18/11/12

Tegangan Tinggi Arus Searah (HVDC)

Singkatannya HVDC itu adalah High Voltage Direct Current, bahasa Inggrisnya Tegangan Tinggi Arus Searah. Apa ini? Apakah ini bisa dimakan?

Tidak, ini bukan nama makanan.

Seperti yang kita ketahui (kita? kagak lah, sedikit orang doang kali), yang mengalir di rumah kita itu bentuk gelombangnya bolak-balik. Kok ribet banget, kenapa harus bolak-balik...tunggu, maksudnya bolak balik itu apa? Maksudnya itu seperti ini :

sumber : http://simple.wikipedia.org/wiki/File:Wavelength.png tanggal akses: 15/11/2012, 09.13 WIB

Kalian tahu batere? Batere itu contoh sumber tegangan arus searah. Batere enggak boleh kebalik kan positif-negatifnya? Nah kalau dibolak-balik terus-menerus, inilah konsep tegangan arus bolak-balik ; polaritasnya berganti-ganti. Ini menjelaskan kalau rimut tivi sama rimut ac enggak bisa dicolok ke listrik pln, karena dua-duanya memakai sumber tegangan arus searah ; listrik pln itu contoh sumber tegangan arus bolak-balik.

Oke cukup, kembali ke HVDC.

Jadi aku asumsikan kalian sudah tahu kalau listrik PLN itu dikirimkan ke pengguna-penggunanya dalam bentuk tegangan arus bolak-balik. Ini menjadi hal yang aneh, mengapa harus bolak-balik, mengapa tidak searah saja? Kalau kalian membaca seri tokoh dunia, simbol arus (ampere - A) itu diciptakan oleh yang bersangkutan (Ampere, bukan Haji Saidi) dalam lingkungan kerja yang memanfaatkan arus searah. Demikian juga sel Galvanik (baterai sederhana), lalu konsep resistansi, dan sebagai rupanya. Dunia lebih dahulu mengenal arus searah, ketimbang arus bolak-balik.

Lantas mengapa?

Ini semua karena tuntutan teknologi. Teknologi itu bukan sains ; sains tidak menghitung aspek ekonomi, sementara teknologi adalah ekonomi juga. Suatu teknologi tidak hanya harus canggih, tetapi juga harus dapat terjangkau oleh manusia luas. Teknologi itu harus simpel. Teknologi itu ... intinya, harus murah.

Jadi mengapa listrik PLN disalurkan - bahkan dibangkitkan (di PLTU Muara Karang, PLTU Paiton, PLTA Jatiluhur, PLTA Sigura-Gurra, dsb) dengan arus searah (dan tegangan tinggi) ? Semua jawabannya karena dua benda ini : Transformator dan Motor Induksi.

Apa itu Transformer, atau dalam bahasa pergaulan sehari-hari Dr. Reynaldo Zoro (pakar petir Indonesia) adalah ......

Sumber : http://science.howstuffworks.com/real-transformer.htm, tanggal akses : 15/11/2012, 09.31 WIB

Wah salah..ini yang benar :


Itu yang kecil-kecilan, bagi yang muatan lokal (mulok) nya elektronika (di SMP-SMA) pasti udah familiar dong dengan benda kecil ini. Kalau di skala industri ketenagalistrikan, benda kecil ini menjadi sedikit lebih besar.... :

Sumber : http://www.panoramio.com/photo/2468686, tanggal akses : 15/11/2012, 09.35 WIB

Trafo adalah alat yang berfungsi mengubah-ubah nilai tegangan ; rendah ke tinggi, tinggi ke rendah. Trafo adalah alat yang sangat-sangat ekonomis untuk mengubah-ubah tegangan ini, dan inilah kunci transmisi daya elektrik : harus dalam tegangan tinggi. Kok begitu? Kalian tentu tahu (sudahlah aku asumsikan tahu) rumus yang sangat terkenal, keluar di berbagai bimbingan belajar :

P = V x I

Oke. Alasannya adalah...supaya arus yang ditransmisikan tidak terlalu besar. Tunggu, maksudnya P apa? P itu daya listrik. Daya itu apa..?

Listrik yang kita transmisikan adalah dalam bentuk daya, daya adalah kelajuan energi. Ah repot. Kebetulan kata wikipedia begini :

Capekan mana, ngangkut-ngangkut lemari dari Simpang Dago ke Dipati Ukur sambil lari-lari atau jalan santai? Kecuali ... eh enggak ada kecuali, Superman pun pasti bilang lebih capek sambil lari-lari. Ini jelas, sudah sangat jelas, karena ya...udah cobain sendiri deh hehe. Terus pasti lebih cepet sambil lari-lari dong. Jelas..ini karena kata Fisika, daya yang dikeluarkan itu lebih besar sambil lari. NAH ini dia maksudnya daya itu. Jelas lah ya.

OKE kembali ke transmisi daya elektrik. Iya, untuk dua satuan daya yang sama, misalkan 100 MW (Mega Watt). Yang satu digunakan tegangan sebesar 500 KV, berarti arusnya cukup 1 KA. Nah, coba kita balik, misalnya tegangannya 5 KV, berarti arusnya hanya 100 KA. What's the big deal?

Tegangan itu besaran untuk beda potensial antara dua titik , sementara arus adalah besaran yang menyatakan..um....seberapa hebatnya suatu hal yang mengalir antara dua titik itu. Ini kasarnya ya. Jadi, lebih baik besar yang mana? besar tegangannya atau besar arusnya? Jawabannya adalah besar tegangannya. Karena, kalau yang lebih besar arusnya, maka diperlukan "sesuatu" yang lebih dahsyat supaya arus listrik ini bisa mengalir, dalam hal ini, dibutuhkan kabel yang lebih dahsyat. Mengapa?

Satu, semakin besar arus yang mengalir di kabel, sayangnya rugi-rugi (bahasa orang Inggrisnya losses) nya akan semakin besar. Rugi-rugi ini dirumuskan sebagai :

P(RUGI) = I x I x R

Rugi-rugi ini mengurang daya listrik yang ditransmisikan. Mending kalau daya ini berubah menjadi suatu daya mekanik, misalkan dalam bentuk suara-suara asoy semacam dangdut sepanjang konduktor transmisi. Sayangnya, rugi-rugi ini muncul dalam bentuk daya panas. Semakin panas, semakin....panas. Iya, konduktor ini tidak mampu menahan panas sehebat ini. Berbahaya. Oke, jadi disimpulkan, sudahlah, kita gunakan saja tegangan yang tinggi ketimbang yang rendah.

KEMBALI ke Trafo..

Trafo hanya bisa beroperasi dalam bentuk tegangan bolak-balik. Ini..penjelasannya..rumit..sudahlah, manut-manut saja. Penasaran ya? Penjelasan mudahnya begini : trafo itu dalemannya kan besi, yang dililitin kawat konduktor di masing-masing sisi. Keduanya tidak terhubung. Makanya, trafo itu dapat dikatakan mengisolasi dua terminal secara elektrik. Oke, bila salah satu terminal kumparan ini diberikan tegangan, maka arus listrik akan mengalir di kumparannya ini. BILA tegangannya bolak-balik, maka arusnya juga bolak-balik, maka secara mengejutkan, akan timbul suatu ... mmm katakanlah gaya magnetik (fluksi magnetik sebenarnya) pada satu kawat. Fluksi magnetik ini merambat melalui besi...lalu merambat di kumparan yang satunya lagi. Dan...secara ghaib, timbullah tegangan. Hebat ya.

JADI..kalau tegangannya searah, peristiwa ghaib ini tidak bisa timbul haha.

Jadi lagi, karena inilah, transmisi daya elektrik digunakan dalam tegangan bolak-balik.

Penyebab kedua adalah motor induksi. Motor induksi adalah jenis motor listrik yang paling banyak dipakai di dunia industri. Tunggu, apa itu motor induksi? Apakah benda ini bisa dimakan?

Lagi-lagi, benda ini tidak bisa dimakan.

Bosen kan mendengar aku ngoceh terus? Ya kan? Kan kan? Lebih baik kalian tonton video berikut ini :





Seru kan? Ini jangan dipikir susah lho, ini gampang banget dimengerti. Wong ini video yang mbuat itu TNI nya Amerika Serikat. Targetnya ya tentara, tentara kan gak semuanya (bahkan mayoritas) bukan mahasiswa, tamatun SMA langsung masuk akademi, jadi ini rasanya mudah kok dimengerti.

Iya, kembali ke kasus, motor induksi menguasai banyaaaaaak sekali aplikasi motor di dunia ini. Kipas angin adalah contoh murah meriah sederhana dari motor induksi.

NAH KEMBALI KE TRANSMISI DAYA..

Jadi, ngerti kan kenapa transmisi daya elektrik kebanyakan dipakai dengan arus bolak-balik? Iya, ngerti. Tetapi, tahukah kamu kalau arus bolak-balik kerugian untuk transmisi daya listrik jarak jauh? Wah, apa itu?

Pertama, resistansi konduktor bila dikenai tegangan AC akan lebih tinggi ketimbang DC. Kok bisa?

1. Skin Effect
Yang jelas, produk kecantikan kulit manapun tidak bisa menghilangkan efek semacam ini. Penjelasan sukarnya ada di wikipedia, penjelasan mudahnya ada di sini : bila dikenai tegangan AC, rupanya distribusi rapat arus pada konduktor akan sedemikian rupa sehingga rapat arus paling tinggi berada di dekat kulit-kulit terluarnya, sementara sisanya yaa di dalam-dalamnya. Ini semacam hmm percuma gitu, pokoknya pada intinya akibat fenomena ini, ada sebagian arus yang jadinya malah menambah resistansi total si konduktor. Sementara pada DC? Tidak ada skin effect semacam ini.

2. Corona
Ini bukan seperti yang ada di matahari itu ya. Korona ini adalah medan listrik di sekitar konduktor, yang mengionisasi udara di sekitarnya, hingga terdengar bunyi desingan, dan atau kilat-kilat kecil. Iya, jadi alih-alih arus listrik sepenuhnya ditransmisikan, ada beberapa yang "hilang" (berubah bentuk) menjadi korona ini. Pada tegangan bolak-balik, rugi-ruginya lebih tinggi. Kita percaya saja.

3. Kestabilan
Cukup rumit membahas ini untuk masalah awam. Jadi begini ceritanya, ada satu masalah lagi pada transmisi arus bolak-balik, yaitu induktansi konduktor dan kapasitansi konduktor ke tanah, ah jelas juga ada resistansi konduktornya itu sendiri. Ketiganya kita singkat saja menjadi IMPEDANSI KARAKTERISTIK. Kemudian, bersama dengan besar tegangan yang ditransmisikan, keduanya menciptakan sebuah nilai, bernama BEBAN NATURAL. Apakah beban natural itu? Beban natural adalah nilai beban yang..mm...merepotkan.
Ilustrasinya begini : bila saluran transmisi dibebani diatas nilai beban naturalnya, maka saluran akan menambahkan daya reaktif ke sistem. Sementara, bila dibebani di bawah nilai beban naturalnya, maka saluran akan mengonsumsi daya reaktif. Aduh, repot ya kalau harus diterangkan tentang daya reaktif itu apa, daya aktif itu apa...intinya, daya yang kita kenal dan kita pakai di sehari-hari kita adalah daya aktif (watt), sementara daya reaktif itu tidak pernah kita pakai dan kita rasakan di dunia nyata (satuannya VAR : Volt-Ampere-Reaktif). Keduanya itu ibarat alas dan tinggi pada suatu segitiga ; daya total yang benar adalah daya kompleks (VA - Volt-Ampere). Jadi, tidak semua hasil kali tegangan - arus bisa kita manfaatkan sebagai daya aktif. Ada beberapa daya siluman yang hilang menjadi daya reaktif ini. Yes, di sinilah permasalahan transmisi arus bolak-balik.
Selain mengurangi daya efektif yang bisa disalurkan, masalah daya aktif - reaktif ini akan memengaruhi kestabilan. Bayangkan segitiga. Phytagoras. Daya aktif adalah sumbu X, dan daya reaktif adalah sumbu Y. Garis miringnya adalah hasil phytagorasnya, yaitu daya kompleks. Sudut yang dibentuk antara daya aktif - daya kompleks ini disebut sebagai sudut kestabilan. Untuk operasi yang stabil, kita harus menjaga sudut daya ini sebesar maksimal 30 derajat. Maksudnya stabil mm....yaah, kalian anggap saja enggak byarpet deh hehe.
Terdengar mudah? Tidak.
Daya reaktif ini yang membuat masalah. Beban yang disuplai oleh sistem transmisi, sangat memengaruhi besar kecil daya reaktif ini. Selain itu, panjang saluran transmisi pun memenuhi reaktansi saluran ; lebih jauh jelas memengaruhi besar kecil daya reaktif. Yang jelas, ada batas maksimalnya. Tipikal konduktor untuk transmisi, tanpa memerhitungkan beban, menyentuh sudut kestabilan 30 derajat begitu panjangnya sudah.. 415 KM. Jakarta-Jogja saja sudah 500an KM. Berarti, sistem Jawa-Bali tidak stabil dong? Jangan khawatir, ada teknik yang namanya kompensasi daya reaktif (oh ya sudut nya ini nilainya minus), dengan menempatkan kapasitor. Kapasitor akan membuat sudut ini kembali menjadi 0 derajat.
Ya tapi, ini kan kelemahannya transmisi arus bolak-balik ;;)?

Sementara arus searah itu..
1. Tidak ada skin effect 8)
2. Efek korona lebih rendah
3. Jauh lebih stabil, jangan khawatir, tidak akan ada daya reaktif, sudut dayanya selalu nol derajat.

Berarti, kalau begitu, mengapa transmisi daya elektrik tidak memakai arus searah saja om? Iya ya, mengapa tidak begitu ya? TIDAK. Tidak sesederhana itu.

1. Alat-alatnya BERTEKNOLOGI TINGGI dan MAHAL. Iya, walau demikian, sudah kepalang tanggung bukan motor-motor induksi tetap membutuhkan alat-alat listrik arus bolak-balik, jadi pada kesimpulannya, listrik arus searah ini nantinya tetap harus diubah menjadi listrik arus bolak-balik lagi. Hmm, dan sayangnya, peralatan mengubah tegangan ini (bernama konverter) itu MAHAL. Iya, entah mengapa harganya tidak bisa (dan tidak akan bisa) semurah Chiki. Selain itu, pemutus sirkuit (Sirkit Breaker - itu lhoh yang kalau mati lampu kalian suka lari ke panel lalu menaikkan suatu saklar) nya juga BERTEKNOLOGI TINGGI dan.... MAHAL lagi hehe. Mengapa kok istilahnya itu kan SAKLAR doang? Mengapa mahal, dan mengapa bisa lebih mahal ketimbang hal serupa untuk listrik arus bolak-balik? Sederhana saja :
Memumutus arus AC, kita bisa menunggu tegangannya hingga 0 kan? Ketika 0, langsunglah CB kita kita buka/tutup. Tidak ada masalah. Lah kalau DC? Tidak pernah 0 kan? Kita tidak bisa membuka tutup sembarangan. Lho kok begitu?
Iya, untuk tegangan yang sangat-sangat tinggi, udara bukanlagi menjadi isolator, tetapi KONDUKTOR. Bayangkan saklar buka-tutup konvensional, jaraknya hanya beberapa cm. Kalau kita buka saklarnya, secara kasat mata oke aliran listrik terputus. Tetapi bila tegangannya sangat besar, maka kasat mata anda membohongi anda. Jeng jeng, jadi saklar DC untuk tegangan tinggi tidak sesimpel ini, bahkan dibutuhkan teknologi semikonduktor digabungkan dengan teknologi mekanik yang lebih canggih dari yang dapat anda bayangkan.
Masih enggak percaya DCCB ITU NJLIMET? Coba kalian klik pranala ini. Bahkan, DCCB yang benar-benar mumpuni baru saja ditemukan lhoh.
2. Konverter ini membutuhkan daya reaktif. Jengjeng, masalah lagi.
3. Konverter membangkitkan harmonisa.
APA ITU HARMONISA?


Bisa dilihat di pranala di atas juga. Pada intinya, tegangan harmonik adalah tegangan yang tidak stabil. Tegangan yang tidak stabil iniiii dapat merusak peralatan elektronik rumah anda. Enam delapan, mengerti komandan?

Yaah, itulah kerugian HVDC, sehingga.....HVDC hanya cocok diterapkan pada jarak minimum, yaitu sekitar 400 KM KEATAS. Whoah, jauh ya? Bayangkan transmisi Jawa-Sumatera yang katanya mau dibangun dengan ini. Hmmmmm semoga saja ya terwujudkan amiin,

Supaya lebih jelas, mungkin bisa kita lihat contoh grafiknya yak.

Perbandingan biaya HVDC-HVAC (Meah, Kala, Sadrul Ula : 2008)

Dapat dilihat yak, pada jarak-jarak rendah, jelas juaranya HVAC, tetapi begitu jaraknya beranjak tinggi, kita tahu siapa yang lebih juaara.

Lalu, bagaimana kabar yang di Indonesia?

 Coba kalian lihat gambar-gambar sbb :

Rencana Sistem Interkoneksi Sumatera-Jawa (Sumarmadi, D., G.C. Paap, L. v.d. Sluis : 2007)

Pembangkit dari Muara Enim dan Musi Rawas akan disalurkan ke sistem Jawa-Bali lewat saluran HVDC ini. Stasiusn konverter (AC-DC) di Sumatera, akan ditempatkan di sekitar daerah pembangkit ini. Sementara, stasiun inverternya rencananya akan ditaruh di sekitar keresidenan DKI Jakarta.

Oke, lalu...bagaimana menaruh kabel-kabel melintas laut ini? Akankah akan ada semacam jembatan kabel gitu? Atau akan ada tower-tower menjulang dari dasar laut? Hah hm hm? Bagaimana? Ya taruh saja di bawah laut hehe, tentu tetap diperlukan perlindungan-perlindungan tertentu seperti perlindungan dari jangkar nelayan, dari gesekan arus bawah laut, dan semacamnya. Oh ya, karena paling-paling hanya butuh dua konduktor (ketimbang AC - harus 3 fasa - 3 kabel), maka jelaslah saluran HVDC (dari segi penggunaan konduktornya) lebih murah. Tentu...kalau memerhitungkan stasiun konverter dan inverternya, akan ada jarak minimal supaya transmisi ini menjadi lebih murah.

Tetapi, apakah tidak mungkin? Apakah tidak akan dijadikan? Mengapa tidak? Pasti tetap bisa bukan..?

Ohya, sejauh ini tipe pembangkit yang akan digunakan di sekitaran Muara Enim, Musi Rawas (atau beberapa ada yang mengatakan di dekat tambang Bukit Asam Palembang) jelas adalah pembangkit PLTU dengan bahan bakar batu-bara. Bukankah memang itu komoditi utama dari Sumatera Selatan, kan? Oh ya, toh memang pembangkit yang menyuplai daya utama kita di Indonesia ini memang masih PLTU-PLTU dengan bahan bakar BBM, aatau Batu Bara ini. Karena apa? Karena PLTU semacam ini paling murah, dan paling mampu menyuplai daya yang terbesar YANG hidup terus selama 24 jam. Kalau renewable energy lainnya? Mungkin tidak terlalu ekonomis, selain teknologinya masih mahal, juga tidak bisa tersedia 24 jam, kan? ;)

Tetapi, kondisi nyatanya sekarang ini, sistem kelistrikan Indonesia masih berpusat di Jawa-Bali. Sehingga, tetap daerah tersebut yang harus diprioritaskan hingga kini (tentu kedepannya pemerataan listrik harus dilakukan lebih). Selama ini kan, yang kita kirim dari Sumatera, Kalimantan, itu kan baru BAHAN BAKUNYA, yaitu berupa batu bara, BBM, dsb. Daripada...mengirim bahan bakunya, mengapa tidak listriknya dibbuat di sana, lalu baru dikirimkan ke sistem Jawa-Bali? Nah, HVDC inilah salah satu solusinya. Selain itu, mengapa tidak daerah-daerah di Indonesia ini kita hubungkan satu-sama-lain dengan sistem HVDC ini? Bukankah itu menjadi lebih menarik :D?

Seperti itu kira-kira tentang HVDC...

Sebenarnya masih ada banyaaaak lagi, cuman di udahin sampek sini dulu ya hehe. Nanti panjang-panjang malah males bacanya lagi. Kalau ingin lebih lanjut, mengapa tidak kalian lihat referensi berikut ini?



Tidak ada komentar:

Poskan Komentar

Bagi pengguna yang memiliki akun blogger, atau google account, silahkan anda memilih opsi untuk menggunakan akun blogger/google account sebagai identitas anda saat memberi komentar.

Bagi anda yang tidak memiliki akun blogger/google account namun memiliki openid seperti openid yang berlaku di wordpress, livejournal, typepad, atau AIM, silahkan menggunakan opsi openid untuk identitas anda.

Bagi anda yang tidak memiliki identitas openid atau google account, anda bisa memakai opsi nama/url. Anda bisa menggunakan nama anda sebagai identitas dan jika anda memiliki halaman website, anda juga bisa mencantumkannya, namun harus diingat bahwa yang terpenting dalam identitas opsi nama/url adalah nama anda

Namun jika anda ingin berkomentar sebagai anonim, silahkan pilih opsi komentar anonim.