BAB II JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK II.1. SISTEM

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


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,


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. Trafo Distribusi

20 kV

150 kV

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Daya

PMT150 kV

PMT20 kV

PMT20 kV

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial


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 lainlain). Pemutus tenaga

20 kV Pemutus tenaga 150 kV

PMT20 kV

20 kV

PMT20 kV

Trafo Daya Gardu Konsumen (khusus

Penyulang

Gambar 2.3 Konfigurasi Tie Line ( Hantaran Penghubung )


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. Trafo Distribusi

20 kV

150 kV

Sakelar Seksi Otomatis


PMT 20 kV

Trafo Daya

PMT 150 kV

Pemutus Beban

Trafo Distribusi

PMT 20 kV Sakelar Seksi Otomatis


Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

PMT 20 kV

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


(feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH). Trafo Distribusi

20 kV

PMT 20 kV

150 kV

Trafo Distribusi

Pemutus Beban

Trafo Daya Penyulang Langsung PMT 150 kV

Trafo Distribusi

PMT 20 kV

Trafo Distribusi PMT 20 kV

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


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.


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.


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.


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

S

= V . I Cos φ + j V . I Sin φ.............. (2.7)

( kVA )........................ (2.6)

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 :


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)


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


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


dioperasikan secara terpisah . Hal ini membuat DG tidak memerlukan saluransaluran 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).

DG

Sistem Transmisi

Beban

Beban

Beban

DG

Beban

Gambar 2.9 Sistem Distribusi dengan DG


BAB II JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK II.1. SISTEM

Recommend Documents