radius sekitar 1,5 km. Beban yang seluruhnya berupa lampu ini disuplai pada tegangan 110 V melalui jaringan sistem kabel bawah tanah. Dalam beberapa tahun berikutnya, sistem-sistem tenaga listrik serupa mulai beroperasi di kota-kota besar di dunia. Dengan berkembangnya penggunaan motor listrik yang dipelopori oleh Frank Sprague pada tahun 1884, beban-beban berupa motor mulai ditambahkan ke dalam sistem tenaga listrik. Inilah permulaan dari apa yang nantinya akan menjadi salah satu industri terbesar di permukaan bumi ini.

Meskipun pada awalnya penggunaan sistem transmisi dc meluas, namun dalam perkembangan kedepannya, hampir semua sistem ini diganti menjadi sistem transmisi ac. Pada tahun 1886, keterbatasan sistem dc mulai terlihat jelas. Daya hanya bisa dikirim dari generator dalam jarak yang pendek. Untuk menjaga agar rugi-rugi/losses daya (RI2) dan drop tegangan pada transmisi daya jarak jauh tidak melebihi ambang batas yang ditentukan, nilai tegangan harus tinggi. Nilai tegangan yang tinggi ini tidak diinginkan baik pada pembangkitan maupun pada konsumsi daya listrik, oleh karena itu kemampuan untuk dapat mentransformasikan nilai tegangan menjadi suatu keharusan.

Sistem tenaga listrik ac berawal dari perkembangan transformator/trafo dan sistem transmisi ac yang dilakukan oleh L. Gaulard dan J.D. Gibbs di Paris, Perancis. Kemudian George Westinghouse membeli hak paten untuk dapat mengembangkannya di Amerika Serikat. Selanjutnya pada tanggal 20 Maret 1886, William Stanley, rekan dari Westinghouse, mengembangkan dan menguji coba sistem transmisi ac lengkap (terdiri atas generator, trafo, dan saluran transmisi tegangan tinggi) untuk pertama kalinya yang mampu melayani beban berupa 150 buah lampu di Great Barrington, Massachusetts. Generator yang digunakan berkapasitas 25 HP (sekitar 18 kW), berpenggerak dari turbin bertenaga air dan menghasilkan keluaran tegangan 500 V dan arus 12 A. Kemudian nilai tegangan ini dinaikkan oleh trafo untuk transmisi menjadi 3000 V dan kemudian diturunkan kembali menjadi 100 V untuk keperluan konsumen.

Dengan dikembangnya sistem multi-fasa oleh Nikola Tesla, sistem ac menjadi semakin menarik. Pada 1888, Tesla telah membuat beberapa paten untuk motor, generator, trafo, dan sistem transmisi ac. Westinghouse membeli paten-paten penemuan awal tersebut, dan sekarang paten-paten tersebut menjadi dasar dari sistem ac masa kini.

Pada tahun 1890, terjadi kontroversi yang besar dan mendasar apakah sistem dc atau ac yang menjadi standar dalam sistem tenaga listrik. Argumen-argumen dilontarkan oleh Edison, yang memilih dc, dan Westinghouse, yang memilih ac. Seiring dengan pergantian abad, sistem ac akhirnya mengungguli sistem dc karena alasan-alasan dibawah ini:

  • Level tegangan dapat dengan mudah ditransformasikan dalam sistem ac, sehingga memberikan fleksibilitas bagi penggunaan nilai tegangan yang berbeda-beda pada pembangkitan, transmisi, dan konsumsi.
  • Generator ac jauh lebih sederhana daripada generator dc.
  • Motor ac jauh lebih sederhana dan lebih murah daripada motor dc.

(a)                                                                                          (b)

Gambar 1 (a) Trafo desain Gaulard dan Gibbs. (b) Trafo desain Stanley

Pada periode awal transmisi ac, frekuensi belum distandarkan. Banyak nilai frekuensi yang digunakan pada sistem yang berbeda-beda: 25, 50, 60, 125, dan 133 Hz. Hal ini menjadi permasalahan untuk interkoneksi. Sehingga akhirnya nilai frekuensi di dunia ini distandarkan menjadi 2 nilai saja, yaitu 60 Hz untuk Amerika Serikat dan 50 Hz pada banyak negara lain termasuk Indonesia. Nilai frekuensi ini dipilih berdasarkan kompromi dengan pertimbangan agar memiliki nilai yang cukup tinggi untuk mencegah lampu dari berkedip (flickering), tapi cukup rendah untuk dapat mengurangi nilai rugi-rugi reaktif.

Dengan bertambahnya kebutuhan untuk transmisi daya yang lebih besar dan pada jarak yang lebih jauh, maka hal ini menyebabkan nilai tegangan yang harus digunakan dalam transmisi menjadi lebih tinggi pula. Banyak nilai tegangan yang berbeda-beda digunakan pada awalnya, seperti 12, 44, dan 60 kV (RMS fasa-ke-fasa). Lalu meningkat lagi menjadi 165 kV pada 1922, 220 kV pada 1923, 287 kV pada 1935, 330 kV pada 1953, dan 500 kV pada 1965. Hingga kemudian perusahaan Hydro Quebec di Canada mengoperasikan nilai tegangan 735 kV pertama kalinya untuk transmisi pada tahun 1966, dan selanjutnya Amerika memperkenalkan nilai tegangan 765 kV pada tahun 1969.

Untuk menghindari semakin banyak dan tidak terbatasnya nilai tegangan yang berbeda-beda, maka industri tenaga listrik telah menstandarkan nilai tegangan. Standar tersebut adalah 115, 138, 161, dan 230 kV untuk kelas tegangan tinggi (HV atau TT), dan 345, 500 dan 765 untuk kelas tegangan ekstra tinggi (EHV atau TET). Lebih lanjut mengenai nilai tegangan dalam sistem tenaga listrik ini akan dibahas pada bagian selanjutnya dari tulisan ini mengenai struktur sistem ketenagalistrikan.

Dengan berkembangnya mercury arc valves sebagai penyearah pada awal tahun 1950-an, transmisi tegangan tinggi dc (HVDC) mulai dapat terlihat lebih ekonomis untuk situasi-situasi tertentu. Transmisi HVDC ditujukan untuk mentransmisikan daya yang besar melalui jarak yang sangat jauh. Titik temu dimana HVDC dapat bersaing kompetitif secara ekonomis dengan transmisi ac adalah sekitar diatas 500 km untuk saluran udara dan 50 km untuk kabel bawah tanah atau kabel bawah laut. Transmisi HVDC juga memungkinkan dilakukannya interkoneksi pada dua sistem yang memiliki nilai frekuensi nominal sistem yang berbeda. Aplikasi modern dan komersial transmisi HVDC pertama kali terjadi pada tahun 1954 saat dilakukannya interkoneksi antara daratan Swedia dengan pulau Gotland melalui kabel bawah laut sepanjang 96 km.

Dengan munculnya konverter thyristor, transmisi HVDC menjadi semakin menarik. Aplikasi pertama HVDC menggunakan thyristor dilakukan pada interkoneksi asinkron secara back-to-back antara sistem Quebec dengan New Brunswick di Kanada. Dengan mengecilnya biaya dan ukuran peralatan serta semakin besarnya tingkat kehandalan, penggunaan HVDC semakin meningkat pula.

Lalu sebenarnya untuk apakah dilakukan interkoneksi? Interkoneksi antara jaringan utilitas yang berdekatan umumnya dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan keamanan, kehandalan, dan operasi sistem secara ekonomis. Peningkatan keamanan sistem diperoleh dari penggabungan unit pembangkitan dan penggunaan jaringan bersama pada kedua sistem tersebut. Sedangkan peningkatan operasi ekonomis diperoleh dari berkurangnya nilai kapasitas pembangkitan cadangan di masing-masing sistem. Sebagai tambahan pula, interkoneksi juga memungkinkan dilakukannya transfer energi listrik berbasis pertimbangan ekonomi sehingga dapat diperoleh sumber energi yang paling ekonomis dalam operasinya. Keuntungan-keuntungan interkoneksi tersebut telah disadari dari awal berkembangnya sistem ketenagalistrikan, dan hingga saat ini interkoneksi terus berkembang. Hampir seluruh jaringan ketenagalistrikan di Kanada dan Amerika Serikat saat ini telah tergabung dalam satu sistem yang terinterkoneksi.

Di Indonesia sendiri, jaringan sistem Jawa, Madura, dan Bali (Jamali) telah terinterkoneksi, interkoneksi antara sistem Sumatera bagian Utara dengan Sumatera bagian Tengah dan Selatan juga saat ini tengah dilaksanakan, dan kedepannya sistem Jamali akan diinterkoneksi pula dengan sistem Sumatera, sehingga targetnya sebagian besar Asia Tenggara akan tergabung dalam satu sistem terinterkoneksi. Hasil dari interkoneksi ini tentunya adalah sistem yang sangat besar dengan kompleksitas yang luar biasa. Perancangan sistem tersebut dan jaminan keamanan operasinya sudah barang tentu merupakan tantangan bagi kita semua, calon insinyur dan ahli bidang ketenagalistrikan Indonesia.

Sumber: P. Kundur – “Power System Stability and Control”, en.wikipedia.org

3 Comments leave one →
  1. 01/12/2009 17:53

    Makasih atas infonya fel..
    oia, setelah awak baca2 di wiki, ( http://en.wikipedia.org/wiki/War_of_Currents) persaingan antara Westinghouse dan Thomas Edison sengit juga ya..
    trus ternyata General Electric itu hasil merger Edison General Electric dan Thomson-Houston Company ya, dimana GE saat ini terkenal sebagai produsen mesin – mesin AC..

  2. auliafeizal permalink
    17/08/2010 16:18

    master2.. update lagi donk..

  3. leegundi permalink
    23/03/2012 16:28

    terimakasih atas ilmunta kawand🙂

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: