BAB II SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

Transkripsi

1 BAB II SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK Awalnya energi listrik dibangkitkan di pusat-pusat pembangkit listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTP dan PLTD dengan tegangan menengah kv. Umumnya pusat pembangkit tenaga listrik jauh dari pelanggan tenaga listrik. Untuk mentransmisikan tenaga listrik diperlukan penggunaan tegangan yang lebih tinggi yaitu Saluran Tegangan Tinggi 150/70 kv (STT) atau Saluran Tegangan Ekstra Tinggi 500 kv (STET). Dengan menggunakan transformator step up akan diperoleh tegangan yang lebih tinggi. Adapun alasan pemakaian tegangan tinggi adalah untuk efisiensi yaitu: pemakaian penampang penghantar menjadi efisien karena arus yang mengalir menjadi lebih kecil. Jika saluran transmisi sudah dekat dengan pengguna tenaga listrik yang merupakan suatu daerah industri atau kota, tegangan pada gardu induk distribusi diturunkan kembali menjadi tegangan menengah (TM) 20kV. Gardu Induk merupakan Pusat Beban yang berfungsi melayani suatu tempat tertentu yang mana bebannya berubah-ubah sehingga daya yang dibangkitkan di pusat-pusat pembangkit listrik selalu berubah. Proses perubahan ini dikoordinasikan dengan Pusat Pengaturan Beban (P3B). Tegangan menengah dari gardu induk disalurkan melalui distribusi primer ke gardu distribusi (GD) atau pemakai tegangan

2 menengah. Tegangan menengah (TM) di sisi primer diturunkan menjadi tegangan rendah (TR) 220/380V melalui gardu distribusi (GD). Tegangan rendah dari gardu distribusi disalurkan ke pelanggan tegangan rendah. Jaringan transmisi dan jaringan distribusi berfungsi menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit hingga ke pusat-pusat beban. Sistem jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua yaitu distribusi primer dan distribusi sekunder. Umumnya pada jaringan distribusi primer tegangan kerjanya adalah 20 KV sedangkan tegangan kerja jaringan distribusi sekunder adalah 380/220 V dan ini merupakan perbedaan kedua sistem. Gambar 2.1 Tipikal jaringan distribusi 2.1 Distribusi Primer Sistem distribusi primer berfungsi untuk menyalurkan energi listrik dari gardu distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini berupa kabel udara, saluran udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Ada bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer.

3 2.1.1 Jaringan Distribusi Radial Tipe jaringan yang terdapat satu saluran antara titik sumber dan titik bebannya. Jaringan ini merupakan bentuk dasar, paling sederhana dan paling banyak digunakan. Dinamakan radial karena daya saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik sumber jaringan itu kemudian dibagi dalam bentuk cabang ke setiap titik beban. Akibat pencabangan tersebut arus beban yang mengalir disepanjang saluran tidak sama besar. Karena arus beban sepanjang salurannya tidak sama besar, menyebabkan luas penampang konduktor pada jaringan radial ukurannya dapat berbeda. Maksudnya, saluran paling dekat sumber memikul arus beban yang lebih besar maka ukuran penampang konduktor yang digunakan lebih besar sedangkan saluran cabang makin ke ujung arus beban semakin kecil sehingga ukuran konduktor yang digunakan akan lebih kecil. Adapun spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah: o Kelebihan: Bentuknya sederhana. Biaya investasinya relatip murah. o Kelemahan Jatuh tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar. Kontinuitas pelayanan daya tidak handal karena antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu saluran sehingga jika terjadi gangguan pada saluran tersebut maka seluruh beban sesudah titik gangguan akan mengalami pemadaman secara total.

4 Untuk meminimumkan gangguan, pada jaringan radial ini umumnya dilengkapi dengan peralatan pengaman berupa fuse, sectionaliser, recloser atau alat pemutus beban lainnya, berfungsi untuk membatasi daerah yang mengalami pemadaman total yaitu daerah sesudah/di belakang titik gangguan selama gangguan belum teratasi. Misalkan gangguan terjadi di titik B, maka daerah C, D, E dan lainnya terjadi pemadaman total. Jaringan distribusi radial ini memiliki beberapa bentuk modifikasi, antara lain: (1). Radial tipe pohon. (2). Radial dengan tie dan switch pemisah. (3). Radial dengan pusat beban. (4). Radial dengan pembagian phase area Jaringan Radial Tipe Pohon Ini merupakan bentuk jaringan yang paling dasar. Hanya satu saluran utama untuk melayani beban kemudian dibagi menjadi beberapa cabang (lateral feeder) dan lateral penyulang ini dibagi lagi dengan sublateral penyulang (anak cabang).

5 Main Feeder Lateral Feeder Secondary Feeder Load LOAD Gambar 2.2 Jaringan radial tipe pohon Arus yang dipikul masing-masing saluran berbeda, arus yang mengalir pada penyulang utama adalah yang terbesar maka penampang konduktornya yang terbesar, arus pada penyulang lateral lebih kecil dari penyulang utama maka ukuran penampang konduktornya lebih kecil dan arus pada sublateral terkecil sehingga ukuran penampang konduktor yang terkecil.

6 Jaringan Radial Dengan Tie dan Switch Pemisah. Bulk Power Source Substransmision Primary Feeder Distribution Substation Distribution Transformer Secondaries Consumers Services Gambar 2.3 Komponen jaringan radial Bentuk jaringan ini adalah bentuk modifikasi dengan penambahan tie dan switch pemisah yang digunakan untuk mempercepat pelayanan ke konsumen jika terjadi gangguan dengan cara menghubungkan daerah yang tidak terganggu dengan penyulang yang terganggu disekitarnya. Oleh karena itu penyulang yang terganggu dapat diminimalkan dan penyulang yang "sehat" segera dapat dioperasikan kembali dengan cara melepas switch yang terhubung ke titik gangguan dan menghubungkan bagian penyulang yang sehat ke penyulang di sekitarnya Jaringan Radial Tipe Pusat Beban. Untuk jaringan bentuk ini daya dicatu menggunakan penyulang utama (main feeder) yang disebut "express feeder" langsung ke pusat beban dan dari titik pusat beban disebar dengan menggunakan "back feeder" secara radial.

7 Ke beban/konsumen Trafo Distribusi Express Feeder Back Feeder Load Center Gambar 2.4 Jaringan radial tipe pusat beban Jaringan Radial Dengan Phase Area Pada jaringan ini masing-masing fasa melayani daerah beban yang berbeda. Jaringan seperti ini dapat menyebabkan kondisi sistem 3 fasa tidak seimbang (asimetris) bila diaplikasikan pada daerah yang masih baru dan belum merata pembagian bebannya. Karena itu jaringan ini cocok untuk daerah yang bebannya stabil dan jika ada penambahan beban maka pembagiannya harus dapat diatur merata dan simetris pada setiap fasanya.

8 Main Feeder (3 Phasa) Single Phasa Feeder Area Beban Fasa R Area Beban Fasa S Lateral Trafo Distribusi Ke beban Area Beban Fasa T Gambar 2.5 Jaringan radial tipe phase area (kelompok fasa) Jaringan Distribusi Ring (Loop) Pada jaringan ini terdapat dua alternatif saluran untuk melayani beban tapi dayanya berasal dari satu sumber, jaringan ini merupakan bentuk tertutup yang sering disebut bentuk jaringan "loop". Struktur rangkaian penyulang membentuk ring dimana beban dilayani oleh dua arah penyulang sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin dan kualitas daya yang diterima konsumen menjadi lebih baik karena rugi tegangan dan rugi daya pada saluran menjadi lebih kecil.

9 Gambar 2.6 Jaringan distribusi tipe ring Bentuk loop ini terdiri dari 2 jenis, yaitu: Bentuk Open Loop Bentuk ini dilengkapi dengan normally-open switch dimana dalam keadaan normal rangkaian selalu terbuka. Circuit Breaker or Fuse Substation or Source Normally Close Disconecting Device or Fuses Disconect Normally Open Consumer or Distribution Transformer Gambar 2.7 Jaringan Distribusi Ring Terbuka

10 Bentuk Close Loop Bentuk jaringan ini diperlengkapi dengan normally-close switch yang dalam keadaan normal rangkaian selalu tertutup. Gambar 2.8 Jaringan distribusi ring tertutup Untuk jaringan ini kualitas dan kontinuitas pelayanan daya lebih baik tetapi biaya investasinya lebih mahal karena menggunakan pemutus beban yang lebih banyak. Apabila jaringan dilengkapi dengan pemutus beban otomatis (dilengkapi recloser) maka pengamanan menjadi cepat dan praktis dan daerah gangguan akan lebih cepat beroperasi kembali. Jaringan tipe ini cocok digunakan pada daerah beban yang padat dan memerlukan kehandalan tinggi.

11 Bulk Power Source Bus Substransmision Circuit Distribution Substation Gambar 2.9 Rangkaian gardu induk tipe ring Jaringan Distribusi Jaring-Jaring (NET) Jaringan ini merupakan gabungan dari beberapa saluran mesh dimana terdapat lebih dari satu sumber sehingga berbentuk saluran interkoneksi. Jaringan ini berbentuk jaring-jaring dan merupakan kombinasi antara radial dan loop. Gambar 2.10 Jaringan distribusi NET

12 Sistem ini mempunyai lebih banyak saluran/penyulang alternatif sehingga bila pada salah satu penyulang terjadi gangguan maka dengan cepat dapat digantikan penyulang lain yang tidak terganggu. Dengan demikian kontinuitas penyaluran daya sangat terjamin. Spesifikasi Jaringan Distribusi Jaring-Jaring (NET) ini adalah: o Kelebihan: Kontinuitas penyaluran daya sangat terjamin. Kualitas tegangannya baik, rugi daya pada saluran kecil. Dibanding dengan bentuk lain, paling flexible (luwes) dalam mengikuti pertumbuhan dan perkembangan beban. o Kelemahan: Memerlukan koordinasi perencanaan yang teliti dan rumit sebelum pelaksanaannya. Memerlukan biaya investasi yang besar (mahal). Diperlukan tenaga-tenaga terampil dalam pengoperasiannya. Dengan spesifikasi di atas maka bentuk ini layak untuk melayani beban yang sangat memerlukan tingkat keandalan dan kontinuitas yang tinggi, antara lain: instalasi militer, pusat sarana komunikasi dan perhubungan, rumah sakit dan sebagainya. Karena bentuk ini merupakan jaringan yang menghubungkan beberapa sumber maka bentuk jaringan ini disebut juga jaringan "interkoneksi" Jaringan Distribusi Spindle Selain bentuk-bentuk dasar jaringan distribusi di atas dikembangkan juga bentuk modifikasi yang bertujuan meningkatkan keandalan dan kualitas sistem.

13 Salah satu bentuk modifikasi yang populer adalah bentuk spindle yang pada umumnya terdiri dari maksimum 6 penyulang dalam keadaan berbeban (working feeder) dan satu penyulang dalam keadaan kerja tanpa beban (express feeder). Fungsi "express feeder" selain sebagai cadangan pada saat terjadi gangguan pada salah satu "working feeder" juga berfungsi untuk memperkecil terjadinya jatuh tegangan pada sistem distribusi. Gambar 2.11 Jaringan distribusi spindle Saluran Radial Interkoneksi Saluran ini terdiri lebih dari satu saluran radial tunggal yang dilengkapi dengan saklar interkoneksi. Pada dasarnya semua beban yang menggunakan tenaga listrik mengharapkan pelayanan yang terbaik, dalam stabilitas tegangannya karena

14 apabila tegangan tidak stabil maka alat listrik yang digunakan tidak dapat beroperasi secara normal bahkan akan mengalami kerusakan. Secara umum baik buruknya sistem penyaluran dan distribusi tenaga listrik ditinjau dari hal-hal berikut ini: a) Kontinuitas Pelayanan yang baik, tidak sering terjadi pemutusan, baik karena gangguan maupun karena hal-hal yang direncanakan. Kualitas daya yang baik, antara lain meliputi: kapasitas daya yang memenuhi. tegangan yang selalu konstan dan nominal (kerugian tegangan yang terjadi pada saluran relatif kecil sekali). frekuensi yang selalu konstan (untuk sistem AC). b) Perluasan dan penyebaran beban yang dilayani seimbang. Khususnya untuk sistem tegangan AC 3 fasa, faktor keseimbangan/kesimetrisan beban pada masing-masing fasa sangat perlu diperhatikan. c) Fleksibel dalam pengembangan dan perluaan daerah beban. Perencanaan yang baik tidak hanya memperhatikan kebutuhan beban untuk waktu sesaat tetapi perlu dipertimbangkan perkembangan beban yang akan dilayani, bukan hanya menyangkut penambahan kapasitas dayanya tetapi juga dalam hal perluasan daerah beban yang harus dilayani. d) Kondisi dan Situasi Lingkungan. Merupakan faktor pertimbangan dalam penentuan tipe sistem distribusi mana yang sesuai untuk lingkungan bersangkutan, misalnya tentang konduktornya, konfigurasinya, tata letaknya, segi estetikanya dan sebagainya.

15 e) Pertimbangan Ekonomis. Faktor ini menyangkut perhitungan untung rugi ditinjau dari segi ekonomis, baik secara komersil maupun dalam rangka penghematan anggaran yang tersedia. 2.2 Distribusi Sekunder Umum Sistem distribusi sekunder berfungsi menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung dihubungkan ke konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sebagai berikut: 1) Papan pembagi pada transformator distribusi. 2) Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). 3) Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai). 4) Alat Pembatas dan pengukur daya (kwh meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan Komponen Sistem Distribusi Gambar

16 2.2.2 Tegangan Sistem Distribusi Sekunder Ada bermacam-macam sistem tegangan distribusi sekunder menurut standar; (1) EEI : Edison Electric Institut, (2) NEMA (National Electrical Manufactures Association). Factor utama yang perlu diperhatikan adalah besar tegangan yang diterima oleh beban apakah mendekati nilai nominal sehingga peralatan/beban dapat dioperasikan secara optimal. Ditinjau dari cara pengawatannya saluran distribusi AC dibedakan atas beberapa macam tipe dan cara pengawatan juga bergantung pada jumlah fasanya, yaitu: 1. Sistem satu fasa dua kawat 120 Volt 2. Sistem satu fasa tiga kawat 120/240 Volt 3. Sistem tiga fasa empat kawat 120/208 Volt 4. Sistem tiga fasa empat kawat 120/240 Volt 5. Sistem tiga fasa tiga kawat 240 Volt 6. Sistem tiga fasa tiga kawat 480 Volt 7. Sistem tiga fasa empat kawat 240/416 Volt 8. Sistem tiga fasa empat kawat 265/460 Volt 9. Sistem tiga fasa empat kawat 220/380 Volt Di Indonesia dalam hal ini PT. PLN menggunakan sistem tegangan 220/380 Volt. Pemakai listrik ini biasanya bergantung kepada Negara pemberi pinjaman atau dalam rangka kerja sama dimana semua peralatan listrik mulai dari pembangkit (generator set) hingga peralatan kerja (motor-motor listrik) disuplai dari negara pemberi pinjaman/kerja sama tersebut.

17 2.3 Gardu Distribusi Gardu listrik pada dasarnya merupakan rangkaian yang terdiri dari perlengkapan hubung bagi ; a) PHB tegangan menengah; b) PHB tegangan rendah. Masing-masing dilengkapi gawai-gawai kendali dengan komponen proteksinya. Jenis-jenis gardu distribusi didesain berdasarkan maksud dan tujuan penggunaannya sesuai dengan peraturan pemda, yaitu: gardu distribusi konstruksi beton (gardu beton); gardu distribusi konstruksi metal clad (gardu besi); gardu distribusi tipe tiang portal, gardu distribusi tipe tiang cantol (gardu tiang); dan gardu distribusi mobil tipe kios, gardu distribusi mobil tipe trailer (gardu mobil). Gambar 2.13 Contoh gambar monogram gardu distribusi Instalasi lain yang ada pada gardu distribusi adalah instalasi penerangan, terdiri dari; 1) Instalasi alat pembatas dan pengukur; 2) Instalasi kabel scada untuk kubikel dengan motor kontrol; 3) Instalasi pengaman pelanggan untuk APP pelanggan tegangan menengah Gardu Beton Yaitu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya terbuat dari beton. Gardu beton termasuk gardu jenis pasangan dalam karena pada umumnya semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan transformator distribusi terletak di

18 dalam bangunan beton. Dalam pembangunannya semua peralatan tersebut didisain dan diinstalasi di lokasi sesuai dengan ukuran bangunan gardu Gardu Metal Clad (Gardu Besi). Gardu metal adalah gardu distribusi yang bangunan pelindungnya terbuat dari besi. Gardu besi termasuk gardu jenis pasangan dalam, karena pada umumnya semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan transformator distribusi terletak di dalam bangunan besi. Semua peralatan tersebut sudah di instalasi di dalam bangunan besi, sehingga dalam pembangunannya pelaksana pekerjaan tinggal menyiapkan pondasinya saja Gardu Tiang Tipe Portal. Merupakan salah satu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya terbuat dari tiang. Transformator distribusi terletak dibagian atas tiang, oleh sebab itu gardu tiang hanya dapat melayani daya listrik terbatas karena transformatornya cukup berat sehingga tidak mungkin menempatkan transformator berkapasitas besar di bagian atas tiang (± 5 meter di atas tanah). Gambar 2.14 Gardu tiang tipe portal dan midel panel

19 Gardu portal adalah gardu listrik tipe terbuka (outdoor) dengan konstruksi tiang/menara kedudukan transformator minimal 3 meter diatas platform. Umumnya memakai tiang beton ukuran 2x500 dan Gardu Tiang Tipe Cantol Gardu Cantol adalah tipe.gardu listrik dengan transformator yang dicantolkan pada tiang listrik besamya kekuatan tiang minimal 500 dan. A. Sambungan Gardu Tiang Tipe Cantol o Gardu cantol 1 fasa dengan transformator CSP (completely self protected) untuk pelayanan satu fasa. o Untuk pelayanan sistem 3 fasa memakai 3 buah transformator 1 fasa dengan titik netral digabungkan dari tiap-tiap transformator menjadi satu. Gambar 2.15 Gardu tiang tiga fasa tipe cantol o Instalasi dalam PHB terbagi atas 6 bagian utama. Instalasi switch gear tegangan menengah Instalasi switch gear tegangan rendah Instalasi transformator

20 Instalasi kabel tenaga dan kabel kontrol Instalasi pembumian Bangunan fisik gardu. Gambar 2.16 Bagan satu garis gardu tiang tipe cantol Keterangan: 1. Transformator 2. Sirkit akhir 2 fasa 3. Arrester 4. Cut out fused, sakelar beban TR sudah terpasang di dalam transformator. Catatan EL1 - N = 220 Volt EL2 - N = 220 Vol Gardu Mobil Yaitu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya berupa sebuah mobil (diletakkan di atas mobil) sehingga dapat dipindah-pindahkan sesuai dengan tempat yang memerlukan. Karena itu gardu mobil umumnya hanya untuk pemakaian sementara (darurat) yaitu untuk mengatasi kebutuhan daya yang sifatnya temporer.

21 Secara umum ada dua jenis gardu mobil yaitu gardu mobil jenis pasangan dalam dimana semua peralatan gardu berada di dalam bangunan besi yang mirip gardu besi. Kedua, gardu mobil jenis pasangan luar yaitu gardu yang berada di atas mobil trailer sehingga bentuk fisiknya lebih panjang dan semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan transformator distribusi tampak dari luar. Gardu distribusi jenis trailer ini umumnya berkapasitas lebih besar daripada yang jenis mobil.