Prospek Penggunaan Transmisi HVDC dengan Kabel Laut di Indonesia

Pendahuluan

Pusat-pusat pembangkit tenaga listrik terutama yang menggunakan tenaga air, biasanya terletak jauh dari pusat-pusat beban. Dengan demikian, tenaga listrik yang telah dibangkitkan harus disalurkan melalui saluran-saluran transmisi. Saluran-saluran ini membawa tenaga listrik dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban baik langsung maupun melalui gardu-gardu induk dan gardu-gardu rele. Saluran transmisi yang dapat digunakan adalah saluran udara atau saluran bawah tanah. Menurut jenis arus yang dapat dibangkitkan yaitu sistem arus bolak balik (AC atau alternating current) dan sistem arus searah (DC atau direct current).

Dengan memperhatikan kondisi negara Indonesia, luas wilayahnya sebagian besar adalah lautan. Lautan ini bukanlah suatu pemisah antara pulau yang satu dengan pulau lainnya, melainkan pulau dipandang sebagai penghubung antar pulau. Bertitik tolak dari uraian tersebut, maka seyogyanya para ahli perencanaan penyediaaan tenaga listrik di negera ini turut menyikapi akan penyatuan sistem ketenagalistrikan, dengan menerapkan transmisi dengan menggunakan kabel bawah laut. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem arus searah baru dianggap ekonomis bila panjang saluran udara lebih dari 640 km atau saluran bawah tanah lebih panjang dari 50 km.

Kabel Tenaga dan Sistem Transmisi HVDC
Untuk penyaluran tenaga listrik di bawah tanah digunakan kabel tenaga (power cable). Jenis kabel tenaga dapat diklasifikasikan atas :
a. Kelompok menurut kulit pelindungnya (armor)
b. Kelompok menurut konstruksinya
c. Kelompok menurut penggunaan, misalnya kabel saluran, kabel laut (submarine), kabel corong utama, kabel udara, dan kabel taruh.
Kabel taruh yang dimaksud adalah cara menaruh kabel yang meliputi :
• Cara menaruh langsung (direct laying)
• Sistem pita (duct line)
• Sistem terusan tertutup

Saluran transmisi dapat dikategorikan atas saluran udara (overhead line) dan saluran bawah tanah (under ground).

• Saluran Udara
Sebagaimana telah disebutkan bahwa pusat pembangkit umumnya jauh dari pusat-pusat beban. Apabila dimisalkan dibangun tidak persis di tepi pantai, yang mungkin di tengah hutan atau di kaki gunung dimana sumber energi itu berada, maka dengan demikian tetap dibutuhkan saluran udara yang selanjutnya dihubungkan dengan kabel laut.

Adapun sifat-sifat kawat logam adalah :
• Kawat tembaga tarik yang dipakai pada saluran transmisi karena konduktivitasnya tinggi, meskipun kuat tariknya tidak cukup untuk instalasi tertentu. Dibandingkan dengan kawat tembaga tarik, konduktivitas kawat Aluminium Cable Steel Reinforced (ACSR) lebih rendah, meskipun kekuatan mekanisnya lebih tinggi.
• Kawat tembaga campuran (alloy), konduktivitasnya lebih rendah dari kawat tembaga tarik, tetapi mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi.
• Kawat aluminium campuran (alloy), mempunyai kekuatan mekanis yang lebih tiggi dari aluminium murni sehingga dipakai untuk gawang (span) yang lebih besar.
• Kawat baja berlapis tembaga mempunyai kekutan mekanis yang besar, dan biasanya dipakai untuk gawang yang besar atau sebagai kawat tanah.
• Kawat baja berlapis aluminium mempunyai kekuatan mekanis yang besar, tetapi konduktivitasnya lebih kecil dibanding dengan yang berlapis tembaga meskipn ia lebih ringan.

• Saluran Bawah Laut
Kabel yang digunakan untuk transmisi HVDC pada umumnya mempunyai sifat yang sama dengan kabel tanah, namun dengan konstruksi yang berbeda.
Sebagai penghantar biasanya digunakan kawat tembaga berlilit (annealed stranded), dan sebagai kulit pelindung digunakan pita baja yang dapat ditaruh di dasar laut.

Survei Jalur dan Penetapan Panjang Kabel
Survei ini bertujuan untuk mendapatkan data-data kondisi laut dan jalur kabel yang sesuai. Lintasan yang dilalui kabel diusahakan yang pendek dan lurus, dasar laut tanpa lembah dan laut yang tidak terlalu dalam. Survei jalur kabel meliputi:
• Karakteristik permukaan dasar laut
• Kedalaman laut
• Pergerakan arus
• Arus pasang surut
• Pergeseran pasir dasar laut
• Data pendukung

Perbedaan antara panjang aktual dan panjang yang direncanakan disebut "panjang kabel slack".

Perbandingan Kapasitas Transmisi Daya pada Tegangan Tinggi DC dan AC
Apabila ada dua saluran transmisi yang dapat dibandingkan, satu adalah saluran transmisi ac dan yang lainnya adalah saluran transmisi dc. Dianggap bahwa isolator-isolator ac dan dc menahan tegangan puncak ke tanah yang sama sehingga tegangan Vd sama dengan 2 kali tegangan rms ac. Karena itu, serta data teknik lainnya sama, dapat dilihat bahwa daya dc perkonduktor adalah :
P(dc) = Vd.Id W/kond. ......................(1)

dan daya ac perkonduktor adalah :
P(ac) = VLN.IL.Cos W/kond. ..........(2)

Karena itu, rasio dari daya dc perkondukor terhadap daya ac perkonduktor (fasa), dapat dinyatakan sebagai :
........(3)
Jika Cos j = 0,945 maka :
W/kond...(4)
Selanjutnya kapasitas transmisi daya total saluran ac dan dc adalah :
Pdc = 2 Pdc W ..................................(5)
Pac = 3 Pac W..................................(6)
Karena itu rasionya dapat dituliskan :
.................................(7)
Jadi, dari studi memperlihatkan bahwa dari suatu saluran dc umumnya biasanya sekitar 33 % lebih kecil dari suatu saluran ac untuk kapasitas yang sama. Selanjutnya jika suatu saluran dc dua kutub dibandingkan dengan saluran ac 3 phasa rangkaian ganda, biaya saluran dc sekitar 45 % lebih kecil dari saluran ac. Biasanya keuntungan biaya saluran dc meningkat pada tegangan tinggi. Rugi daya karena gejala korona lebih kecil pada saluran dc dibanding saluran ac.
Daya reaktif yang dihasilkan dan diserap oleh suatu saluran transmisi ac tegangan tinggi dapat dinyatakan sebagai :
VAR/unit panjang...(8)
dan QL=XLI2=wL.I2VAR/unit panjang...(9)
Jika daya reaktif yang dibangkitkan dan diserap oleh saluran, sama
Qr=QL atau WC.V2=WL.I2 .............(10)
Terlihat bahwa pembebanan impedansi surja (beban alami) adalah merupakan fungsi dari tegangan, induktansi dan kapasitansi saluran tidak merupakan fungsi dari panjang saluran. Bagaimanapun, converter-converter pada kedua ujung saluran membutuhkan daya reaktif dari sistem ac. Kabel-kabel tanah yang digunakan untuk transmisi ac dapat juga digunakan untuk dc dan biasanya dapat menyalurkan daya dc yang lebih besar dari ac. Hal ini disebabkan karena tidak adanya arus pemuatan kapasitif dan pemanfaatan isolasi yang lebih baik serta pemakaian bahan dielektrik lebih sedikit.
Pekerjaan Instalasi Kabel Laut
Gaya tarik peletakan kabel ditentukan oleh kecepatan saat peletakan, berat kabel, gaya pecah dan arus pasang. Gaya tarik kabel (Ts) dapat diketahui dapat diketahui dengan menggunakan persamaan :
Ts = wh + To .................................(11)
Selama kabel diletakkan, "To" dikontrol pada nilai 500 - 1000 kg.
Beberapa jenis pekerjaan pada saat peletakan kabel meliputi :
1. Pemilihan vessel peletakan kabel, ditarik oleh beberapa tug boat.
2. Pekerjaan persiapan peletakan kabel
3. Penempatan kabel laut
4. Proteksi kabel laut
Ada beberapa penyebab kerusakan kabel laut, di antaranya oleh peralatan pancing, jangkar kapal, gigitan ikan, gesekan sirip ikan, dan lain-lain. Oleh karena itu kabel laut harus diproteksi terhadap kemungkinan terjadinya gangguan seperti yang disebutkan di atas. Ada beberapa cara yang telah dilakukan memproteksi ganggguan, di antaranya adalah :
a. Menimbun kabel laut di dasar laut, kedalaman penimbunan tergantung panjang mata peralatan pancing atau mata jangkar, biasanya (20 - 150)cm.
b. Proteksi dengan rantai pelindung atau jaring pelindung yang diikat pada kabel.
Pemilihan jalur yang tepat atau dengan pemberian tanda yang menyolok pada jalur lintasan kabel sangat membantu untuk menghindari kerusakan kabel oleh peralatan pancing dan jangkar kapal.
Analisis dan Pembahasan
Kemungkinan penggunaan transmisi HVDC kabel laut di Indonesia adalah yang melintasi selat Sunda, yang diambil dari interkoneksi jaringan listrik Jawa-Bali dan Sumatera. Bukit Asam adalah pusat tambang batu bara di Sumatera. Jaraknya sekitar 170 km dari Palembang, 350 km dari selat Sunda dan sekitar 450 km dari Jakarta. Berdasarkan data dari Departemen Pertambangan, diperoleh cadangan batu bara lebih dari 150 juta ton, sekitar 37 juta ton yang berada di permukaan (open pit mining) dan sekitar 117 juta ton dengan pertambangan di bawah permukaan tanah (underground mining).
Jarak antara pulau Sumatera dengan Jawa barat sangat dekat, hanya dibatasi oleh selat Sunda saja. Penggunaan kabel laut sekitar 30 km hingga 35 km tidak terlalu bermasalah. Katapang di Sumatera yang merupakan daerah perikanan cukup ideal tempat pengiriman daya listrik melalui kabel laut ke Merak Jawa barat dengan jarak sekitar 35 km.
Berdasarkan energi balance ternyata diperoleh bahwa lebih dari 50 % penggunaan energi di seluruh Jawa digunakan di Jawa barat, dan permintaan akan energi listrik meningkat terus seiring dengan pertumbuhan industri-industri baru.
Transmisi HVDC terdiri dari :
• Stasiun converter dipasang pada pusat pengirim di Bukit Asam
• Stasiun inverter dipasang pada sisi penerima akhir di Merak Jawa barat.
• Saluran transmisi udara sepanjang 360 km antara Bukit Asam dengan Katapang ujung Sumatera dengan arus searah (DC)
• Saluran kabel bawah laut menyeberangi selat Sunda antara Katapang dengan Merak sejauh 35 km.
Di samping itu beberapa lokasi lain di Indonesia yang memungkinkan untuk menggunakan transmisi HVDC dengan kabel laut antara lain :
• Palembang - Jakarta
• Banyumas - Gilimanuk
• Jawa Timur - Madura
• Bukit Asam - Katapang - Merak
• Bukit Asam - Katapang - Batam - Singapura
• Pulau Kalimantan - pulau Sulawesi
Pertimbangan Penggunaan Transmisi HVDC
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa dengan pertimbangan sumber energi di Bukit Asam, beban-beban di Jawa Barat serta jarak antara kedua daerah tersebut dan beberapa keadaan yang menguntungkan yang telah diterapkannya transmisis HVDC. Di beberapa negara seperti di Cross - Channel, Konti - Skandinavia, New Zealand (250kV) serta Sardinia - Italia Mainland (200 kV), dan lain-lain, maka kemungkinan besar HVDC ini bisa diterapkan antara Bukit Asam dengan Merak, dan beberapa daerah di Indonesia.
Pemilihan tegangan transmisi dapat dibuat dengan melihat pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
• Total daya yang dikirim
• Karakteristik dari sistem transmisi
• Tegangan tertinggi yang direkomendasikan untuk kabel laut.
Keuntungan-keuntungan Utama Transmisi DC
1. Jika biaya yang besar untuk stasiun-stasiun converter tidak diperhitungkan, saluran-saluran udara dan kabel dc lebih murah dari pada saluran-saluran udara dan kabel-kabel ac. Jarak impas keduanya adalah sekitar 500 mil untuk saluran udara, (15 - 30 ) mil untuk kabel bawah laut, (30 - 60) mil untuk kabel bawah tanah.
2. Kondisi rugi corona dan radio interferensi lebih baik pada saluran dc dibandingkan saluran ac.
3. Faktor daya saluran dc selalu sama dengan satu (1), dan karenanya tidak dibutuhkan konpensasi daya reaktif.
4. Karena tidak dibutuhkan operasi sinkron, maka panjang saluran tidak dibatasi oleh stabilitas, demikian juga daya dapat dikirim dengan kabel sampai pada jarak yang sangat jauh.
5. Rugi saluran dc lebih kecil daripada saluran ac untuk saluran yang sebanding.
Kerugian-kerugian Utama Transmisi DC
1. Converter menimbulkan arus dan tegangan harmonisa pada kedua sisi ac dan dc, karena itu dibutuhkan filter.
2. Converter menkomsumsi daya reaktif
3. Stasiun-stasiun converter masih relatif mahal
4. Circuit Breaker (CB) dc mempunyai kerugian-kerugian dibanding CB ac, sebab arus dc tidak menurun ke titik 0 dua kali setiap siklus seperti pada arus ac.
5. Tidak mudah menyadap daya pada titik sepanjang saluran dc, sehingga biasanya merupakan sistem poit to point yang menghubungkan suatu stasiun pembangkit besar ke suatu pusat konsumen daya yang besar, atau interkoneksi dua sistem ac yang terpisah.

Kesimpulan
Dari uraian sebelumnya maka dapat ditarik kesimpulan bahwa berdasarkan kondisi geografis negara Indonesia yang terdiri atas pulau-pulau, memungkinkan diterapkan transmisi dc dengan kabel laut. Hal ini diperkuat dengan suatu pertimbangan dari keuntungan-keuntungan yang dapat diperoleh dengan menggunakan sistem transmisi dc.
Referensi
1. Gonen, Turan, " electric Power Transmission System Engineering", John Wiley and Sons, California 1976.
2. Gonen, Turan,"Electric Power Distribution System Engineering", University of Missouri at Columbia, McGraw-Hill Book Company, New York - St. Louis - San Francisco - Auckland - Bogota - Hamburg - Johannesburg - London - Madrid - Mexico Montreal - New Delhi - Panama - Paris - Sao Paulo - Singapore - Sydney -Tokyo - Toronto, 1986.
3. Mohamed E. El - Hawary, "Electrical Power System, Design and Analysis", Technical University of Nova Scotia, The Institute of Electrical and Electronic Engineers, Inc., New York1983.
4. Kadir, A, "Energi sumber Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensi Ekonomi, Edisi Kedua, Universitas Indonesia Press, 19955 Jakarta.
5. Technology Transfer Institute - EPDC International - PLN Pusat, " Technical Forum on Direct Current Transmission", Jakarta 18 - 19 Oktober 1976.