Petir dan Saluran Transmisi

• Petir

Petir merupakan gejala alam yang sering terjadi karena adanya loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi. Menurut pengetahuan orang pada umumnya suatu gejala petir merupakan gejala yang menakutkan karena petir kadang kala menimbulkan dentuman suara yang keras. Kekuatan listrik yang terkandung dalam sebuah petir ialah 20.000 A. Suhu dimana sebuah petir itu terbentuk mencapai 10.000^oC. Bandingkan dengan suhu permukaan matahari ialah 700.00^oC, jadi suhu petir adalah 1/70 dari suhu matahari. Cahaya yang dikeluarkan oleh petir lebuh terang daripada cahaya yang dihasilkan 10 juta bila lampu pijar berdaya 100 Watt. 

Ilustrasi Petir

Petir yang kita kenal sekarang ini terjadi akibat awan dengan muatan tertentu menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah besar, maka muatan induksi pun makin besar pula sehingga beda potensial antara awan dengan bumi juga makin besar. Kejadian ini diikuti pelopor menurun dari awan dan diikuti pula dengan adanya pelopor menaik dari bumi yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah terjadi apa yang dinamakan petir.

• Perlindungan Terhadap Petir

Telah dijelaskan diatas bahwa efek dari petir adalah berbahaya karena kandungan yang dimiliki petir itu sendiri. Berikut secara garis besar sistem perlindungan terhadap petir :

1. Sistem Penangkal Petir
Sistem ini menggunakan ujung metal yang runcing sebagai pengumpul muatan dan diletakkan pada tempat yang tinggi sehingga petir diharapkan menyambar ujung metal tersebut terlebih dahulu. Sistem ini memiliki kelemahan di mana apabila sistem penyaluran arus petir ke tanah tidak berfungsi baik, maka ada kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka terhadap medan transien. 
2. Dissipation Array System (DAS)

Sistem ini menggunakan banyak ujung runcing (point discharge) di mana tiap bagian benda yang runcing akan memindahkan muatan listrik dari benda itu sendiri ke molekul udara di sekitarnya. Sistem ini mengakibatkan turunnya beda potensial antara awan dengan bumi sehingga mengurangi kemampuan awan untuk melepaskan muatan listrik.

• Perlindungan Petir Terhadap Saluran Transmisi

Pada prinsipnya sebuah petir akan menyambar benda yang memiliki ketinggian lebih atau lebih dekat dengan awan. Pada sistem transmisi listrik pada umumnya menggunkan sistem transmisi udara karena lebih efektif dari segi teknis dan ekonomisnya. Pada sistem transmisi udara tersebut tentunya akan menimbulkan suatu ketinggian dan perlindungan terhadap jaringan yang sedang disalurkan. Maka pada sistem transmisi udara tersebut dipasanglah sebuah pelindung, pada umumnya pelindung yang digunakan tersebut ialah kawat tanah  (overhead groundwire). Kawat tanah tersebut diletakan sejajar dengan kawat phasa yang disalurkan dan letaknya diatas kawat phasa tersebut, sehingga dari penempetan posisi tersebut kawat tanah tersebut melindungi kawat phasa dari saman petir.

Gbr. ilustrasi groundwire pada sistem transmisi

Keterangan gambar :

1. Primery power lines
2. Kawat tanah (groundwire)
3. Overhead lines
4. Trafo pengukuran
5. DS (disconecting switch)
6. Circuit breaker
7. Trafo arus
8. Lightning Arester
9. Trafo daya
10. Pusat pengontrol
11. Pagar pengaman
12. Secondary power lines

Pada penerapannya sistem transmisi udara jumlah pemasangan groundwire berbeda-beda antara berjumlah 1 buah atau 2 buah.

1. 1 kawat tanah (groundwire)

Gbr. Saluran transmisi dengan 1 groundwire

Pada saluran transmisi yang menggunakan 1 groundwire pada prakteknya kurang melindungi secara keseluruhan kawat phasa. 

Gbr. Skema 1 groundwire

sebuah groundwire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar diatas, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Apabila h_x merupakan tinggi kawat phasa yang harus dilindungi, maka lebar b_x dapat ditentukan dalam 2 kondisi, yaitu :

• Untuk h_x > 2/3 h , b_x = 0,6 h (1 – h_x/h)
• Untuk h_x < 2/3 h , b_x = 1,2 h (1 – h_x/0,8h)

      2.  2 kawat tanah (groundwire)

Pada proteksi dengan menggunkan 2 buah groundwire ini meningkatkan perlindungan kawat phasa yang digunakan.

Gbr. Saluran transmisi udara 2 groundwire

2 buah groundwire dengan tinggi h dari tanah dan terpisah sejauh s, perhitungan untuk menetapkan zona proteksi petir dilakukan seperti halnya menggunakan 1 buah groundwire. 

Gbr. Skema 2 groundwire

Apabila h_o menyatakan tinggi titik dari tanah di tengah-tengah 2 groundwire yang terlindungi dari sambaran petir, maka h_o dapat ditentukan :

h_o = h - s/4 

Sedangkan daerah antara 2 groundwire dibatasi oleh busur lingkaran dengan jari-jari 5/4 s dengan titik pusat terletak pada sumbu di tengah-tengah 2 groundwire.

Seperti disebutkan sebelumnya bahwa hadirnya groundwire dimaksudkan sebagai tempat sambaran petir langsung dan dapat melindungi kawat phasa. Zona perlindungan groundwire dapat dinyatakan dengan parameter sudut perlindungan, yaitu sudut antara garis vertikal groundwire dengan garis hubung antara groundwire dan kawat phasa. Jika sudut perlindungan tersebut dinyatakan dalam a dan tinggi groundwire adalah h, maka probabilitas sambaran petir pada groundwire (p) dapat ditentukan sebagai berikut : 

log p = - 4 

Dari persamaan tersebut, terlihat bahwa makin tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang besar, akan mengakibatkan probabilitas tersebut meningkat. Untuk itu diperlukan pemilihan tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang tepat untuk mendapatkan performa perlindungan yang baik dari sambaran petir.

• Meningkatkan Peforma Kawat Tanah (groundwire)

Pada dasarnya diperlukan pentanahan yang baik pada setiap menara listrik. Jika petir menyambar pada groundwire di dekat menara listrik, maka arus petir akan terbagi menjadi dua bagian. Sebagian besar arus tersebut mengalir ke tanah melalui pentanahan pada menara tersebut. Sedangkan sebagian kecil mengalir melalui groundwire dan akhirnya menuju ke tanah melalui pentanahan pada menara listrik berikutnya. Lain halnya jika petir menyambar pada tengah-tengah groundwire antara 2 menara listrik. Gelombang petir ini akan mengalir ke menara-menara listrik yang dekat dengan tempat sambaran tersebut. Groundwire juga dapat disertai dengan menggunakan counterpoise, yaitu konduktor yang ditempatkan di bawah saluran (lebih sering dibenamkan dalam tanah) dan dihubungkan dengan sistem pentanahan dari menara listrik. Hasilnya, impedansi surya akan lebih kecil.

Usaha-usaha lainnya di antaranya :

• Memasang couplingwire di bawah kawat phasa (konduktor yang disertakan di bawah saluran transmisi dan dihubungkan dengan sistem pentanahan menara listrik).
• Mengurangi resistansi pentanahan menara listrik dengan menggunakan elektroda pentanahan yang sesuai.
• Menggunakan arester.

 Daftar pustaka :

1. Elektro Indonesia http://www.elektroindonesia.com/elektro/energi12a.html
2. Electrical Info http://electricalsinfo.blogspot.com/2012/09/substation.html

Proses Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)

Pada proses pembangkit listrik tenaga gas uap (PLTGU) ini mempunyai ciri yang khas dari pembangkit-pembangkit pada lain yaitu dapat menjadi proses gas saja (PLTG) atau dapat juga di combine sehingga menjadi pembangkit listrik tenaga uap (PLTGU), dengan cara combine ini proses dari pembangkitan listrik ini menjadi efisien. Pembangkit listrik ini biasanya menjadi penombang tambahan pada saat beban listrik mengalami beban puncak. Pada PLTGU ini dapat langsung online ke sistem trasmisi dengan cepat selama 15 menit, ini merupakan salah satu kelebihan dari PLTGU. Secara garis besar dalam proses pembangkitan ini adalah :

Gbr. PLTGU Tambak Lorok Semarang

• PLTG

Sering juga disebut sebagai pembangkitan listrik tenaga gas uap dengan sistem open cycle. Hal ini dikarenakan pada prosesnya gas buangan yang dihasilkan gas turbin setelah terjadi proses produksi listrik langsung dibuang ke cerobong atau langsung di bypass melalui cerobong exhaust. Gas buangan yang dibuang oleh gas turbine tersebut bersuhu 500^oC. 

Gbr. Bagan proses di PLTG

Proses pembangkitan secara awal yaitu mempersatukan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai bahan pembakaran, terdapat 3 elemen yang dibutuhkan untuk menjadikan pembakaran yang dihasilkan sempurna yaitu terdapat udara, bahan bakar dan kemudian api. Maka pada bagan diatas bahan bakar dipompa dan disemprotkan secara bersama-sama beserta udara yang terlebih dahulu dihisap dari udara sekitar menggunkan tenaga starting motor crangking disaring melalui air filter dan dihembuskan melalui kompresor akan bertemu diruang pembakaran, dan elemen api dihasilkan dari percikan busi yang terdapat dalam ruang pembakaran. Ruang pembakaran disebut combustion system. 

Gbr. Proses terjadinya pembakaran

Kemudian uap yang dihasilkan akan memutar turbin yang telah dikopel terhadap generator singkron, pada PLTG itu sendiri disebut GTG (gas turbine generator). Pada PLTGU tambak lorok Semarang mempunyai 3 GTG dari 6 unit yang dimiliki. Setelah itu generator akan membangkitkan listrik 11 kV dan akan dinaikan teganganya oleh trafo menjadi 150 kV dan ditrasmisikan ke jaringan.

• PLTGU

Gbr. Proses PLTGU

Uap yang dihasilkan ketika terjadi open cycle adalah 500^oC hal ini mengindikasikan dari energi tersebut masih bisa dimanfaatkan, maka uap yang dihasilkan turbin uap pada proses open cycle tersebut tidak langsung dibuang melalui cerobong exhaust melainkan digunakan kembali dialirkan ke HRSG (heat recovery  steam generator) yang pada nantinya uap tersebut akan memasak air sehingga uap yang dihasilkan melalui pemasakan air tersebut akan memutar turbine yang telah dikopel dengan generator. Pada PLTGU itu sendiri disebut STG (steam turbine generator). Pada PLTGU tambak lorok mempunya 1 STG dari 6 unit yang dimiliki, sama seperti pada saat digunakan open cycle energi listrik yang dihasilkan pada nantinya akan ditrasmisikan ke jaringan. Namun dalam menambah keefisiensianya uap yang dihasilkan turbin pada proses PLTGU akan diarahkan ke kondensator untuk diembunkan dan nantinya akan menghasilkan air dengan kadar elektrolit yang rendah, lalu air tersebut akan dialirkan ke daerator, di daerator air tersebut akan dihilangkan kadar oksigenya atau gas-gas terlarut lainnya, karena oksigen dan gas-gas terlarut lainya akan menimbulkan korosi pada pipa-pipa. Kemudian dari daerator air kan di tampung feed water pump dan kemudian air tersebut akan dialirkan ke pipa-pipa air HRSG kembali. Ini yang dinamakan proses close cycle. Daya keluaran PLTGU tambak lorok Semarang pada tiap GTG dan STG ialah 100 MW.

• Komponen-komponen pada PLTGU

Secara garis besar komponen yang terdapat pada PLTGU adalah sebagai berikut :

A.       Alat Bantu pada Boiler

Boiler atau ketel uap adalah suatu alat yang digunakan untuk memproduksi uap dengan tekanan dan temperature tertentu.Uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan turbin uap sehingga dari turbin uap tersebut akan didapatkan energi mekanis. Selanjutnya, energi mekanis ini akan diubah menjadi energi listrik didalam generator .Adapun boiler sendiri mempunyai alat-alat bantu seperti berikut :

1.      Economizer

      Economizer adalah alat yang digunakan untuk memanaskan air pengisi ketel dengan media pemanas energi kalor yang terkandung didalam gas bekas. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan air pengisi ketel yang suhunya tidak jauh berbeda dengan air yang terdapat pada boiler drum, serta untuk menaikkan efisiensi boiler.

2.       Drum Uap / Steam Drum

      Steam drum adalah alat yang digunakan untuk memisahkan bagian air, uap basah dan uap kering karena didalam boiler terjadi pemanasan bertingkat. Setiap unit boiler dilengkapi oleh sebuah steam drum dan dipasang pada bagian atas dari boiler.

3.       Super Heater.

      Uap yang dihasilkan boiler drum ada yang masih berupa uap basah , dan untuk mendapatkan uap yang betul-betul kering. Uap basah yang berasal dari boiler drum perlu dipanaskan lagi pada super heater sehingga uap kering yang dihasilkkan naik ke steam drum dan memutar sudu – sudu turbin uap. Setiap boiler biasanya dilengkapi dengan dua buah super heater yaitu primary dan secondary super heater yang dipasang pada bagian atas dari ruang pembakarn (furnace).

4.       Desuper Heater

      Desuper Heater merupakan spray water yang digunakan untuk mengatur temperatur uap yang dialirkan ke turbin. Alat sudah dibuat sedemikian rupa sehingga bila temperatur uap melebihi ketentuan, maka desuper heater ini akan menyemprotkan air yang berasal dari discharge boiler feed pump sampai temperaturnya normal kembali.

5.       Soot Blower

      Soot Blower merupakan alat pembersih pipa di dalam boiler yang diakibatkan menempelnya sisa-sisa pembakaran, dengan media pembersih auxiliary steam.

6.      Boiler Feed Pump ( BFP )

      Boiler Feed Pump merupakan pompa pengisi air boiler. Pompa tersebut memompakan deaerator storage tank ke boiler.

B.       Alat-alat bantu pada Turbin

1.      Condensor

    Condensor dibuat dari sejumlah pipa-pipa kecil yang mana air laut sebagai media pendingin dapat mengalir melalui pipa-pipa tersebut. Sedangkan uap bekas yang keluar dari turbin akan memasuki sela-sela pipa kondensor sehingga terjadilah perpindahan panas dari uap ke air laut yang selanjutnya akan terjadi pengembunan dan kondensasi uap. Uap yang sudah berubah menjadi air didalam kondensor ditampung didalam hot well. Fungsi dari condensor adalah sebagai berikut :

a.       Menaikkan efisiensi turbin, karena dengan mengusahakan vacuum didalam kondensor uap bekas dari turbin akan segera dapat keluar dan tidak memberikan reaksi tekanan terhadap putaran turbin.

b.      Untuk mengembunkan uap bekas dari turbin dengan media pendingin air laut yang mengalir melalui pipa-pipa kecil didalam kondensor sehingga air kondensasi tersebut dapat dijadikan sebagai air pengisi ketel.

2.       Condensate Pump

    Setelah air kondensasi terkumpul pada hot well, maka air tersebut dipompakan oleh condensate pump ke daerator tank dengan melalui heater.

3.      Low Pressure Heater

   Alat ini berguna untuk memanaskan air condensate yang berasal dari hot well, sebelum dimasukkan ke daerator tank. Konstruksi pemanasan ini terdiri dari pipa-pipa air yang dilalui oleh air condensat dan pada bagian luarnya dipanasi dengan uap yang diambilkan dari extraction steam dari turbin.

4.      Auxiliary Cooling Water Pump

    Pompa ini berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin yang dibutuhkan untuk mendinginkan minyak pelumas dan gas hydrogen. Air pendingin yang disirkulasikan pleh pompa ini didinginkan lagi oleh air laut didalam auxillary cooling water heat exchanger.

5.       High Pressure Heater

     Alat ini berguna untuk memanaskan air pengisi ketel yang berasal dari deaerator storage tank, yang selanjutnya akan dikirim ke ketel lewat economizer. Konstruksi alat ini terdiri dari pipa-pipa air yang dilalui oleh air boiler feed dan bagian luarnya dipanasi dengan uap.

6.       Daerator

    Daerator adalah alat yang berfungsi untuk membuang O2 dan gas-gas lain yang terkandung dalam air kondensat, disamping itu juga berfungsi sebagai pemanas air kondensat. Alat ini dikonstruksikan dari tray-tray yang berlapis-lapis sehingga memungkinkan untuk membuat partikel-partikel air condensate yang dimasukkannya. Dengan adanya air kondensat yang sudah menjadi partikel-partikel tersebut serta adanya uap ekstraksi yang disemprotkan, maka akan memungkinkan O2 dan gas-gas lainnya yang terkandung didalamnya akan terlepas dan dibuang ke atmosfir.

7.      Air Ejector

     Air Ejector adalah suatu alat yang dikonstruksikan dari sebuah nozzle sehingga bilamana dialiri uap akan dapat menarik udara dan gas-gas yang tidak dapat mengembun didalam kondensor sehingga condensor akan menjadi vacuum. Dengan adanya kevakuman pada kondensor maka akan dapat menaikkan efisiensi dari turbin.

      Alat ini ada dua macam yaitu :

a.    Primming Ejector

Primming Ejector digunakan pada saat start up, kemudian bila kemampuannya sudah mencapai batas maka penarikan vacuum dilakukan oleh alat lain.

b.      Air Ejector

Air Ejector digunakan untuk menarik kevakuman setelah melalui alat  primming ejector.

Secara garis besar komponen yang terdapat pada PLTGU adalah sebagai berikut :

•    Cranking Motor
• Crangking Motor adalah motor yang digunakkan sebagai penggerak awal saat turbin belum menghasilkan tenaga penggerak generator ataupun compressor. Motor Crangking mendapatkan suplai listrik yang berasal dari jaringan tegangan tinggi 150 KV / 500 KV Jawa – Bali.
• Air Filter
• Air Filter merupakan filter yang berfungsi untuk menyaring udara bebas agar udara yang mengalir menuju ke compressor merupakan udara yang bersih.
•  Compressor
• Compressor sebagai penghisap udara luar, dengan terlebih dahulu melalui air filter. Compressor menghisap udara atmosfer dan menaikkan tekanannya menjadi beberapa kali lipat ( sampai 8 kali ) tekanan semula. Udara luar ini akan diubah menjadi udara atomizing untuk sebagian kecil pembakaran dan sebagian besar sebagai pendingin turbin.
• Combustion Chamber
• Combustion chamber ( ruang bakar ) adalah ruang yang dipakai sebagai tempat pembakaran bahan bakar ( solar ) dan udara atomizing. Gas panas yang dihasilkan dari proses pembakaran di combustion chamber digunakan sebagai penggerak turbin gas.
•  Gas Turbine
• Gas Turbine adalah turbin yang berputar dengan menggunakan energi Gas panas yang dihasilkan dari combustion chamber. Hasil putaran dari turbin inilah yang akan diubah oleh generator untuk menghasilkan listrik.
• Selector Valve
• Selector Valve merupakan valve yang berfungsi untuk mengatur gas buangan dari turbin gas, apakah akan dibuang langsung ke udara ataukah akan dialirkan menuju ke HRSG.
• GTG
• GTG (Gas Turbine Generator) berfungsi sebagai alat pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga putaran yang dihasilkan dari turbin gas. Pada PLTGU, satu buah generator ini menghasilkan daya 100 MW. PT. Indonesia Power Unit Bisnis pembangkitan Semarang memiliki 3 Gas Turbine generator dengan kapasitas masing-masing adalah 100 MW.
• Steam Turbine
• Steam Turbine ( Turbin Uap ) adalah turbin yang berputar dengan menggunakan energi uap. Uap ini diperoleh dari penguapan air yang berasal dari HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ).
• STG
• STG (Steam Turbine Generator) merupakan generator berfungsi sebagai alat pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga putaran yang diperoleh dari turbin uap. Tenaga penggeraknya berasal dari uap kering yang dihasilkan oleh HRSG dengan putaran 3000 RPM, berpendingin hidrogen dan tegangan keluar 11,5 KV. Pada PLTGU, satu buah generator ini menghasilkan daya kurang lebihnya sekitar 200 MW. PT. Indonesia Power Unit Bisnis pembangkitan Semarang memiliki 1 buah steam turbine generator untuk bagian PLTGU-nya.
• HRSG 
• HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ) UBP Semarang memiliki 2 blok Combine Cycle Power Plant dengan kapasitas masing-masing 1x 500 MW. Per bloknya terdiri dari 3 x 100 MW turbin gas dan 1 x 200 MW turbin uap yang merupakan combine cycle dari sisa gas buang dari GTG.100 ^oC tergantung dari load gas turbin dan ambien temperatur. HRSG ini didesain untuk beroperasi pada turbin gas dengan pembakaran natural gas dan destilate oil.± 514 ^oC (HSD) pada outlet flow gas ±Untuk masing-masing HRSG akan membangkitkan uap sebesar 194,29 ton/jam total flow, pada inlet flow gas

Sumber

1. Teknik tenaga listrik dasar - Prof.Dr.Ir.Hamzah Berahim,M.T.
2. Laporan PKL PLTGU tambak lorok Semarang
3. http://rahmanta13.wordpress.com/2011/10/13/proses-produksi-listrik-pada-pltgu/
4. http://www.docstoc.com/docs/76028744/Deaerator