Mengira Kerugian Tenaga dalam Penghantaran
Dalam sistem elektrik, tidak semua tenaga elektrik yang dijana di loji janakuasa sampai kepada pelanggan. Sebahagian daripadanya "hilang" di sepanjang laluan dari loji janakuasa, pencawang, talian penghantaran dan rangkaian pengagihan. Kerugian ini dikenali sebagai kehilangan tenaga. Mengira kehilangan tenaga dalam penghantaran adalah penting untuk meningkatkan kecekapan, mengurangkan kos operasi, menentukan kapasiti peralatan dan mengekalkan kualiti dan kebolehpercayaan bekalan. Artikel ini membincangkan konsep, punca dan kaedah praktikal untuk mengira kehilangan tenaga dalam talian penghantaran.
1. Apakah kehilangan tenaga penghantaran?
Kehilangan tenaga penghantaran ialah perbezaan antara tenaga elektrik yang dihantar dari hujung penghantar dan tenaga yang diterima di hujung penerima sistem penghantaran . Secara ringkasnya:
Kehilangan tenaga = Tenaga dihantar – Tenaga diterima
Kerugian ini bukan sekadar angka perakaunan; ia sebenarnya ditukar kepada haba dalam konduktor, teras transformer, dan merupakan hasil daripada fenomena medan elektrik dan magnet. Pada peringkat sistem, kerugian biasanya dinyatakan dalam kWh untuk tenaga, atau kW/MW untuk kuasa pada beban tertentu. Peratusan kerugian juga sering digunakan:
Peratusan kerugian = (Kuasa kerugian / Kuasa penghantaran) × 100%
2. Punca utama kehilangan penghantaran
Kerugian penghantaran secara amnya dibahagikan kepada beberapa komponen:
a) Kehilangan kuprum (kerugian I²R)
Ini adalah yang paling dominan dalam saluran tersebut. Apabila arus mengalir melalui konduktor yang mempunyai rintangan, haba dijana dalam jumlah:
P\_rugi = I² × R
Apabila arus meningkat, kerugian juga meningkat secara kuadratik. Oleh itu, meningkatkan voltan penghantaran untuk kuasa yang sama akan mengurangkan arus, dan secara automatik mengurangkan kerugian.
b) Kerugian akibat kesan dan jarak kulit
Dihidupkan arus ulang-alik, arus cenderung mengalir merentasi permukaan konduktor. Ini meningkatkan rintangan berkesan berbanding rintangan DC. Dalam konduktor bersebelahan, taburan arus juga terjejas (kesan jarak). Kedua-duanya meningkatkan kehilangan I²R, terutamanya pada frekuensi sistem (50 Hz di Indonesia), walaupun kesannya lebih ketara dalam konduktor yang lebih besar.
c) Kehilangan korona
Korona berlaku apabila medan elektrik di sekeliling konduktor cukup kuat untuk mengionkan udara, menyebabkan bunyi desiran, gangguan radio dan kehilangan kuasa. Korona meningkat dengan voltan tinggi, permukaan konduktor kasar, cuaca lembap atau hujan. Kehilangan korona cenderung menjadi ketara. pada sistem EHV/UHV.
d) Kehilangan dielektrik dan kebocoran penebat
Penebat dan bahan Penebat mempunyai kehilangan dielektrik yang kecil. Di samping itu, terdapat arus kebocoran permukaan, terutamanya apabila penebat kotor atau basah. Nilai ini biasanya lebih kecil daripada kehilangan I²R, tetapi ia masih dikira dalam kajian terperinci.
e) Kerugian dalam peralatan berkaitan (transformer dan reaktor)
Walaupun bukan sekadar "talian", talian penghantaran secara praktikalnya sentiasa melibatkan pencawang dan transformer. Transformer mempunyai:
– Kehilangan tanpa beban (kerugian teras): agak malar terhadap beban.
– Kehilangan beban (kehilangan kuprum): bergantung pada arus/beban.
Jika objektif kajian adalah "kerugian penghantaran sistem" dari bas ke bas, kerugian transformer biasanya dimasukkan.
3. Data yang diperlukan untuk pengiraan
Untuk mengira kerugian penghantaran secara teknikal, data yang biasanya diperlukan ialah:
1. Beban/pengagihan atau kuasa P (MW) dan Q (MVAr) di hujung penerima/penghantar.
2. Voltan sistem (kV), jenis sistem 1 fasa/3 fasa.
3. Parameter saluran: rintangan R (Ω), reaktans X (Ω), dan jika perlu kapasitans/konduktans (model π).
4. Panjang talian (km) dan jenis konduktor untuk menentukan R setiap km.
5. Profil beban terhadap masa semasa mengira kehilangan tenaga harian/bulanan/tahunan.
4. Mengira kehilangan kuasa menggunakan pendekatan mudah
a) Sistem 3 fasa
Untuk talian 3 fasa, jumlah kehilangan kuasa kuprum:
Kerugian P = 3 × I² × Fasa R
Jika diketahui kuasa aktif yang dihantar dan faktor Kuasa:
– P = √3 × V\_LL × I × cos φ
Kemudian arus:
– I = P / (√3 × V\_LL × cos φ)
Setelah I diketahui, masukkannya ke dalam formula kerugian I²R.
Contoh ringkas:
Contohnya, penghantaran 150 kV, kuasa 50 MW, faktor kuasa 0,9, jumlah rintangan setiap fasa 2 Ω.
Semasa:
I = 50×10⁶ / (√3 × 150×10³ × 0,9) ≈ 214 A
Buat kerugian:
Kerugian P = 3 × 214² × 2 ≈ 275 kW
Ini menunjukkan bahawa kerugian adalah sangat sensitif terhadap arus (beban) dan jumlah rintangan talian.
b) Menggunakan parameter R setiap km
Jika R diketahui setiap km, contohnya 0,06 Ω/km setiap fasa, dan panjangnya ialah 80 km:
R\fasa = 0,06 × 80 = 4,8 Ω
Kemudian gunakan formula yang sama.
5. Kira kehilangan tenaga (kWh) daripada kehilangan kuasa (kW)
Kerugian kuasa (kW) berubah mengikut masa apabila beban berubah. Dengan mengandaikan kehilangan kuasa malar sepanjang selang masa tertentu:
Kerugian E = Kerugian P × t
Jika P\_loss = 275 kW selama 10 jam:
E\_kerugian = 275 × 10 = 2.750 kWj
Untuk pengiraan yang lebih realistik, gunakan data beban setiap jam (profil beban). Kira I sejam → P\_rugi sejam → jumlah keseluruhan jam:
Kerugian harian = Σ (Kerugian P,jam × 1 jam)
Oleh kerana P\_loss ∝ I², pengiraan berdasarkan arus purata tidak selalunya tepat. Adalah lebih baik untuk menggunakan data selang masa (cth., 15 minit atau 1 jam).
6. Pendekatan lanjutan: pengiraan kerugian melalui aliran kuasa (aliran beban)
Dalam rangkaian penghantaran berbilang bas, kerugian tidak mudah dikira menggunakan formula tunggal kerana arus dibahagikan merentasi berbilang talian dan voltan bas berbeza-beza. Kaedah yang biasa digunakan ialah kajian aliran kuasa menggunakan perisian (ETAP, DIgSILENT PowerFactory, PSS/E, OpenDSS atau pandapower).
Secara konseptual:
– Kehilangan kuasa pada talian boleh dikira daripada perbezaan kuasa kompleks di hujung penghantar dan penerima:
S\_rugi = S\_hantar – S\_terima
dengan P\_loss = Re(S\_loss) .
– Secara alternatif, daripada hasil aliran kuasa, arus saluran dan nilai R:
P\_rugi = 3 × |I|² × R.
Pendekatan ini juga membolehkan pengiraan kerugian transformer, kerugian shunt, serta kesan tetapan pili transformer dan pampasan reaktif.
7. Cara mengurangkan kehilangan penghantaran
Setelah kerugian dikira, langkah seterusnya ialah mitigasi. Beberapa strategi biasa termasuk:
1. Tingkatkan voltan penghantaran untuk mengurangkan arus (dan kehilangan I²R).
2. Menggunakan konduktor dengan keratan rentas atau pengikatan yang lebih besar untuk mengurangkan rintangan dan menyekat korona.
3. Pampasan kuasa reaktif (kapasitor, STATCOM, SVC) untuk mengurangkan arus reaktif dan meningkatkan faktor kuasa.
4. Pengoptimuman operasi rangkaian (penghantaran semula, tetapan paip, konfigurasi semula, pemilihan laluan).
5. Penyelenggaraan penebat dan konduktor untuk mengurangkan kebocoran dan masalah korona disebabkan oleh permukaan yang lemah.
8. Kesimpulannya
Mengira kehilangan tenaga dalam penghantaran merupakan langkah utama dalam meningkatkan kecekapan sistem kuasa. Kerugian terbesar biasanya datang daripada I²R, yang sangat dipengaruhi oleh arus dan rintangan talian, manakala kebocoran korona dan penebat boleh menjadi ketara pada voltan tinggi dan di bawah keadaan persekitaran tertentu. Pengiraan mudah boleh dilakukan menggunakan formula arus dan rintangan asas, manakala untuk rangkaian yang kompleks, analisis aliran kuasa diperlukan. Dengan memahami punca dan kaedah pengiraan, pengendali dan perancang sistem boleh menentukan tindakan yang sesuai untuk meminimumkan kerugian dan meningkatkan kebolehpercayaan pengagihan tenaga elektrik.
Jika anda mahu, saya boleh menyesuaikan artikel ini dengan konteks tertentu (cth. 70 kV/150 kV/500 kV), menambah jadual contoh pengiraan setiap jam atau memasukkan formula korona dan model π bagi garisan tersebut.
