SISTEM KELISTRIKAN PADA PUSAT LISTRIK

Sistem KelistrikanOleh: Ir. SAMPOERNO m.TJanuari 2015

ReinjeksiPembangkit Listik Panas BumiPipa, header dan separator UapSumur Uap Panas Bumiair panasSumber uap di ReservoirUap2

Siklus Uap Kring Langsung 1. Pusat Listrik .Pusat listrik adalah suatu pusat dimana tenaga listrik dibangkitkan yang kemudian disalurkan ke system penyaluran.

Daya yang dibangkitkan pada pusat listrik dengan kapasitas besar, biasanya mempunyai tegangan dengan orde tegangan menengah (TM), selanjutnya daya listrik tersebut tegangannya dinaikkan oleh trafo generator menjadi tegangan tinggi (TT) atau tegangan ekstra tinggi (TET) dan kemudian daya listrik tersebut disalurkan ke bus bar tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang berada pada gardu induk (GI) pembangkit atau switch yard.

SISTEM KELISTRIKAN PADA PUSAT LISTRIK

Sampai pada bus bar di GI Pembangkit, daya listrik kemudian disalurkan ke GI-GI beban melalui saluran transmisi dan sebagian disalurkan ke system distribusi tegangan menengah melalui Trafo beban TT/TM serta sebagian kecil lagi digunakan pada pusat listriknya (Pemakaian sendiri).

Secara garis besar Pusat Listrik dapat dibagi dalam 2 (dua) jenis, yaitu - Pusat Listrik tak terbarukan ( non renewable)Pusat Listrik terbarukan (renewable)Pusat listrik tak terbarukan adalah pusat listrik dengan energy primernya merupakan energy tak terbarukan seperti bahan bakar fosil (minyak, batu bara) yang cadangannya dapat habis.Pusat listrik terbarukan adalah pusat listrik dengan energy primernya merupakan energy terbarukan, seperti tenaga panas bumi, tenaga air, tenaga angin, tenaga surya, tenaga ombak/arus laut.

Pusat listrik merupakan system yang terdiri dari system mekanikal, system elektrikal dan struktur sipil. System mekanikal merupakan system penghasil energy mekanik yang akan memutar generator.

Sistem mekanikal terdiri dari beberapa peralatan mekanikal, jenis-jenis peralatan mekanikal pada pusat listrik tergantung dari jenis pusat listriknya. Sebagai contoh pusat listrik thermal, PLTU, system mekanikalnya terdiri dari system pembakaran (minyak , batu bara atau gas), boiler , turbin uap lengkap dengan peralatan-peralatan bantunya seperti system pendingin, system WTP, system pelumas dan lain-lainnya. Pada pusat listrik tenaga surya tidak memerlukan system mekanikal.

Sistem elektrikal (system kelistrikan) pada pusat listrik terdiri dari peralatan-peralatan utama :

GeneratorTrafo Daya, terdiri dari :Trafo Generator (Trafo daya TM/TT atau TM/TET)Trafo service station (Service Station Transformer/SST), trafo daya TM/TM, contoh 23kV/6,3 kV, atau TT/TM contoh 150 kV/6,3kVAuxilliary Transformer (trafo daya TM/TR)Trafo eksitasi

Switchgear TM, sebagai contoh :

Switchgear 23 kV (teg output gen)Switchgear 6,3 kV (tegangan output SST.Switchgear 20 kV ( tegangan distribusi TM, tegangan output trafo beban).

Switchyard TT.Sistem control dan instrumentSistem protekasiSistem pembumian.Sistem pemakaian sendiriSistem alarm kebakaran

Struktur sipil pada pusat listrik, untk PLTA terdiri dari: waduk/damacces roadtail racepipa-pipa pesatpondasi-pondasi baik untuk turbin-generator, bangunan gedung lainyabangunan-bangunan sipil untuk tempat turbin, generator, system control, kantor, masjid dan lain-lain.

Secara diagram garis tunggal system kelistrikan pada pusat listrik dapat digambarkan sebagai berikut.

Contoh Gambar 1

Peralatan Peralatan Listrik Utama pada Pusat Listrik.

Generator.Generator adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk mengkonversi energy mekanik menjadi energy listrik. Jadi pada prinsipnya generator adalah peralatan yang berfungsi untuk membangkitkan daya listrik dengan nilai tegangan tertentu sesuai dengan kapasitasnya.Generator-generator yang membangkitkan listrik arus bolak-balik (AC) dengan kapasitas besar adalah generator yang berputar, artinya rotor dari generator diputar oleh penggerak mula (prime mover) sehingga pada terminal statornya timbul GGL (tegangan). Generator yang digunakan pada system tenaga listrik merupakan generator sinkron, yaitu generator yang menghasilkan frekuensi yang nilainya relative konstan. Untuk mendapatkan frekuensi yang konstan, rotor generator harus diputar dengan kecepatan putar (rpm) yang konstan pula. Karena frekuensi listrik PT.PLN adalah 50 Hz maka generator-generator dengankutub pejal (jumlah kutubnya p =2), maka putarannya 3000 rpm.Generator

Hubungan antara nilai frekuensi, putaran dan jumlah kutubnya adalahn = 120f/p

dimana n : putaran dalam rpm, f : frekuensi dalam Hz (cps) p : jumlah pasangan kutub. Untuk generator yang diputar dengan putaran lambat seperti generator pada PLTA maka untuk mendapatkan nilai frekuensi 50 Hz, jumlah kutubnya harus cukup banyak sesuai dengan rumus n = 120f/p. Rotor pada generator PLTA, karena mempunyai jumlah pasangan kutub yang cukup banyak maka konstruksinya merupakan kutub menonjol (salient pole) dan untuk generator pada PLTA dengan kapasitas besar, putaran poros rotornya vertical.

Bagian-bagian utama dari generator.

Bagian-bagian utama dari generator adalah :Rotor.Rotor adalah bagian utama yang berputar dari generator, yang berfungsi untuk membangkitkan fluksi magnetis. Fluks magnetis tersebut dilink (ditangkap) kumparan stator sehingga pada terminal stator timbul GGL. Timbulnya fluksi magnetis oleh kumparan rotor disebabkan karena pada kumparan rotor dialiri arus eksitasi. Kumparan rotor diberi suplai oleh sumber tegangan (tenaga) pada system eksitasi.

Pada terminal kumparan stator akan timbul GGL jika fluks magnetis yang di link kumparan stator nilainya berubah-ubah terhadap waktu. Karena umumnya arus eksitasi merupakan arus searah (DC), fluks magnetisnya nilainya tetap ( tidak berubah-ubah terhadap waktu) maka agar besarnya fluks magnetis yang dilink kumparan stator nilainya berubah-ubah terhadap waktu dan timbul GGL pada terminal kumparan stator, rotor harus diputar.Karena rotor berputar, untuk menyuplai tegangan dari system yang diam perlu peralatan bantu, berupa slip ring.Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa pada rotor non-salient pole, jumlah pasangan kutubnya 2, maka untuk mendapatkan frekuensi 50 Hz rotor harus diputar dengan putaran 3000 rpm. Sedang pada rotor generator pada PLTA dengan putaran rendah, jumlah kutubnya banyak. Salient pole (kutub menonjol), karena jumlah pasangan kutubnya banyak, maka untuk mendapatkan frekuensi 50 Hz, putaran rotornya lebih rendah dari 3000 rpm (putaran rendah) yaitu sebesar 120f/p ( p jumlah pasangan kutub).Pada PLTA dengan kapasitas daya besar, karena putarannya rendah jumlah pasangan kutubnya banyak dan konstruksinya kutub menonjol, maka poros putarannya vertikal.

Stator.Stator merupakan bagian yang diam yang bagian utamanya merupakan kumparan stator. Kumparan stator berfungsi menangkap fluksi putar yang dihasilkan kumparan rotor sehingga pada terminal kumparan stator timbul GGL. Jika terminal kumparan stator dihubungkan ke beban maka akan mengalir arus beban pada kumparan rotor, arus beban pada kumparan stator ini akan menimbulkan fluks magnetis yang melawan fluksi utama, oleh karena itu untuk mengurangi efek fluks stator terhadap fluks utamanya, pada bagian stator dilengkapi dengan kumparan yang disebut kumparan jangkar. Rangkaian kumparan stator biasanya rangkaian Y sehingga titik netral dari kumparan stator perlu dibumikan. Sistem pembumiannya biasanya merupakan pembumian tahanan tinggi melalui trafo disribusi , di sisi sekunder trafo dipasang rele stator ground fault ( rele tegangan lebih tipe V-48).

Sebagai contoh stator pada generator sinkron putaran rendah

Generator Parts :Armature windings: the conductor in which the output voltage is inducedGenerator Basic theory OTT-22Salak Generator armature winding is composed of glass insulated strands and insulated with highly reliable mica type.

Stator: stationary housing of the generatorTrafo Daya. Trafo Daya atau sering disebut juga trafo tenaga adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk menyalurkan daya dari sisi primer trafo ke sisi sekunder trafo sekaligus mengubah tegangannya. Ada dua jenis trafo daya ditinjau dari pengubahan nilai tegangannya, yaitu :- Trafo penaik tegangan (step up transformer), yaitu trafo daya yang menaikkan tegangannya (tegangan sisi sekunder > tegangan sisi primer).- Trafo penurun tegangan (step down transformer), yaitu trafo daya yang menurunkan tegangannya (tegangan sisi sekunder < tegangan sisi primer).

Pada pusat listrik terdapat kedua jenis trafo tersebut, yaitu.Trafo penaik tegangan.Daya output generator pada pusat-pusat listrik berkapasitas besar biasanya ber-orde tegangan menengah. Daya output generator tersebut selanjutnya disalurkan ke GI-GI lain melalui saluran tegangan tinggi (TT) atau tegangan ekstra tinggi (TET) yang biasa disebut saluran transmisi, untuk itu tegangan output generator (TM) perlu dinaikkan ke TT atau TET melalui trafo generator (generator transformer).Rangkaian kumparan primernya biasanya rangkaian Y, pada titik netralnya dibumikan melalui NGR (neutral grounding resistance). Besarnya kapasitas trafo generator harus sedikit lebih besar dari kapasitas generatornya (120-125 % kapasitas generator).

Trafo penurun tegangan.Pada pusat listrik diperlukan suplai daya tegangan rendah (TR) untuk keperluan penerangan, AC (penyejuk ruangan), untuk menjalankan peralatan kantor pada gedung, menjalankan motor motor listrik TR, untuk suplai sistem kontrol, alarm dan lain-lainnya. Suplai daya tegangan rendah bisa disuplai melalui auxilliary transformer TM/TR (sebagai contoh trafo daya 6,3kV/400V, tegangan 6,3 kV adalah tegangan output generator) lihat gambar 1.1. Kecuali itu pada pusat listrik skala besar juga diperlukan suplai daya n tegangan menengah ( contoh 6,3 kV) untuk keperluan menjalankan motor-motor listrik kapasitas cukup besar yang diperlukan untuk menjalankan pompa pengisi air ketel (BFP) untuk starting awal generator.sedangkan suplai daya tegangan menengah didapat dari Service Station Transformer (SST) TT/TM dengan tegangan primer diambilkan dari tegangan TT di bus GI, Bagian-bagian utama trafo daya. Bagian-bagian utama dari trafo daya adalah :

Kumparan primer.Kumparan primer trafo dibelitkan pada inti besi. Kumparan primer dihubungkan dengan suplai (sumber tegangan) arus bolak-balik dan berfungsi untuk membangkitkan fluksi magnetik bolak-balik yang dialirkan pada inti trafo. Fluksi magnetik tersebut timbul karena pada kumparan primer mengalir arus bolak-balik. Fluksi magnetik tersebut selajutnya akan dilink (ditangkap) kumparan sekunder sehingga pada terminal kumparan sekunder timbul GGL (tegangan).

Bahan kumparan trafo adalah tembaga dilapisi dengan bahan isolasi. Pada trafo penaik tegangan jumlah kumparan primer lebih banyak dibanding jumlah kumparan sekundernya, sebaliknya pada trafo penurun tegangan jumlah kumparan primer lebih sedikit dibanding jumlah kumparan sekundernya. Jadi jumlah kumparan pada sisi tegangan yang lebih tinggi jumlah kumparannya akan lebih banyak, tetapi diameter kawatnya lebih kecil. Pada trafo ideal perbandingan antara tegangan sisi primer dengan tegangan sisi sekundernya sama dengan perbandingan antara jumlah belitan kumparan primer dengan jumlah belitan kumparan sisi sekunder (Vp/Vs np/ns). Hubungan rangkaian primer trafo bisa rangkaian Y atau tergantung vektor group nya. Untuk trafo generator biasanya vektor groupnya YnD-11, berarti rangkaian kumparan primernya (di sisi output generator) adalah hubungan Y dengan netral dibumikan melalui NGR (neutral grounding resistance), sedang untuk trafo bantu (auxilliary transformer) vektor groupnya Dyn-11, berarti hubungan kumparan primernya adalah hubungan .

Kumparan sekunder.Kumparan sekunder trafo dibelitkan pada inti besi, kumparan sekunder berfungsi membangkitkan GGL pada terminalnya. GGL (tegangan) pada terminal kumparan sekunder trafo timbul karena kumparan sekunder trafo memotong (melink) fluksi magnetis yang mengalir pada inti trafo. Hubungan rangkaian kumparan sekunder seperti telah dijelaskan di atas, bisa rangkaian Y atau tergantung vektor group nya Untuk trafo generator biasanya vektor groupnya YnD-11, berarti rangkaian kumparan sekundernya adalah hubungan , sedang untuk trafo bantu (auxilliary transformer) vektor groupnya Dyn-11, berarti hubungan kumparan sekundernya adalah hubungan Y, dengan pembumian secara langsung.

Minyak Trafo.Minyak trafo berfungsi sebagai media isolasi dari bagian bagian dalam trafo seperti kumparan terhadap body trafo, minyak trafo sekaligus juga berfungsi sebagai media pendingin dari kumparan trafo.

Inti Besi.Inti besi berfungsi untuk tempat kumparan trafo dibelitkan dan sebagai tempat mengalirkan fluksi magnetis yang dibangkitkan oleh kumparan primer. Sebagian besar fluksi magnetis akan mengalir pada inti besi sehingga sebagian besar fluksi magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer akan dilink oleh kumparan sekunder.Tap Changer.Tap changer adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan atau mempertahankan nilai tegangan primer dengan cara mengubah perbandingan jumlah belitan dari kumparan sekunder terhadap kumparan primernya. Pada trafo daya dengan kapasitas besar dan trafo TT/TM atau trafo TM/TT tap changer merupakan tap changer berbeban dengan mengubah perbandingan jumlah belitan kumparan sekunder terhadap jumlah kumparan primernya secara otomatis dan dalam keadaan berbeban On Load Tap Changer). Untuk trafo daya TM/TR biasanya tap changer merupakan off load tap changer

Sistem Pendingin. Untuk trafo daya dengan kapasitas besar sistem pendinginnya adalah dari jenis ONAN (Oil Natural Air Natural) dan ONAF (Oil Natural Air Forced) atau OFAF (Oil Forced Air Forced). Air Natural berarti pendinginan melalui radiasi yaitu badan trafo dibuat bersirip untuk memperluas bidang radiasi panas, sedang Air Forced berarti pendinginan dengan pemasangan kipas angin.

Sistem Pembumian Trafo.Ada dua bagian trafo daya yang harus dibumikan, yaitu :Badan (body) trafoNetral kumparan trafo. Pembumian badan trafo dilaksanakan secara langsung, sedang pembumian netral kumparan trafo tergantung pada jenis trafonya seperti telah dijelaskan di atas.

Bushing trafo. Terminal Bushing trafo merupakan terminal input dan terminal output trafo. Terminasi antara ujung kumparan dan terminal luar dilengkapi dengan isolasi, darikeramik atau bahan isolasi lain dengan ketahanan isolasi (tegangan tembus) tergantung tegangan nominalnya.

Rele Buchols dan rele Jansen. Rele Buchols dan rele Jansen terpasang di dalam trafo. Rele Bochols berfungsi melindungi trafo terhadap memburuknya kualitas minyak trafo sehingga menimbulkan gas.Badan (body) trafo, yang untuk memuat ini besi, minyak trafo dan lain lainSwitchgear TM.Switchgear TM adalah satu set peralatan yang berfungsi untuk mengumpulkan daya dari suplai / sumber TM (seperti dari sisi output generator atau dari output trafo service station /SST sisi output trafo beban TT-TM dan lain lain) dan membagi ke beberapa penyulang TM atau ke peralatan peralatan yang membutuhkan daya dengan tegangan TM.Umumnya switchgear berupa kubikel yang terdiri dari beberapa set kubikel.Bagian bagian utama dari switchgear adalah : Lemari (Casing) Rel TM beserta isolatornya PMT PMS ( termasuk PMS ground)CT & PT LA Sistem Pembumian

Kebanyakan switch gear TM merupakan jenis withdrawable yaitu jenis dimana pembukaan PMT dilakukan dengan menarik bagian depan dari kubikel dan secara otomatis PMS ground tertutup (PMT sistem pembukaan/penutupannya terinterlock dengan PMS ground artinya jika PMT dibuka secara otomatis PMS ground tertutup dan sebaliknya).

Lemari (Casing)

Lemari switchgear berfunsi untuk memuat peralatan peralatan seperti Rel TM, PMT, PMS, Trafo pengukuran, LA .Body dari lemari juga harus dibumikan secara langsung.

Rel TM Rel TM terbuat dari tembaga dan dapat berupa kawat tembaga strande atau pipa tembaga pejal. Rel TM didudukan pada dudukannya dengan ditopang oleh isolator. Diameter dari rel TM ditentukan oleh kapasitas daya yang akan disalurkan lewat TM tersebut (ditentukan oleh KHAnya dan tegangannya ).

PMT

PMT adalah peralatan switching yang berfungsi untuk membuka/menutup rangkaian baik dalam kondisi berbeban atau tidak. PMT dapat berfungsi sebagai bagian utama peralatan proteksi terhadap beberapa jenis gangguan atau dapat juga berfungsi sebagai alat untuk membuka rangkaian jika ada pekerjaan pemeliharaan.Dalam fungsinya sebagai peralatan proteksi PMT dilengkapi dengan relai dan juga CT atau PT atau CT dan PT. Rele berfungsi untuk mensensing besaran besaran listrik ( seperti arus, tegangan yang keluar dari sisi output CT, PT yang kemudian diteruskan ke system mekanisme pembuka CB.

PMS

PMS adalah peralatan switching yang berfungsi untuk membuka/menutup rangkaian baik dalam kondisi tidak berbeban. PMS merupakan dari pasangan PMT yang berfungsi untuk memastikan rangkaian dalam kondisi terbuka sesudah CB terbuka. Dalam operasinya pada saat membuka rangkaian yang berbeban, PMT harus dibuka terlebih dahulu baru kemudian PMSnya. Begitu juga sebaliknya pada penutupan rangkaian PMS ditutup lebih dulu baru PMT.PMS ground berfungsi untuk membuang muatan sisa. PMS ground dipasang secara interlock dengan PMT pada switchgear TM, sedangkan pada Bay transmisi PMS ground diinterlock dengan PMS line.

CT & PT

Sedangkan CT dan PT berfungsi untuk menurunkan besar arus gangguan dan tegangan gangguan yang akan dimasukkan ke rele.

SINGLE LINE PROTEKSI