Penjanaan, Penghantaran dan Pengagihan Tenaga Elektrik

1.0    PENGENALAN

Kehidupan manusia pada masa kini tidak dapat dipisahkan daripada penggunaan teknologi seperti peralatan elektrik dan elektronik. Kebanyakan aktiviti dan kehidupan harian tidak dapat dilaksanakan dengan lancar sekiranya berlaku gangguan bekalan elektrik. Fenomena ini membuktikan bahawa kewujudan tenaga elektrik adalah penting dan memberikan impak terhadap kemudahan dan keselesaan manusia dalam menjalankan kerja-kerja harian.

 Sektor industri juga memerlukan tenaga elektrik  bagi menghasilkan pengeluaran yang cekap, cepat dan berkesan.  Mesin-mesin dalam sektor ini biasanya memerlukan tenaga elektrik yang berkuasa tinggi.  Tenaga elektrik adalah merupakan sumber utama bagi penghasilan tenaga yang lain seperti tenaga bunyi, cahaya, haba, kinetik dan mekanik.

 Pembekalan tenaga elektrik kepada pengguna perlu melalui tiga peringkat penting iaitu penjanaan tenaga elektrik di stesen janakuasa, penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik kepada pengguna.  Tenaga elektrik dijana di stesen janakuasa dan ditingkatkan voltannya sebelum dihantar ke pencawang masuk utama di destinasi tertentu.  Voltan akan diturunkan terlebih dahulu kepada 415V/240V sebelum diagihkan kepada pengguna mengikut keperluan tertentu.

2.0    PENJANAAN TENAGA ELEKTRIK

Penjanaan merupakan proses pengeluaran tenaga elektrik yang terhasil daripada pemotongan fluks oleh pengalir gegelung yang terdapat pada sebuah penjana.  Terdapat dua jenis penjanaan iaitu penjanaan arus terus dan penjanaan arus ulang-alik. 

 Arus terus adalah arus yang mengalir dalam sebuah litar pada satu arah sahaja.   Ia mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.  Contohnya sel suria, bateri dan penjana arus terus. 

 Arus ulang-alik pula merupakan arus yang sentiasa berubah arah pengalirannya mengikut perubahan kutub sumber bekalan.  Arus ulang-alik dijana di stesen janakuasa. 

 Di Malaysia terdapat tiga jenis stesen janakuasa utama iaitu stesen janakuasa hidroelektrik, stesen janakuasa elektrik terma dan stesen janakuasa elektrik gas.  Keupayaan sesebuah stesen janakuasa menjana elektrik bergantung kepada penjana dan penggerak utamanya.  Voltan yang dihasilkan adalah antara 10.5kV hingga 11.0kV.  Walau bagaimanapun, untuk memudahkan penyelarasan nilai tersebut ditetapkan  pada kadar 11kV.

 Stesen janakuasa hidroelektrik menggunakan tenaga kinetik air untuk memutarkan turbin janakuasa.   Komponen utama di stesen janakuasa hidroelektrik ialah empangan (dam), tasik buatan (reservoir), pintu kawalan (control gate), salur getah (intake), pintu air (penstock), turbin (turbine), salur keluar (outflow), janakuasa (generator), pengubah (transformer), powerhouse dan talian penghantaran (power lines).  Rajah menunjukkan Stesen Janakuasa Hidroelektrik.

Rajah :  Stesen Janakuasa Hidroelektrik.

Sumber :  HBLS3203 Asas Elektrik dan Elektronik

2.1     EMPANGAN

Empangan dibina bagi menyimpan air untuk mendapatkan tekanan graviti bagi memusingkan turbin.  Struktur empangan yang dibina mempunyai ketebalan dibahagian dasar empangan bagi menahan daya tekanan air yang besar di dasar empangan.

2.2     TASIK BUATAN

Apabila empangan dibina maka wujud tasik buatan.  Air dari tasik buatan ini dinamakann tenaga keupayaan graviti.  Oleh kerana kedudukan aras tasik lebih tinggi maka tenaga keupayaan graviti ini berupaya memusingkan turbin janakuasa yang terletak di bahagian dasar empangan.  Tasik buatan terbesar di Malaysia ialah Tasik Kenyir yang menempatkan empangan kenyir.

2.3     PINTU KAWALAN SALUR MASUK

Pintu kawalan salur masuk terletak di bahagian empangan bertujuann mengawal kemasukan air.  Apabila pintu dibuka air akan masuk dengan menuju ke turbin janakuasa.

2.4     JANAKUASA

 Janakuasa terdiri daripada empat asas utama iaitu “shaft, excitor, rotor” dan “stator”.  Apabila turbin berpusing yang disebabkan oleh aliran air dari empangan, “excitor” akan menghantar arus elektrik ke “rotor”.   “Rotor” adalah elektromagnet sesiri yang besar yang berputar dalam gelungan dawai tembaga yang dinamakan “stator”.  Kesan dari pusingan rotor ini menyebabkan aruhan elektromagnet terhasil dan menghasilkan arus elektrik AU(ulang-alik).  Rajah menunjukkan Struktur Binaan Janakuasa Hidro AU.

Rajah :  Struktur Binaan Janakuasa Hidro AU

Sumber :  http://ga.water.usgs.gov/edu/hyhowworks.html

2.5     PENGUBAH (TRANSFORMER)

Transformer adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan voltan AU.  Terdapat dua jenis transformer iaitu transformer injak naik dan transformer injak turun.  Transformer injak naik adalah untuk meninggikan voltan AU yang dihasilkan oleh janakuasa hidroelektrik.   Seterusnya voltan AU yang tinggi dihantar keluar melalui talian penghantaran ke sistem Rangkaian Grid Nasional untuk diturunkan semula melalui transformer injak turun kepada voltan yang lebih rendah untuk diagihkan.

2.6     SALUR KELUAR

Secara keseluruhnnya  penghantaran tenaga elektrik terbina dari satu empangan yang dibina merentasi sungai untuk menyimpan air.  Empangan terletek di atas stesen janakuasa.  Air dari empangan mengalir turun ke stesen janakuasa dengan kelajuan tinggi.  Tenaga kinetik air memutarkan turbin penjana  dan elektrik dihasilkan.  Seterusnya air dari turbin dialirkan keluar melalui salur keluar ke sungai. Rajah menunjukkan stesen janakuasa hidroelektrik.  Rajah menunjukkan stesen janakuasa hidroelektrik.

 

Rajah :  Stesen janakuasa hidroelektrik

Sumber :  Sains PMR      

3.0    SISTEM PENGHANTARAN TENAGA ELEKTRIK

Sistem penghantaran merupakan proses penghantaran tenaga elektrik yang bermula dari penjana di stesen janakuasa hingga ke punca pencawang mmasuk utama bervoltan tinggi.  Sebelum melalui peringkat penghantaran, voltan 11kV daripada stesen janakuasa akan disalurkan transformer (pengubah) yang berfungsi sebagai menaikkan atau menurunkan voltan arus ulang-alik.  Transformer akan menaikkan voltan sehingga ke 132kV, 275kV, dan 500kV.  Tujuan menaikkan voltan penghantaran adalah untuk merendahkan arus yang mengalir melalui kabel penghantaran.  Ini akan memberi kesan yang baik kepada sistem penghantaran seperti pelepasan haba dalam kabel dapat dikurangkan, penggunaan saiz kabel yang lebih kecil dan susut voltan dalam kabel dapat dikurangkan. 

Bagi mengawal operasi penjanaan dan penghantaran tenaga elektrik di Semenanjung Malaysia, voltan talian penghantaran daripada setiap stesen janakuasa utama saling dirangkaikan antara satu dengan lain.  Rangkaian voltan transformer ini dinamakan Rangkaian Grd Nasional.  Jaringan talian ini dimiliki dan dikendalikan oleh Tenaga Nasional Berhad.

Oleh kerana voltan talian penghantaran sangat tinggi dan berbahaya, maka talian penghantaran dipasang pada ketinggian tertentu menggunakan menara pilon.  Rajah menunjukkan menara pilon.

Rajah :  Menara pilon

Sumber :  http://yasirtamizi.blogspot.com/2009/01/menara-penghantaran.html

4.0    SISTEM PENGAGIHAN TENAGA ELEKTRIK

Sistem pengagihan ialah proses pengagihan tenaga elektrik daripada pencawang masuk utama ke beban pengguna.   Di stesen penjana elektrik biasanya menjanakan arus ulang-alik voltan 11kV.  Untuk mengurangkan kehilangan tenaga semasa penghantaran, voltan harus dinaikkan sehingga 132kV, 274kV dan 500kV yang dilakukan oleh transformer injak naik. 

Di pencawang utama, voltan diturunkan sehingga  ke nilai 33kV atau 11kV oleh transformer injak turun sebelum diagihkan kepada pencawang bahagian.  Voltan di pencawang bahagian diturunkan lagi dengan menggunakan transformer injak turun sehingga 415V untuk kegunaan industri dan 240V untuk kegunaan rumah kediaman. 

Pengagihan voltan bekalan ke punca pengguna dilakukan dengan menggunakan kabel bawah tanah dan talian atas.  Voltan 415V dikenali sebagai voltan bekalan 3 fasa manakala voltan 240V dikenali sebagai voltan bekalan 1 fasa.  Rajah menunjukkan sistem pengagihan bekalan 1 fasa dan 3 fasa.

Rajah :  Sistem pengagihan bekalan 1 fasa dan 3 fasa

Sumber :  Pengajian Kejuruteraan Elektrik dan Elektronik Tingkatan 4

 5.0    PEMBEKALAN TENAGA ELEKTRIK

 Di Malaysia,  organisasi yang memainkan peranan penting dalam pembekalan tenaga elektrik adalah Tenaga Nasional Berhad (TNB).  TNB menjana 62% keperluan tenaga elektrik di Semenanjung  Malaysia yang meliputi 7500MW, (Ka Kui & Mohd Noh, 2011).  Rajah menunjukkan urutan bagi sistem penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik secara keseluruhan.

 

Rajah :  Sistem penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik

Sumber :  http://ms.wikipedia.org/wiki/Tenaga_Nasional_Berhad

6.0    RUMUSAN

Bekalan tenaga elektrik penting dalam kehidupan seharian manusia.  Proses penjanaan, penghantaran dan pengagihan serta pembekalan tenaga elektrik telah memberikan kemudahan dan keselesaan hidup manusia.   Stesen janakuasa telah menjana tenaga elektrik yang kemudiannya dihantar dan diagihkan kepada pengguna di Malaysia.  Dalam proses penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik terdapat beberapa komponen yang terlibat yang bermula dari stesen janakuasa, stesen transformer, zon suis, Rangkaian Grid Nasional, pencawang utama dan pencawang bahagian seterusnya tenaga elektrik disalurkan ke kawasan industri dan rumah kediaman.  Di Malaysia, organisasi yang membekalkan tenaga elektrik dikendalikan sepenuhnya oleh Tenaga Nasional Berhad.