Jaringan listrik

Skema umum sebuah jaringan listrik. Tegangan dan penggambaran jalur listrik ini umum dijumpai di Jerman dan sistem Eropa lainnya.

Jaringan listrik adalah sebuah jaringan terinterkoneksi yang berfungsi untuk mendistribusikan listrik dari pembangkit ke pengguna. Jaringan listrik terdiri atas :^[1]

• Pembangkit listrik, yang berfungsi memproduksi energi listrik
• Gardu listrik, yang berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik untuk ditransmisikan ke gardu lain, ataupun menurunkan tegangan listrik untuk didistribusikan ke pengguna.
• Saluran transmisi listrik, yang berfungsi membawa listrik dari pembangkit ke gardu listrik, maupun dari suatu gardu listrik ke gardu listrik lain.
• Saluran distribusi listrik, yang befungsi membawa listrik dari gardu ke pengguna.

Pembangkit listrik umumnya berlokasi di dekat sumber bahan bakar atau di dekat bendungan, dan sering berlokasi^{[oleh siapa?]} jauh dari permukiman penduduk. Energi listrik yang dihasilkan pembangkit kemudian dinaikkan tegangannya, dan dikirim ke gardu listrik melalui saluran transmisi.

Saluran transmisi kemudian akan membawa listrik dalam jarak jauh, bahkan antar negara, hingga mencapai gardu listrik.

Di gardu, tegangan listrik akan diturunkan dari tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. Kemudian listrik dikirim ke trafo-trafo distribusi di dekat pengguna dengan menggunakan penyulang. Setelah sampai di trafo distribusi, tegangan listrik kembali diturunkan dari tegangan distribusi menjadi tegangan rumah tangga.

Ukuran jaringan listrik dapat bervariasi, mulai dari hanya satu gedung, satu kota, satu provinsi, satu negara, antar negara, dan bahkan antar benua. Walaupun begitu, hingga 2016^[update] 1,4 miliar orang di seluruh dunia masih belum dapat dijangkau oleh listrik.^[2]

Jaringan listrik sangat rawan terhadap serangan ataupun sabotase, sehingga perlu adanya pengamanan jaringan listrik. Dengan makin banyaknya komputer yang digunakan untuk mengatur jaringan listrik, serangan siber juga mulai menjadi risiko keamanan.^[3] Resiko lainnya juga muncul dari makin kompleksnya sistem komputer yang diperlukan untuk mengatur jaringan listrik dengan proporsi energi terbarukan yang makin besar.^[4]

Sejarah

Pada awalnya, listrik dibangkitkan di dekat alat atau layanan yang membutuhkan. Pada dekade 1880-an, listrik bersaing dengan uap, hidraulis, dan terutama gas batubara. Gas batubara awalnya diproduksi hanya atas permintaan pengguna, namun kemudian berevolusi menjadi pabrik gasifikasi yang diuntungkan berkat ekonomi skala. Di dunia yang terindustrialisasi, kota-kota memiliki jaringan pipa gas, yang digunakan untuk penerangan. Namun lampu gas menghasilkan cahaya yang minim, panas yang terbuang, membuat ruangan panas dan berbau asap, serta menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida. Lampu gas juga dapat memicu kebakaran. Pada dekade ini, lampu listrik pun makin unggul dari lampu gas.

Perusahaan penyedia listrik mulai untung dengan ekonomi skala dan mulai beralih ke pembangkitan listrik, distribusi, dan manajemen jaringan listrik terpusat.^[5] Dengan adanya saluran listrik jarak jauh, gardu listrik pun dapat saling terhubung untuk menyeimbangkan beban dan meningkatkan faktor beban.

Di Britania Raya, Charles Merz, dari Merz & McLellan, membangun Pembangkit Listrik Neptune Bank di dekat Newcastle upon Tyne pada tahun 1901,^[6] dan pada tahun 1912 telah berkembang menjadi jaringan listrik terintegrasi terbesar di Eropa.^[7] Merz kemudian ditunjuk sebagai ketua pada sebuah komite parlemen dan penemuannya menghasilkan Laporan Williamson pada tahun 1918, dan kemudian menyusun Undang-Undang Pasokan Listrik pada tahun 1919. UU tersebut merupakan langkah pertama menuju jaringan listrik terintegrasi. UU Listrik yang kemudian disusun pada tahun 1926 pun menghasilkan pengaturan Jaringan Listrik Nasional di Britania Raya.^[8] Central Electricity Board kemudian menstandardisasi pasokan listrik nasional dan mendirikan jaringan listrik arus bolak-balik tersinkronisasi pertama, berjalan dengan 132 kilovolt dan 50 Hertz. Sistem ini mulai beroperasi di seluruh Britania Raya, dengan nama National Grid, pada tahun 1938.

Di Amerika Serikat pada dekade 1920-an, perusahaan listrik membentuk kerja sama operasi untuk membagi beban dan menyediakan cadangan. Pada tahun 1934, dengan adanya Undang-Undang Perusahaan Induk Utilitas Publik (Amerika Serikat), penyedia listrik diakui sebagai barang publik yang penting dan diberi batasan, aturan, dan pengawasan terhadap operasinya. Undang-Undang Kebijakan Energi 1992 kemudian juga mewajibkan pemilik saluran transmisi untuk memperbolehkan perusahaan pembangkit listrik untuk mengakses saluran miliknya^[5][9] dan mengarah pada restrukturisasi mengenai bagaimana industri listrik beroperasi dalam upaya untuk menciptakan persaingan di bidang pembangkitan listrik. Sehingga perusahaan listrik tidak harus dibangun sebagai sebuah monopoli vertikal, di mana pembangkitan, transmisi, dan distribusi listrik ditangani oleh satu perusahaan saja. Kini tiga tahap tersebut dapat dijalankan oleh beberapa perusahaan, dalam upaya menyediakan aksesibilitas yang adil terhadap jaringan transmisi bertegangan tinggi.^[10]:21 Undang-Undang Kebijakan Energi 2005 memperbolehkan adanya insentif dan jaminan kredit untuk pengembangan energi alternatif dan teknologi inovatif yang dapat mengurangi efek rumah kaca.

Di Prancis, elektrifikasi dimulai pada dekade 1900-an, dengan 700 komune pada tahun 1919, dan 36.528 pada tahun 1938. Pada saat yang sama, jaringan listrik yang berdekatan mulai saling terhubung, Paris pada tahun 1907 pada 12 kV, Pyrénées pada tahun 1923 pada 150 kV, dan akhrinya hampir semua wilayah saling terhubung pada tahun 1938 pada 220 kV. Pada tahun 1946, jaringan listrik ini merupakan yang terpadat di dunia. Pada tahun yang sama, pemerintah Prancis menasionalisasi industri listrik dan menggabungkannya dalam Électricité de France. Frekuensi listrik pun distandardisasi pada 50 Hz, dan jaringan 225 kV menggantikan 110 kV dan 120 kV. Pada tahun 1956, tegangan listrik distandardisasi pada 220 / 380 V, menggantikan 127/220 V. Selama dekade 1970-an, jaringan listrik 400 kV, standar Eropa yang baru, mulai diterapkan di Prancis

Fitur

Sebagian besar wide area synchronous grid di Eropa merupakan anggota dari Asosiasi European Network of Transmission System Operators for Electricity.

Jaringan transmisi Amerika Serikat terdiri atas sekitar 300,000 km (186 mi) jaringan listrik yang dioperasikan oleh sekitar 500 perusahaan. North American Electric Reliability Corporation (NERC) mengawasi semua perusahaan tersebut.

Interkoneksi arus listrik searah bertegangan tinggi di Eropa Barat - merah menandakan sudah terbangun , hijau menandakan sedang dibangun, dan biru menandakan sedang diajukan.

Jaringan transmisi listrik nasional di Jepang menggunakan frekuensi yang berbeda-beda.

Tegangan

Jaringan listrik dirancang untuk memasok tegangan pada amplitudo konstan. Hal ini harus tetap tercapai walaupun permintaan mengalami variasi, beban reaktif mengalami variasi, dan bahkan beban nonlinear, dengan listrik dibangkitkan, ditransmisikan, dan didistribusikan dengan alat yang tidak dapat diandalkan sepenuhnya.^[11] Jaringan listrik pun kerap menggunakan tap changer pada trafo di dekat pengguna untuk menyesuaikan tegangan listrik dan menjaganya sesuai dengan standar.

Topologi

Jaringan transmisi adalah sebuah jaringan yang kompleks dan terdiri atas jalur-jalur listrik yang redundan.

Diagram jaringan dari sebuah sistem transmisi listrik tegangan tinggi, menunjukkan interkoneksi antar tegangan listrik yang berbeda-beda. Diagram ini menggambarkan struktur kelistrikan^[12] dari jaringan tersebut, bukannya tata letak asli di dunia nyata.

Struktur, atau "topologi" dari sebuah jaringan listrik dapat sangat bervariasi, tergantung pada anggaran, kebutuhan, beban, dan karakter pembangkit. Tata letak sistem di dunia nyata sering harus menyesuaikan dengan lahan yang tersedia. Jaringan distribusi dibagi menjadi dua tipe, yakni radial dan jaringan.^[13]

Topologi paling sederhana untuk sistem distribusi atau transmisi adalah struktur radial. Struktur radial berbentuk mirip seperti pohon, dimana listrik dipasok dari pembangkit ke gardu listrik dan kemudian ke pengguna. Namun satu kegagalan pada struktur ini dapat merusak seluruh sistem.

Sebagian besar sistem transmisi menggunakan topologi jala yang lebih kompleks karena lebih handal. Mahalnya topologi ini membuat aplikasinya terbatas hanya pada sistem transmisi dan sistem distribusi tegangan menengah. Redundansi pada struktur ini membuat kegagalan dapat ditangani dengan cara mengalihkan jalur listrik, selagi pekerja memperbaiki kegagalannya.

Topologi lain yang juga digunakan adalah sistem topologi melingkar yang dapat ditemukan di Eropa, dan topologi cincin terikat.

Pada kota-kota di Amerika Utara, jaringan listrik cenderung mengikuti struktur radial klasik. Sebuah gardu listrik menerima listrik dari jaringan transmisi, kemudian tegangannya ditutunkan dengan trafo, dan kemudian dikirim ke bus untuk kemudian disalurkan ke pengguna melalui penyulang. Penyulang ini membawa listrik tiga fasa, dan umumnya berada di tepi jalan. Struktur mirip pohon ini berasal dari satu gardu listrik, namun atas alasan kehandalan, biasanya juga terdapat setidaknya satu jalur cadangan ke gardu listrik lain yang terdekat.

Permintaan

Permintaan, atau beban pada sebuah jaringan listrik adalah total tenaga listrik yang dipakai oleh pengguna.

Beban listrik dasar adalah beban minimum yang harus ditanggung oleh sistem secara terus-menerus, sementara beban listrik puncak adalah beban maksimum yang harus ditanggung oleh sistem pada jangka waktu tertentu. Dalam sejarahnya, beban dasar umumnya dipasok oleh pembangkit yang murah untuk dijalankan, karena harus berjalan terus-menerus. Sementara beban puncak biasanya dipasok oleh pembangkit listrik pemikul beban puncak yang dapat dinyalakan dan dinonaktifkan dengan cepat, sesuai kebutuhan.

Produksi

Jumlah energi listrik yang diproduksi oleh suatu pembangkit di dalam sistem biasanya diukur dalam gigawatt (GW). Total energi yang diproduksi merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari keluaran tenaga listrik, yang diukur dalam gigawatt hour (GWh).

Aturan

Artikel utama: Aturan jaringan listrik

Semua peralatan yang terhubung ke sistem wajib mematuhi aturan jaringan listrik yang berisi serangkaian spesifikasi teknis yang umumnya dibuat oleh operator jaringan. Aturan ini dibuat untuk menjamin stabilitas sistem, dan terutama untuk mengatur tindakan-tindakan yang harus dilakukan jika terjadi gangguan pada sistem.

Gangguan

Harmonisa

Harmonisa merupakan fenomena pembentukan gelombang dengan frekuensi tinggi pada jaringan listrik. Terjadinya harmonisa merupakan akibat dari keberadaan beban listrik yang non-linier pada jaringan listrik. Frekuensi yang dihasilkan oleh harmonisa merupakan perkalian dengan nilai bilangan bulat dari frekuensi yang normal. Harmonisa menimbulkan gangguan terhadap frekuensi pada arus listrik maupun tegangan listrik yang mengakibatkan terganggunya kualitas daya listrik. Bentuk gangguannya ialah pengubahan bentuk gelombang menjadi tidak sinusoidal secara alami. Selain itu, harmonisa menimbulkan frekuensi dengan kelipatan ordo ke-n yang menyertai frekuensi normalnya. Dampak dari harmonisa pada peralatan listrik ialah menimbulkan panas.^[14] Penyebab utama timbulnya harmonisa sebagai gangguan pada jaringan listrik adalah fenomena distorsi arus listrik ataupun distorsi tegangan listrik.^[15]

Referensi

Catatan kaki

1. Kaplan, S. M. (2009). Smart Grid. Electrical Power Transmission: Background and Policy Issues. The Capital.Net, Government Series. Pp. 1-42.
2. Overland, Indra (2016-04-01). "Energy: The missing link in globalization". Energy Research & Social Science. 14: 122–130. doi:10.1016/j.erss.2016.01.009. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-02-05. [...] if all countries in the world were to make do with their own resources, there would be even more energy poverty in the world than there is now. Currently, 1.4 billion people are not connected to an electricity grid [...] 
3. Douris, Constance. "As Cyber Threats To The Electric Grid Rise, Utilities And Regulators Seek Solutions". Forbes (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2018-09-27. 
4. Overland, Indra (2019-03-01). "The geopolitics of renewable energy: Debunking four emerging myths". Energy Research & Social Science. 49: 36–40. doi:10.1016/j.erss.2018.10.018. ISSN 2214-6296. 
5. Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
6. Mr Alan Shaw (29 September 2005). "Kelvin to Weir, and on to GB SYS 2005" (PDF). Royal Society of Edinburgh. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 4 March 2009. 
7. "Survey of Belford 1995". North Northumberland Online. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2016-04-12. Diakses tanggal 2019-08-24. 
8. "Lighting by electricity". The National Trust. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-06-29. 
9. Mazer, A. (2007). Electric Power Planning for Regulated and Deregulated Markets. John, Wiley, and Sons, Inc., Hoboken, NJ. 313pgs.
10. . (2001). Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) Power System and Analysis 5th Edition. Cengage Learning. Pg 10.
11. "Archived copy" (PDF). Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2018-05-08. Diakses tanggal 2017-08-28. 
12. Cuffe, Paul; Keane, Andrew (2017). "Visualizing the Electrical Structure of Power Systems". IEEE Systems Journal. 11 (3): 1810–1821. doi:10.1109/JSYST.2015.2427994. ISSN 1932-8184. 
13. Abdelhay A. Sallam & Om P. Malik (May 2011). Electric Distribution Systems. IEEE Computer Society Press. hlm. 21. ISBN 9780470276822. 
14. Aini dan Mar'i 2021, hlm. 2-3.
15. Aini dan Mar'i 2021, hlm. 12.

Daftar Pustaka

• Aini, Z., dan Mar'i, A. (2021). Desain Singel Tuned Filter terhadap Harmonisa pada Transformator Distribusi (PDF). Pekanbaru: Al-Mujtahadah Press. ISBN 978-602-5682-22-3.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)