Kereta Rel Listrik

Kereta Rel Listrik

Arwindra Rizqiawan

Saya rasa hampir semua yang berdomisili di Jabodetabek pasti pernah merasakan kereta rel listrik (KRL). Kereta rel listrik sebenarnya merupakan sarana transportasi komuter masal yang paling ampuh untuk mengurai masalah kemacetan di Jabodetabek. Terlepas dari perilaku para manusia penggunanya dan penyedia jasa layanan, sebenarnya sayang sekali kalau moda transportasi ini dibiarkan begitu saja malah cenderung terkesan kumuh, tidak nyaman, tidak aman. Akhirnya para penggunanya pun selalu berangkat dari “keterpaksaan” karena yang tersedia cuma itu untuk menjangkau tempat beraktifitasnya. Bagi yang suka tertarik dengan KRL, tulisan ini akan sedikit mengupas secara ringkas tentang kereta rel listrik dari sisi teknologinya

Beberapa rekan penulis di blog ini sudah memaparkan dengan sangat baik prinsip-prinsip dasar dari mesin elektrik dan rangkaian elektronika daya. KRL semata-mata adalah salah satu aplikasi langsung dari prinsip-prinsip tersebut. Sesuai dengan namanya, Kereta Rel Listrik, artinya untuk menggerakkan kereta ini diperlukan energi listrik sebagai sumber. Sangat mudah mengidentifikasi KRL, jalur KRL selalu memiliki saluran listrik di atasnya. Tentu saja berbeda dengan jalur kereta lintas jawa (KA. Argo, KA. Parahyangan, dsb) yang tidak memiliki saluran listrik diatasnya karena yang beroperasi di situ merupakan kereta rel diesel. Kalau diatas kereta terdapat saluran listrik, tentu saja akan heran kalau mendengar berita manusia mati tersengat listrik karena duduk di atap KRL (tanya kenapa..?).

Sumber dc atau sumber ac?

Dua macam sumber listrik ini bisa digunakan di KRL. Sumber dc yang umum dipakai biasanya 1500 Volt, sedangkan untuk kereta super cepat bisa memakai sumber ac hingga 25 kV. Untuk menyalurkan ke kereta yang berjalan digunakan piranti bernama pantograf. Tipe pantograf ada yang diamond-shaped atau single-arm, kedua tipe ini memiliki fungsi sama untuk mengalirkan listrik dari sumber diatas ke konverter kemudian diteruskan ke motor (Gambar 1) sehingga KRL berjalan.  Pantograf harus bisa kontak secara kontinyu dengan konduktor sumber tanpa cepat aus disamping pantograf harus aerodinamis karena dipakai di kecepatan yang relatif tinggi terus-menerus.

Gambar 1. Bagian KRL

Motor ac atau motor dc?

Pada awal perkembangan KRL, motor dc dominan digunakan karena mudah pengaturannya. Cara klasik pengaturan KRL motor dc adalah dengan membatasi tegangan yang masuk ke motor dc dengan menggunakan rheostat sehingga kecepatan motor dc dapat diatur. Efisiensi yang rendah akibat rheostat dan berkembangnya teknologi saklar statis (thyristor) mengakibatkan cara ini sudah tidak lagi dipakai. Sekarang ini untuk mengatur tegangan dc pada KRL motor dc digunakan konverter dc-dc atau sering disebut chopper dc (Gambar 2). Dengan konverter dc-dc pengaturan tegangan lebih mudah dan efisiensi lebih baik. Penggunaan konverter dc-dc dimulai pada KRL generasi tahun 1970. Pada motor dc, komutator, sikat dan cincin belah merupakan sesuatu yang harus ada, sayangnya banyak kejadian ground fault yang terjadi ketika komutator kontak dengan sikat pada kecepatan putar yang tinggi. Hal ini termasuk salah satu yang mendasari penggunaan motor ac pada KRL.

Gambar 2. Sistem penggerak motor dc

Kerugian tadi dan semakin berkembangnya teknologi saklar statis untuk rangkaian elektronika daya mengakibatkan KRL generasi selanjutnya lebih memanfaatkan motor ac daripada motor dc. Untuk menggerakkan motor ac pada KRL ditunjukkan pada Gambar 3. Apabila sumber yang digunakan berupa sumber dc maka pengaturan kecepatan menggunakan inverter VVVF (variable voltage, variable frequency) untuk mendapatkan tegangan ac tiga fasa yang bisa diubah-ubah tegangan sekaligus frekuensinya sehingga kecepatan motor ac dapat berubah-ubah (Gambar 3 atas). Pada kasus sumber yang dipakai adalah sumber ac satu fasa, diperlukan tambahan penyearah untuk mengubah sumber ac menjadi dc, kemudian baru diubah lagi menjadi tegangan tiga fasa menggunakan vvvf (Gambar 3 bawah). Mengapa tampak repot dengan konfigurasi ac-dc-ac padahal sumbernya ac dan motornya ac juga? Karena pada umumnya sumber ac yang dipakai merupakan sumber satu fasa sedangkan motor ac yang digunakan adalah motor tiga fasa, sampai saat ini konversi satu fasa ke tiga fasa langsung belum bisa.

Gambar 3. Sistem penggerak motor ac

Penggunaan motor ac pun terbagi menjadi dua macam, ada KRL yang menggunakan mesin ac asinkron dan ada juga yang menggunakan mesin ac sinkron. Contoh terkenal dari KRL yang menggunakan mesin ac sinkron adalah TGV di Perancis. Alasan penggunaan motor ac sinkron pada TGV adalah pada saat generasi TGV pertama rilis, dengan menggunakan mesin ac sinkron, komutasi dan pemadaman thyristor dapat dilakukan secara natural. Hal ini akan menghilangkan rangkaian tambahan untuk memadamkan thyristor (yang harus ada apabila motor yang dipakai adalah motor ac asinkron). Alasan lain adalah adanya peraturan berat maksimum dari boogie pada TGV. Teknologi KRL sekarang lebih banyak yang memanfaatkan mesin ac asinkron sebagai motor traksinya.

Terpusat atau terdistribusi?

Terdapat dua jenis KRL, terpusat (locomotive-hauled) atau terdistribusi (electric multiple unit/EMU). Kereta cepat di Eropa kebanyakan menganut sistem terpusat dengan hanya 1 gerbong yang memiliki sistem penggerak, seperti lokomotif pada kereta konvensional. Keuntungan dari sistem ini adalah biaya produksi yang lebih rendah karena hanya 1 gerbong saja yang berisi peralatan, disamping itu getaran dan kebisingan yang lebih rendah bagi para penumpang. Sebaliknya KRL yang banyak dipakai di Jepang menganut tipe terdistribusi, termasuk shinkansen (bullet train), sebagai gambaran 1 unit KRL biasanya terdiri dari 5 gerbong dimana 3 gerbong memilki sistem penggerak dan 2 gerbong tanpa penggerak.  Keuntungan sistem terdistibusi adalah penyebaran berat yang merata, peluang kegagalan yg lebih rendah karena penggerak yang tersebar, pengereman regeneratif, dsb. Pemilihan apakah sistem penggerak terpusat atau terdistribusi murni bebas, bahkan alasan geografis pun bisa dipakai, seperti sistem KRL di Jepang yang jarak antar stasiun berdekatan tentu saja sistem terdistribusi akan lebih baik karena akselerasi dan deselerasi dalam waktu singkat.

Konsumsi daya

Sebagai gambaran, TGV keluaran tahun 2005 menggunakan sistem ac 25 kV dapat mencapai kecepatan maksimum hingga 320 km/j, rating daya mencapai 9.6 MW. Shinkansen N700 16 gerbong keluaran 2007 (ac 25 kV) dapat mencapai kecepatan maksimum hingga 300 km/j dengan rating daya 17 MW (56 buah motor 305 kW).  Untuk KRL ringan seperti di jaringan Jabodetabek, Seri-7000 (10 gerbong) bekas dari Jepang misalnya menggunakan 24 motor masing-masing 165 kW sehingga total mencapai 3,9 MW pada 1500 V DC.

Sekilas memang KRL mengonsumsi energi yang sangat besar, namun menurut dengan jumlah daya tampungnya dan waktu tempuhnya, menurut saya masih lebih hemat daripada energi yang dibakar di kendaraan bermotor di Jakarta. Tentu saja pelayanan KRL sendiri juga harus diperbaiki, inter-koneksi antar-moda transportasi dan antar stasiun harus dibuat lebih nyaman dan aman. Dan tentu saja, perilaku kita sebagai penumpang di atas KRL. salam semboyan..

Refs.

• Hiroshi Hata, What Drives Electric Multiple Units? Japan Railway and Transport Review 17, Sept 1998.
• Gambar Pakuan Ekspress diambil dari wikipedia.com