BAB III OPERASI DAN PEMELIHARAAN JARINGAN DISTRIBUSI

Transkripsi

1 BAB III OPERASI DAN PEMELIHARAAN JARINGAN DISTRIBUSI 3.1 Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik sangatlah 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 Merupakan tempat dimana energi listrik dbangkitkan, dapat berupa PLTU, PLTGU, PLTA, PLTP dan PLTD. 12

2 13 2. Sistem Transmisi Merupakan sistem yang menyalurkan energi listrik dari pembankit melalui kawat-kawat atau saluran transmisi menuju gardu induk (GI). 3. Sistem Distribusi Merupakan sistem yang menyalurkan energi listrik dari gardu induk menuju ke 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. Gambar 3.1 Penyaluran Sistem Tenaga Listrik Dari gambar 3.1 di atas dilihat alur pendistribusian Tenaga Listrik dari mulai Pembangkitan sampai dengan Pelanggan, Tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik seperti PLTA, PLTU, PLTP, PLTD dan PLTG. Kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan ( step up transformator) yang ada pada pusat listrik. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi maka sampailah tenaga listrik ke Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya

3 14 melalui transformator penurun tegangan ( step down transformator) menjadi tegangan menengah yang merupakan sistem distribusi tenaga listrik. 3.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat dengan pelanggan adalah sistem distribusi.sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke pelanggan. Secara umum fungsi sistem distribusi tenaga listrik adalah : 1. Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan ). 2. Merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. Jaringan setelah keluar dari Gardu Induk disebut sebagai jaringan distribusi. Tenaga listrik yang disalurkan melalui saluran transmisi akan diturunkan tegangannya menjadi tegangan distribusi primer. Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 kv. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer maka tegangannya akan diturunkan dalam gardu-gardu distribusi menjadi tegangan rendah 380 / 220 Volt untuk kemudian disalurkan ke rumah-rumah pelanggan (konsumen).

4 15 Gambar 3.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Dari gambar 3.2 dapat dilihat Jaringan distribusi berdasarkan letak jaringan terhadap posisi gardu distribusi, dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu : Jaringan distribusi primer (jaringan distribusi tegangan menengah) yaitu Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo substation (Gardu Induk) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 kv. Jaringan distribusi sekunder (jaringan distribusi tegangan rendah) yaitu Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban (Lihat Gambar 3.2) Jaringan distribusi primer (JDTM) merupakan suatu jaringan yang letaknya sebelum gardu ditribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertegangan menengah (misalnya 20 kv).hantaran dapat berupa kabel dalam tanah atau saluran/kawat udara yang menghubungkan gardu induk (sekunder trafo) dengan gardu distribusi atau gardu hubung (sisi primer trafo didtribusi). Jaringan distribusi sekunder (JDTR) merupakan suatu jaringan yang letaknya setelah gardu distribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertagangan rendah (misalnya 220 V/380 V). Hantaran berupa kabel tanah atau kawat udara yang

5 16 menghubungkan dari gardu distribusi (sisi sekunder trafo distribusi) ke tempat konsumen atau pemakai (misalnya industri atau rumah rumah). 3.3 Macam Macam Sistem Jaringan Distribusi Tegangan Menengah Berdasarkan konfigurasi jaringan, sistem jaringan distribusi dapat dikelompokkan menjadi 3 macam, yaitu sistem distribusi radial, loop dan spindel Sistem Jaringan Distribusi Radial Bentuk jaringan ini merupakan bentuk yang paling sederhana, banyak digunakan dan murah.dinamakan radial karena saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik yang merupakan sumber dari jaringan itu dan dicabang-cabangkan ke titik-titik yang dilayani, seperti terlihat pada Gambar 3.3. Gambar 3.3 Sistem Jaringan Distribusi Radial Jaringan distribusi radial yaitu catu daya berasal dari satu titik sumber dan karena adanya percabangan-percabangan tersebut maka arus beban yang mengalir sepanjang saluran menjadi tidak sama sehingga luas penampang konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak sama. Arus yang paling besar mengalir pada jaringan yang paling dekat dengan garsu induk.sehingga saluran yang paling dekat dengan gardu induk ini ukuran penampang konduktornya relative

6 17 besar.arus beban yang ada di ujung percabangan lebih kecil dan mengakibatkan ukuran kosduktornya pun lebih kecil. Spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah : a. Bentuknya sederhana b. biaya investasi murah c. Kualitas pelayanan daya relative jelek, karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relative besar. d. Jika jalur utama mengalami gangguan maka seluruh gardu akan padam. Untuk melokalisir gangguan pada bentuk radial ini biasanya dilengkapi dengan peralatan pengaman, fungsinya utnuk membatasi daerah yang mengalami pemadaman total Sistem Jaringan Distribusi Loop Jaringan ini merupakan bentuk tertutup, disebut juga bentuk jaringan ring.susunan rangkaian memungkinkan titik beban terlayani dari dua saluran, sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin serta kualitas dayanya lebih baik karena drop tegangan dan rugi daya saluran menjadi lebih kecil.

7 18 Gambar 3.4 Sistem Jaringan Distribusi Loop Dari gambar 3.4 dapat dilihat alur dari bentuk sistem jaringan distribusi loop ini ada 2 macam, yaitu bentuk open loop yangdilengkapi normally open switch dan bentuk close loop yang dilengkapi normally close loop. Pada umumnya penghantar dari struktur ini mempuyai ukuran yang sama di semua jaringan. Jaringan distribusi loop mempunyai kualitas dan kontinuitas pelayanan daya yang lebih baik, tetapi biaya investasi lebih mahal dan cocok digunakan pada daerah yang padat dan memerlukan keandalan tinggi Sistem Jaringan Distribusi Spindel Jaringan spindel adalah suatu pola kombinasi jaringan dari pola Radial dan Loop seperti terlihat pada Gambar 3.5.Jaringan distribusi spindel mini berupa saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM) yang penerapannya sangat cocok di kota-kota besar.sistem spindel terdiri dari beberapa penyulang (feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH).Sistem jaringan distribusi yang digunakan di PLN Area Cengkareng adalah sistem jaringan ditsribusi spindel.

8 19 Gambar 3.5 Sistem Jaringan Distribusi Spindel 3.4 Gangguan Dalam Jaringan Distribusi Pada dasarnya gangguan yang sering terjadi pada sistem distribusi saluran 20 kv dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu gangguan dari dalam sistem dan gangguan dari luar sistem.gangguan yang berasal dari luar sistem disebabkan oleh sentuhan daun/pohon pada penghantar, sambaran petir, manusia, binatang, cuaca dan lain-lain.sedangkan gangguan yang datang dari dalam sistem dapat berupa kegagalan dari fungsi peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan pemutus beban dan kesalahan pada alat pendeteksi. Klasifikasi gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi (Hutauruk,1987 : 4) adalah : a. Dari jenis gangguannya :. Gangguan dua fasa atau tiga fasa melalui hubungan tanah Gangguan fasa ke fasa Gangguan dua fasa ke tanah Gangguan satu fasa ke tanah atau gangguan tanah

9 20 b. Dari lamanya gangguan Gangguan permanen Gangguan permanen dapat disebabkan oleh kerusakan peralatan, sehinggga gangguan ini baru hilang setelah kerusakan ini diperbaiki.terjadinya gangguan ditandai dengan jatuhnya pemutus tenaga, untuk mengatasinya operator memasukkan tenaga secara manual.contoh gangguan ini yaitu adanya kawat yang putus, terjadinya gangguan hubung singkat, dahan yang menimpa kawatphasa dari saluran udara, adanya kawat yang putus, dan terjadinya gangguan hubung singkat. Gangguan temporer Gangguan temporer ini tidak akanberlangsung lama dan dapat normal kembali.gangguan ini dapat hilang dengan sendirinya atau dengan memutussesaat bagian yang terganggu dari sumber tegangannya. Kemudiandisusul dengan penutupan kembali peralatan hubungnya.apabila ganggguan temporer sering terjadi dapat menimbulkan kerusakan pada peralatan dan akhirnya menimbulkan gangguan yang bersifat permanen.salah satu contoh gangguan yang bersifat temporer adalah gangguan akibat sentuhan pohon yang tumbuh disekitar jaringan, akibat binatang seperti burung kelelawar, ular dan layangan. Gangguan biasanya diakibatkan oleh kegagalan isolasi diantara penghantar phasa atau antara penghantar phasa dengan tanah.secara nyata kegagalan isolasi dapat menimbulkan beberapa efek pada sistem

10 21 yaitu menghasilkan arus yang cukup besar atau mengakibatkan adanya impedansi diantara penghantar phasa atau antara penghantar phasa dengan tanah. Terjadinya gangguan pada jaringan distribusi disebabkan oleh : Kesalahan mekanis Kesalahan thermos tegangan lebih material yang cacat atau rusak gangguan hubung singkat konduktor putus Faktor-faktor penyebab terjadinya gangguan adalah : Surja petir atau surja hubung Burung atau daun-daun Polusi debu Pohon yang tumbuh di dekat jaringan Keretakan pada isolator Andongan yang terlalu kendor Akibat yang paling serius dari gangguan adalah kebakaran yang tidak hanya akan merusak peralatan dimana gangguan terjadi tetapi bisa berkembang ke sistem dan akan mengakibatkan kegagalan total dari sistem. Berikut adalah beberapa akibat yang disebabkan oleh gangguan :

11 22 a. Penurunan tegangan yang cukup besar pada sistem daya sehingga dapat merugikan pelanggan atau mengganggu kerja peralatan listrik b. Bahaya kerusakan pada peralatan yang diakibatkan oleh arching ( busur api listrik ) c. Bahaya kerusakan pada peralatan akibat overheating (pemanasan berlebih) dan akibat tekanan mekanis (alat pecah dan sebagainya) d. Terganggunya stabilitas sistem dan ini dapat menimbulkan pemadaman menyeluruh paa sistem tenaga listrik e. Menyebabkan penurunan tegangan sehingga koil tegangan rele gagal bertahan Untuk mengurangi terjadinya gangguan, maka perlu dilakukan hal-hal sebgai berikut : a. Memperbaiki desain sistem (konstruksi) b. Memperbaiki kualitas komponen c. Mempergunakan rele proteksi yang lebih baik d. Pengoperasian dan pemeliharaan yang lebih baik. 3.5 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Saluran udara tegangan menengah adalah jaringan distribusi yang tergelar di alam bebas, di mana banyak terjadi gangguan internal dan eksternal.gangguan internal biasanya di sebabkan karena adanya gangguan pada komponen listrik di gardu distribusi seperti trafo, rak TR, kabel dan sebagainya, sedangkan gangguan eksternal biasanya di sebabkan karena gangguan petir, pohon, atau binatang. Untuk itu perlu di perhatikan hal berikut:

12 23 a. Sistem pentanahan/pembumian yang terpasang pada tiang SUTM. Hal ini perlu di perhatikan untuk daerah-daerah di mana tiang SUTM paling tinggi dari lingkungannya, agar bila jaringan terkena gelombang petir akan tersalur ke tanah melalui pentanahan tersebut b. Batas jaringan dengan pohon atau bangunan (>1m) c. Arrester dan pentanahannya (tahanan tanah <3ohm) Isolator pada SUTM Berikut adalah beberapa jenis isolator yang sering dipakai pada jaringa saluran udara tegangan menengah : a. Isolator pin b. Isolator line post Gambar 3.6 Isolator pin Gambar 3.7 Isolator line post c. Isolator pin post Gambar 3.8 Isolator pin post

13 Konduktor SUTM a. AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium. ( mm 2 ) Gambar 3.9 AAC (All-Alumunium Conductor) b. AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium. ( mm 2 ) Gambar 3.10 AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor) c. ACSR (Alumunium Conductor, Steel-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium berinti kawat baja. (240 mm 2 ) Gambar 3.11 ACSR (Alumunium Conductor, Steel- Reinforced)

14 Tiang SUTM Tiang listrik adalah salah satu komponen utama dari jaringan listrik yang menyangga hantaran listrik serta perlengkapannya. Jarak antar tiang yaitu kurang lebih 50 m. Biasanya tinggi tiang 9m-13m dan jarak penghantar di tiang dan tanah 8m-12m. Tiang listrik mempunyai beberapa tipe yaitu tipe H (beton) atau bulat (beton atau besi).adapun Jenis-jenis tiang: a. Tiang awal/tiang akhir b. Tiang penyangga c. Tiang sudut d. Tiang penegang/tiang Tarik 3.6 Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) Jaringan bawah tanah direncanakan untuk kawasan dengan padat beban lebih tinggi, misalnya kota metropolitan atau kota kota besar. Untuk kawasan dengan padat beban sedang atau tidak seragam biasanya menggunakan jaringan campuran. Bagian bagaian kabel untuk melayani daerah industri, perdagangan dan kantor kantor. Penanaman kabel dapat dilakukan secara langsung atau memakai pipa pelindung. Pemakaian kabel tanah dengan pipa pelindung dilakukan untuk keperluan setempat, misalnya jaringan menyebrang sungai, instalasi didalam gedung dan lain lain. Selain itu penanaman dan perentangan kabel tanah didalam lubang yang telah digali perlu penanganan khusus, karena hal

15 26 ini akan mempengaruhi umur maupun kemampuan kabel dalam penyaluran tenaga. Beberapa pertimbangan untuk kabel tanah dapat disebut seperti berikut. Keuntunganatau kelebihan berupa: a) Kabel tanah tidak terlihat, maka tidak mengganggu pemandangan atau lingkungan. Hal ini penting untuk kota yang padat penduduknya seta padat lalu1lintas kendaraan. b) Pengoperasiannya lebih mudah karena tidak terpengaruh oleh hujan, petir, atau angin. Kerugian atau kekurangan adalah : a) Harganya yang tinggi, lebih lebih untuk tegangan yang tinggi. b) Bilamana terjadi gangguan, tidak mudah untuk menemukan tempat gangguan terjadi. Lagipula, melakukan reparasi pada kabel yang rusak, sangat sulit karena mengganggu lalulintas kendaraan, sehingga menambah masalah kemacetan lalulintas dan membutuhkan waktu yang lama untuk memperbaiki akibat gangguan serta membutuhkan biaya investasi yang mahal. c) Kurang fleksibel, karena biasanya kabel yang sudah ditanam tidak akan dirubah untuk masa yang akan datang. Konstruksi SKTM terdiri dari komponen-komponen peralatan utama yaitu 1. Kabel tanah hantaran tunggal (Single Core Cable). 2. Kabel tanah 3 hantaran (Three Core Cable).

16 27 Jenis-jenis isolasi kabel bawah tanah adalah: 1. Kertas (diimpregnasi didalam cairan minyak) 2. PVC (Poli Vinil Chloride) 3. XLPE (Cross Linked Poli Ethylene). Gambar 3.12 Bagian bagian Kabel Keterangan: 1. Penghantar Cu/Al 2. Lapisan semi konduktor 3. Isolasi XLPE 4. Lapisan semi konduktor 5. Lapisan pita tembaga 6. Perisai kawat baja di galvanis 7. Selubung luar PVC 3.7 Gardu Distribusi Gardu distribusi merupakan salah satu komponen dari suatu system distribusi yang berfungsi untuk menghubungkan jaringan ke konsumen atau untuk membagikan / mendistribusikan tenaga listrik pada beban/konsumen baik konsumen tegangan menengah maupun konsumen tegangan rendah.

17 28 Gardu distribusi dapat dibedakan dari beberapa hal yang diantaranya : 1. Gardu Tembok (Gardu Beton) Dari gambar 3.13 dapat dilihat Gardu Distribusi jenis beton merupakan peralatan Gardu Distribusi yang dipasang dalam bangunan yang secara keseluruhan konstruksinya tersebut dari tembok/beton.keuntungannya adalah peralatan yang ada didalamnya terlindungi darcuaca dan pengamanannya lebih mudah. Kapasitas trafo >400 kva Gambar 3.13Gardu Beton 2. Gardu Portal Dari gambar 3.14 dapat dilihat alur dari gardu portal adalah gardu trafo yang secara keseluruhan instalasinya dipasang pada 2 buah tiang atau lebih. Kapasitas trafo 100 kva- 400 kva. Pemansangan gardu portal harus di lengkapi fuse cut out (pengaman trafo sisi TM)

18 29 Gambar 3.14Gardu Portal 3. Gardu Cantol Dari gambar 3.15 dapat dilihat alur dari gardu cantol adalah gardu trafo yang secara keseluruhan instalasinya dipasang pada satu tiang. Kapasitas trafo <100 kva (3 fasa atau 1 fasa). Gambar 3.15Gardu Cantol 4. Gardu Kios Dari gambar 3.16 dapat dilihat alur dari gardu kios adalah gardu yang bangunan keseluruhannya terbuat dari plat besi dengan konstruksi seperti kios.

19 30 Gambar 3.16Gardu Kios 5. Gardu hubung Gardu hubung adalah gardu yang berfungsi untuk membagi beban pada sejumlah gardu atau untuk menghubungkan satu feeder TM dengan feeder TM yang lain.pemakaian gardu hubung di pergunakan untuk jaringan kabel tanah yang mempergunakan sistem spindle. 3.8 Sistem Proteksi Sistem proteksi adalah suatu sistem pengamanan terhadap peralatan listrik, yang diakibatkan adanya gangguan teknis, gangguan alam, kesalahan operasi, dan penyebab yang lainnya. Peralatan proteksi yang komponen-komponen terpentingnya adalah: Relay Proteksi Pemutus Tenaga (PMT) Trafo Arus dan/atau Trafo Tegangan. Battery (aki)

20 31 Pada sistem distribusi 20 kv hal yang terpenting pada sistem proteksi selain alat proteksi itu sendiri, sistem pentanahan juga merupakan bagian yang tidak terpisahkan dalam sistem proteksi itu sendiri. Misalnya ada gangguan fasa yang bocor ke tanah, maka bila sistem pentanahan tidak sesuai dengan sistem distribusi yang diproteksi, maka alat proteksi tidak akan bekerja dengan benar, sehingga dapat merusak peralatan jaringan maupun membahayakan keselamatan manusia. Sistem pentanahan pada kenyataan di PLN terdapat beberapa pola, sehingga sistem proteksinya juga berbeda-beda. A. Prinsip Kerja Sistem Proteksi Melakukan koordinasi dengan tegangan sistem tegangan tinggi (GI, Transmisi, Pembangkitan) Mengamankan peralatan dari kerusakan dan gangguan Menghindari kemungkinan terjadinya kecelakaan Melokalisir gangguan Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan (manuver) Mengurangi frekwensi pemutusan B. Syarat-Syarat Sistem Proteksi Peka (sensitif) Cermat (selektivitas) Andal (reliability) Cepat

21 32 C. Penyebab Timbulnya GangguanPada SKTM Gangguan dari dalam: pemasangan kurang baik, beban lebih Gangguan dari luar: pekerjaan galian, kendaraan yang lewat diatasnya deformasi tanah, binatang Sifat gangguan pada umumnya permanen D. Penyebab Timbulnya GangguanPada SUTM Sebagian besar dari luar : angin dan pohon, kegagalan pengaman, peralatan rusak, hujan dan cuaca, manusia, binatang benda-benda asing (benang layang-layang), sambaran petir Sifat gangguan, gangguan sementara/permanen E. Proteksi Terhadap Gangguan Arus Lebih Arus lebih terjadi disebabkan terjadinya hubung singkat antara konduktor fasa dengan fasa, atau antara fasa dengan. Alat proteksi terhadap gangguan tegangan lebih Kawat tanah (over head statics) Sela batang (spark gap) atau Arcing Horn: Lightning arrester