Upload
lydien
View
233
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
BAB II
JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK
II.1. Sistem Tenaga Listrik
Struktur tenaga listrik atau sistem tenaga listrik sangat besar dan kompleks
karena terdiri atas komponen peralatan atau mesin listrik seperti generator,
transformator, beban dan alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling
dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan,
menyalurkan, dan menggunakan energi listrik.
Namun secara mendasar sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan atas 3
bagian utama yaitu :
1. Sistem Pembangkitan
Pusat pembangkit tenaga listrik (electric power station) biasanya terletak
jauh dari pusat-pusat beban dimana energi listrik digunakan.
2. Sistem Transmisi
Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik yang jauh
disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transmisi menuju gardu induk
(GI).
3. Sistem Distribusi
Energi listrik dari gardu-gardu induk akan disalurkan oleh sistem distribusi
sampai kepada konsumen.
Ketiga bagian utama (pembangkitan, transmisi, dan distribusi) tersebut
menjadi bagian penting dan harus saling mendukung untuk mencapai tujuan
utama sistem tenaga listrik yaitu penyaluran energy listrik kepada konsumen.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam Penyaluran Tenaga Listrik
Sebuah sistem tenaga listrik yang baik harus mencakup :
1. Biaya pembangkitan yang minimal.
2. Dapat memenuhi kebutuhan energi konsumen.
3. Menghasilkan energi listrik yang berkualitas dan andal.
II.2. Komponen Jaringan Distribusi Tenaga Listrik
Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga
listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar
(seperti gardu transmisi) dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum yang
termasuk ke dalam sistem distribusi antara lain, :
1. Gardu Induk ( GI )
2. Jaringan Distribusi Primer
3. Gardu Distribusi (Transformator)
4. Jaringan Distribusi Sekunder
Universitas Sumatera Utara
II.2.1 Gardu Induk (GI)
Pada bagian ini jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara
langsung, maka bagian pertama dari sistem distribusi tenaga listrik adalah Pusat
Pembangkit Tenaga Listrik dan umumnya terletak di pingiran kota. Untuk
menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat beban (konsumen) dilakukan dengan
jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder.
Jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara tak langsung,
maka bagian pertama dari sistem pendistribusian tenaga listrik adalah Gardu
Induk yang berfungsi menurunkan tegangan dari jaringan transmisi dan
menyalurkan tenaga listrik melalui jaringan distribusi primer.
II.2.2 Jaringan Distribusi Primer
Jaringan distribusi primer merupakan awal penyaluran tenaga listrik dari
Gardu Induk ( GI ) ke konsumen untuk sistem pendistribusian langsung.
Sedangkan untuk sistem pendistribusian tak langsung merupakan tahap berikutnya
dari jaringan transmisi dalam upaya menyalurkan tenaga listrik ke konsumen.
Jaringan distribusi primer atau jaringan distribusi tegangan menengah memiliki
tegangan sistem sebesar 20 kV. Untuk wilayah kota tegangan diatas 20 kV tidak
diperkenankan, mengingat pada tegangan 30 kV akan terjadi gejala-gejala korona
yang dapat mengganggu frekuensi radio, TV, telekomunikasi, dan telepon.
Sifat pelayanan sistem distribusi sangat luas dan kompleks, karena
konsumen yang harus dilayani mempunyai lokasi dan karakteristik yang berbeda.
Sistem distribusi harus dapat melayani konsumen yang terkonsentrasi di kota,
Universitas Sumatera Utara
PMT150 kV PMT20 kV
150 kV 20 kV
Trafo Daya
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
PMT20 kV
pinggiran kota dan konsumen di daerah terpencil. Sedangkan dari
karakteristiknya, terdapat konsumen perumahan dan konsumen dunia industri.
Sistem konstruksi saluran distribusi terdiri dari saluran udara dan saluran bawah
tanah. Pemilihan konstruksi tersebut didasarkan pada pertimbangan sebagai
berikut: alasan teknis yaitu berupa persyaratan teknis, alasan ekonomis, alasan
estetika dan alasan pelayanan yaitu kontinuitas pelayanan sesuai jenis konsumen.
Pada jaringan distribusi primer terdapat 4 jenis dasar yaitu :
1. Sistem radial
2. Sistem hantaran penghubung (tie line)
3. Sistem loop
4. Sistem spindel
II.2.2.1 Sistem Radial
Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah sistem
distribusi yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa
penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.
Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial
Universitas Sumatera Utara
Penyulang
20 kV 20 kV
PMT20 kV PMT20 kV
Pemutus tenaga
Pemutus tenaga
Trafo Daya
Gardu Konsumen (khusus
150 kV
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk
konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen
dipasang. Bisa dalam bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari
sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem
yang lain.
Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem
lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama
yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami
gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu
tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan
jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.
II.2.2.2 Sistem Hantaran Penghubung ( Tie Line )
Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.3. umumnya digunakan untuk
pelanggan penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain-
lain).
Gambar 2.3 Konfigurasi Tie Line ( Hantaran Penghubung )
Universitas Sumatera Utara
PMT 150 kV
Trafo Daya
150 kV
PMT 20 kV
20 kV
PMT 20 kV
Sakelar Seksi Otomatis
Trafo Distribusi
PMT 20 kV
Sakelar Seksi Otomatis
Sakelar Seksi Otomatis
Sakelar Seksi Otomatis
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Pemutus Beban
Trafo Distribusi
Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan
Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, dan setiap
penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu
penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke
penyulang lain.
II.2.2.3 Sistem Loop
Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti
Gambar 2.4. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga
dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.
Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Loop
II.2.2.4 Sistem Spindel
Sistem Spindel seperti pada Gambar 5. adalah suatu pola kombinasi
jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang
Universitas Sumatera Utara
PMT 150 kV
Trafo Daya
150 kV
PMT 20 kV
20 kV
PMT 20 kV
PMT 20 kV
Pemutus Beban
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Penyulang Langsung
(feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut
berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH).
Gambar 2.5 Konfigurasi Sistem Spindel
Pada sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif
dan sebuah penyulang cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu
hubung. Pola spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah
(JTM) yang menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah
(SKTM).
Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel berfungsi sebagai sistem
radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang
berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen
tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM).
II.2.3 Gardu Distribusi atau Trafo Distribusi
Universitas Sumatera Utara
Gardu distribusi ( Trafo distribusi ) berfungsi merubah tegangan listrik
dari jaringan distribusi primer menjadi tegangan terpakai yang digunakan untuk
konsumen dan disebut sebagai jaringan distribusi sekunder.
Gambar 2.6. Gardu distribusi jenis tiang
Kapasitas transformator yang digunakan pada transformator distribusi ini
tergantung pada jumlah beban yang akan dilayani dan luas daerah pelayanan
beban. Gardu distribusi ( trafo distribusi ) dapat berupa transformator satu fasa
dan juga berupa transformator tiga fasa.
II.2.4 Jaringan Distribusi Sekunder
Jaringan distribusi sekunder atau jaringan distribusi tegangan rendah
merupakan jaringan tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen.
Oleh karena itu besarnya tegangan untuk jaringan distribusi sekunder ini adalah
130/230 V dan 130/400 V untuk sistem lama, atau 380/220 V untuk sistem baru.
Universitas Sumatera Utara
Tegangan 130 V dan 220 V merupakan tegangan antara fasa dengan
netral, sedangkan tegangan 400 atau 380 V merupakan tegangan fasa dengan fasa
Gambar 2.7. Jaringan distribusi sekunder 380/220 V
II.3 Tegangan Distribusi
Tegangan untuk jaringan distribusi dapat dibagi menjadi beberapa jenis,
antara lain :
II.3.1. Tegangan Menengah (TM)
Tegangan menengah adalah tegangan dengan rentang 1 kV sampai dengan
30 kV. Untuk negara Indonesia menggunakan tegangan menengah sebesar 20 kV.
Tegangan menengah dipakai untuk penyaluran energi listrik dari GI menuju
gardu-gardu distribusi atau langsung menuju pelanggan tegangan menengah.
Universitas Sumatera Utara
II.3.2. Tegangan Rendah (TR)
Tegangan rendah adalah tegangan dengan nilai di bawah 1 kV yang
digunakan untuk penyaluran daya dari gardu distribusi menuju pelanggan
tegangan rendah. Penyalurannya dilakukan dengan menggunakan sistem tiga fasa
empat kawat yang dilengkapi netral. Indonesia sendiri menggunakan tegangan
rendah 380/220 V dimana tegangan 380 V merupakan besar tegangan antar fasa
dan tegangan 220 V merupakan tegangan fasa-netral.
II.4. Penyusutan Energi pada Jaringan Distribusi
Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali mengalami
rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan
juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut
memberi pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang
dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan
menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik pada sisi konsumen.
Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi
pengelola energi listrik.
Daya total (kVA) yang dikirimkan dalam jaringan distribusi terdiri dari
daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVar). Daya aktif adalah daya listrik yang dapat
diubah ke bentuk energi yang lain seperti cahaya dan lain-lain. Daya reaktif
adalah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet.
Diagram vektor hubungan antara daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan
pada Gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Diagram Vektor Daya
Dari gambar tersebut dapat kita peroleh :
kVA2 = kW2 + kVar2..........................................................(2.1)
kW = kVA Cos φ..............................................................(2.2)
kVar = kVA Sin φ...............................................................(2.3)
Daya listrik pada sistem 3 fasa dapat dirumuskan sebagai berikut :
Daya aktif ( P ) = V . I Cos φ ( kW)............................(2.4)
Daya reaktif ( Q ) = V . I Sin φ ( kVar )........................ (2.5)
Daya total ( S ) = P + jQ ( kVA )........................ (2.6)
S = V . I Cos φ + j V . I Sin φ.............. (2.7)
II.4.1 Rugi –Rugi Saluran
Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar
tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi panas karena pada penghantar
tersebut terdapat resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat pada ujung saluran
distribusi primer dirumuskan sebagai berikut :
V = I ( R cos φ + X sin φ ) L ........................ (2.8)
P = 3 I2 x R x L ........................................... (2.9)
Sedangkan jika beban terdistribusi di sepanjang saluran distribusi primer,
maka rugi-rugi energi yang timbul adalah :
Universitas Sumatera Utara
V = (I/2)2 I ( R cos φ + X sin φ ) L............... (2.10)
P = 3 ( I/2) 2 x R x L ................................... (2.11)
dimana I = Arus yang mengalir per fasa (Ampere)
R = Resistansi saluran per fasa (Ohm/km)
X = Reaktansi saluran per fasa (Ohm/km)
Cos φ = Faktor daya beban
L = Panjang saluran (km)
Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi
merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu
sistem tenaga listrik karena dapat memperkecil rugi-rugi daya.
II.4.2 Rugi – Rugi Transformator
Dalam unjuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan.
Rugi - rugi tersebut adalah :
1. Rugi-rugi Tembaga
Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya
tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga pada bagian kumparan trafo,
baik pada bagian primer maupun sekunder. Rugi-rugi tembaga dirumuskan
sebagai berikut :
Pcu = I2 R ................................................................ (2.12)
dimana I = arus yang mengalir (Ampere)
R = resistansi pada kumparan primer atau sekunder (ohm)
Universitas Sumatera Utara
2. Eddy Current (Arus Eddy)
Rugi-rugi arus eddy merupakan rugi-rugi panas yang terjadi pada bagian
inti trafo. Perubahan fluks yang dihasilkan tegangan induksi pada inti trafo
(besi) menyebabkan arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan
mengalir pada bagian inti trafo dan akan mendisipasikan energi ke dalam
inti besi trafo yang kemudian menimbulkan panas. Rugi-rugi arus eddy
dapat dirumuskan sebagai berikut :
Pe = Ke . f2. BM2 ..................................................... ( 2.13)
dimana Ke = konstanta arus eddy, tergantung pada volume inti
f = frekuensi jala-jala (Hz)
BM = kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)
3. Rugi-rugi Hysterisis
Rugi-rugi hysterisis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan
pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan
daerah magnetik tersebut dibutuhkan energi. Akibatnya akan
menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi
tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.
Ph = Kh . f2. BM2 ..................................................... ( 2.14)
dimana Kh = konstanta histerysis, tergantung pada bahan inti
f = frekuensi jala-jala (Hz)
BM = kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)
2.5 Keandalan Sistem Distribusi
Universitas Sumatera Utara
Fungsi jaringan distribusi ialah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga
listrik dari gardu induk distribusi (distribution substation) kepada pelanggan
listrik dengan mutu pelayanan yang memadai. Salah satu unsur dari mutu
pelayanan adalah kontinuitas pelayanan yang tergantung pada topologi dan
konstruksi jaringan serta peralatan tegangan menengah. Masalah utama dalam
menjalankan fungsi jaringan distribusi tersebut adalah mengatasi gangguan
dengan cepat mengingat gangguan yang terbanyak dalam sistem tenaga listrik
terdapat dalam jaringan distribusi, khususnya jaringan tegangan menengah 20 KV.
Istilah keandalan jaringan distribusi menggambarkan keamanan jaringan
distribusi dalam menghindarkan atau meminimalisasi gangguan-gangguan yang
menyebabkan pemadaman jaringan distribusi. Penyebab gangguan- gangguan
pada jaringan distribusi khususnya jaringan tengangan menengah 20 KV adalah
1. Gangguan akibat alam (petir, angin, hujan)
2. Gangguan peralatan (hubung singkat atau human error)
Keandalan adalah penampilan unjuk kerja suatu peralatan atau sistem
sesuai dengan fungsinya dalam periode waktu dan kondisi operasi tertentu.
2.6 Usaha Peningkatan Kualitas Sistem Distribusi dengan Distributed
Generation (DG)
Sistem tenaga listrik konvensional membangkitkan listrik dengan skala
besar (>100 MW) dan terletak jauh dari pusat beban sehingga memerlukan
saluran tenaga listrik yang panjang. Distributed Generation dapat didefenisikan
sebagai sistem pembangkitan skala kecil (< 10 MW) yang diletakkan dekat
dengan pusat beban dan dapat diinterkoneksikan dengan jaringan distribusi atau
Universitas Sumatera Utara
Beban
Beban
Beban
Beban
DG
Sistem Transmisi
DG
dioperasikan secara terpisah . Hal ini membuat DG tidak memerlukan saluran-
saluran transmisi yang panjang dan gardu induk -gardu induk berkapasitas besar
sehingga dapat mencegah pengeluaran modal investasi untuk pembangunan dan
pemeliharaan saluran transmisi dan gardu induk tersebut. Selain dapat mencegah
rugi-rugi di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk (GI), maka
kemungkinan terjadinya gangguan di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk
tersebut dapat ditiadakan sehingga dapat meningkatkan pelayanan jaringan tenaga
listrik. Disamping itu, pembangunan DG memerlukan waktu yang relatif lebih
singkat apabila dibandingkan dengan waktu yang diperlukan membangun
pembangkit listrik konvensional (seperti PLTU atau PLTA).
Gambar 2.9 Sistem Distribusi dengan DG
Universitas Sumatera Utara