PERENCANAAN SISTEM PENDISTRIBUSIAN TEGANGAN RENDAH DENGAN MENGGUNAKAN MAGNETIK KONTAKTOR (APLIKASI KAMPUS PROKLAMATOR II UNIVERSITAS BUNG HATTA)

Transkripsi

1 PERENCANAAN SISTEM PENDISTRIBUSIAN TEGANGAN RENDAH DENGAN MENGGUNAKAN MAGNETIK KONTAKTOR (APLIKASI KAMPUS PROKLAMATOR II UNIVERSITAS BUNG HATTA) Samaun Akbar. 1, Ir. Yani Ridal, MT. 2 dan Ir. Arzul, MT. 2 1) Mahasiswa dan 2) Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Kampus Proklamator III Padang, Sumatera Barat, Indonesia akbarsamaun@gmail.com ABSTRAK Sejalan berkembangnya pembangunan gedung kuliah Universitas Bung Hatta Proklamator II yang terletak didaerah Aie Pacah Padang, mengalami kritis energi listrik yang disuply oleh PLN 197 kva. Untuk melakukan penambahan daya diperlukan gardu beton tegangan menengah dan menaikan daya menjadi 555 kva. Selain itu diperlukan genset untuk menjadi sumber daya cadangan untuk mensuply kebutuhan beban listrik pada blok A dan B. Beban yang akan dilayani untuk dua blok A dan B maksimum 748 kw. Sebagai sumber cadangan genset yang harus disediakan kapasitas 400 kva. Oleh karena itu, diupayakan pengendalian pemakaian beban listrik pada gedung tersebut. Metode yang digunakan dalam penelitian ini dengan melakukan perencanaan sistem pengendalian beban yang bersifat melakukan pemutusan aliran listrik dengan skala prioritas beban mana yang tetap dilayani (normal dan emergency). Dengan menggunakan magnetik kontaktor yang dipasang pada masing-masing panel distribusi pada blok A dan B, sehingga dapat mengendalikan beban listrik pada masing-masing blok tersebut. Kata kunci : Magnetik kontaktor, panel distribusi dan beban listrik. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pembangunan kampus Proklamator II Universitas Bung Hatta yang terletak di daerah Aie Pacah Padang atau tepatnya didepan kantor walikota yang terletak dijalan by pass kota Padang. Dimana pembangunan kampus Proklamator II Universitas Bung Hatta ini dimulai pada tahun 2011 dan akan diselesaikan menurut rencana pembangunan pada tahun 2020 untuk semua gedung, yaitu gedung kuliah, gedung rektorat, gedung olah raga dan rusunawa. Sejalan berkembangnya pembangunan gedung kuliah sampai pada saat ini sedang dikerjakannya gedung B dan akan diselesaikan pada bulan Desember Daya yang terpasang saat ini adalah 197 kva kelompok TDL S2 (social menengah), maka tidak akan mampu mensuply kebutuhan beban listrik untuk gedung tersebut. Untuk gedung A dan B, diperlukan daya maksimum 935 kva. Sedangkan genset yang disediakan kapasitas 400 kva. Sehubungan dengan terjadinya devisit daya listrik untuk wilayah Sumatera Barat, maka penambahan daya diatas 50 kva tidak dapat dilakukan. Sehingga dibutuhkan pengendalian beban listrik untuk masingmasing gedung. Untuk itu dilakukan Perencanaan Sistem Pendistribusian Tegangan Rendah Dengan Menggunakan Magnetik Kontaktor Aplikasi Kampus Proklamator II Universitas Bung Hatta, pada setiap panel distribusi yang ada pada masing-masing gedung tersebut dengan tujuan untuk mengendalikan beban listrik, jika daya terpasang nantinya 555 kva sedangkan kapasitas genset yang tersedia 400 kva. 1.2 Tujuan Penelitian ini bertujuan merencanakan sistem pengendalian beban listrik menggunakan magnetic kontaktor untuk mengatur pelayanan dalam kondisi darurat (listrik PLN padam) dan beban dengan skala prioritas utama tidak terganggu untuk gedung A dan B kampus proklamator II universitas bung hatta. 2. DISTRIBUSI ENERGI LISTRIK 2.1 Prinsip Perencanaan Untuk mendesain sistem pengendalian beban listrik pada suatu gedung mengacu pada prinsip perencanaan sebagai berikut : 1. Safety ( keamanan) 2. Reliability ( keandalan) 3. Accessibility (kemudahan) 4. Availibility (ketersediaan) i

2 5. Impact of environment (pengaruh lingkungan) 6. Economic (ekonomi) 7. Esthetic (keindahan) 2.2 Sistem Distribusi Sifat pelayanan sistem distribusi sangat luas dan komplek, karena panel yang harus dilayani mensuplai listrik dilokasi dan karakteristik yang berbeda. Sistem distribusi harus dapat mensuplai listrik panel yang terkonsentrasi didalam suatu bangunan. 2.3 Panel Distribusi Ada banyak ragam dari fungsi gedung, pada umumnya gedung bertingkat ini digunakan sebagai perkantoran, ruang perkuliahan, laboratorium dan lain-lain. Fungsi yang berbeda ini menjadikan penamaan panel distribusi masing-masing sering berbeda dan ditempat yang berbeda terkadang juga memiliki sebuatan nama yang berbeda. Tetapi pada umumnya panel-panel distribusi yang ada digedung bertingkat adalah sebagai berikut : a. LVMDP b. SDP ( Sub Distribusi Panel ) c. DP ( Distribusi Panel ) 2.4 Komponen Panel Distribusi Gedung Kabel / Penghantar Menurut PUIL 2000 pasal tentang persyaratan umum penghantar, menerangkan bahwa semua penghantar yang digunakan harus dibuat dari bahan yang memenuhi syarat sesuai dengan tujuan penggunaannya, serta telah diperiksa dan diuji menurut standar penghantar yang dikeluarkan atau diakui instansi yang berwenang Penghantar Rel ( Busbar ) Sistem rel yang dipakai pada panel induk sistem 3 phasa digedung bertingkat bisa disebut dengan sistem 5 rel. Tiga rel diperuntukan untuk penghantar 3 phasa masing-masing L1/R, L2/S dan L3/T, satu rel diperuntukan untuk hantaran netral dan satu lagi untuk hantaran pentanahan (grounding), yang diletakan pada bagian bawah didalam panel. Sedangkan untuk rel phasanya dipasang pada bagian atas secara mendatar. Adapun bentuk konstruksi dari penghantar rel (busbar) dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 1 : konstruksi penghantar rel busbar) Hantaran rel untuk pentanahan secara listrik harus dihubungkan ke kerangka panel dan ukurannya diperhitungkan agar mampu dialiri oleh arus hubung singkat yang mungkin timbul. Ukuran rel penghantar untuk pentanahan berdasarkan pengalaman adalah minimal 25% kali ukuran penghantar phasanya Circuit Breaker Panel distribusi membutuhkan peralatan listrik yang berfungsi sebagai pengaman terhadap terjadinya gangguan yang disebabkan oleh hubung singkat (short circuit) dan pembebanan yang melebihi kapasitas arus yang terjadi secara cepat (over loading). Keandalan dari suatu breaker ditentukan dari kecepatan memutus, jika terjadi gangguan dan kemampuan untuk menahan arus hubung singkat secara cepat. Dalam mamilih kutub circuit breaker, hal-hal yang harus dipertimbangkan adalah : Karakteristik sistem dimana circuit breaker tersebut dipasang. Kebutuhan akan kontinuitas pelayanan sumber daya listrik. Aturan dan standar proteksi yang berlaku Magnetik Kontaktor Kontaktor adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk memutus atau menghubungkan rangkaian listrik. Kapasitas penghubung dan pemutus suatu kontaktor dapat dilihat dari data teknik dari suatu kontaktor itu sendiri, jadi jika suatu kontaktor menghubungkan arus listrik yang melebihi Kemampuan Hantar Arus (KHA), maka kontaktor tersebut akan leleh dan mengakibatkan hubung singkat. Adapun peralatan elektromekanis jenis kontaktor magnet dapat dilihat pada gambar berikut : 2

3 Gambar 2: TeSys K kontaktor c. Membuat sistem kelistrikan pada panel control utama (MCP) d. Menentukan kapasitas rating circuit breaker e. Menentukan kapasitas rating kontaktor f. Menentukan kapasitas penghantar rel (busbar) g. Menentukan kapasitas kabel/penghantar. Untuk setiap blok A dan B pemakai daya terbesar yaitu penggunaan AC yang menyebabkan pembengkakan daya pada masing-masing gedung tersebut. Sehingga total daya untuk blok A dan B W dengan kapasitas daya tersambung saat ini adalah 197 kva maka tidak dapat melayani beban listrik yang ada pada blok A dan B. Untuk menghitung sambungan daya PLN yang dibutuhkan dapat menggunakan persamaan berikut. Menentukan arus nominal beban, diperoleh P I = 3x V x cos Gambar 3 : TeSys D kontaktor Menentukan kapasitas sambungan daya, diperoleh S = P cos Dimana : I = Arus nominal ( A ) P= Daya aktif ( W ) S= Daya semu ( VA ) V = Tegangan ( V ) Cos = Faktor daya Gambar 4 : TeSys F kontaktor 3. SISTEM PENDISTRIBUSIAN TEGANGAN RENDAH 3.1 Tahap Perencanaan Sistem Pengendalian Beban Listrik Adapun tahapan perencanaan sistem pendistribusian beban listrik untuk kampus proklamator II universitas bung hatta terbagi atas 2 bagian yaitu : 1. Mengevaluasi sistem kelistrikan (existing) 2. Merencanakan sistem pengendalian beban listrik a. Menentukan beban yang akan dikendalikan b. Membuat sistem kelistrikan pada panel distribusi 4. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Merencanakan Sistem Pengendalian Menurut Sistem Yang Telah Ada (Existing) Untuk merencanakan sistem pengendalian beban listrik ini penulis mengacu pada sistem yang telah ada (existing) pada blok A dan B. Berdasarkan hasil survei dilapangan maka penulis akan memulai tahapan perencanaan dari pengelompokan beban prioritas, desain panel MCP, panel DP, circuit breaker, kontaktor, penghantar rel, serta kabel. Untuk menghitung total sambungan daya pada blok A dan B yaitu dapat menggunakan persamaan berikut : S = = VA 0,8 L Faktor = x 0,6 = VA 3

4 Jadi total daya yang dibutuhkan untuk blok A dan B adalah 555 kva Pengelompokan Beban Emergency dan Normal Pengelompokan beban yang bersifat emergency maupun normal menurut data yang telah didapat yaitu pemakaian pendingin pada ruang kuliah yang mengkonsumsi energi listrik rata-rata untuk satu ruang kuliahnya adalah 2 unit AC split dengan kapasitas pendinginan BTUh yaitu sama dengan AC 4 PK. Oleh sebab itu, maka akan dilakukan penambahan magnetik kontaktor pada setiap panel SDP. Guna agar dapat mengendalikan panel listrik yang banyak mengkonsumsi energi listrik, selain itu agar genset dalam kapasitas dibawah daya terpasang akan dapat melayani beban prioritas pada blok A dan B tersebut. Tabel 1 : Data rekapitulasi penggunaan AC pada blok A dan B Keterangan Kapasitas No. Lokasi gedung ( W ) 1. Gedung A1 Lantai Gedung A1 Lantai Gedung A3 Lantai 1-4. Gedung A3 Lantai Gedung A3 Lantai Gedung A2 Lantai Gedung A2 Lantai Gedung B1 Lantai 1-9. Gedung B1 Lantai Gedung B1 Lantai Gedung B1 Lantai Gedung B3 Lantai Gedung B3 Lantai Gedung B3 Lantai Gedung B3 Lantai Gedung B2 Lantai Gedung B2 Lantai Gedung B2 Lantai Gedung B2 Lantai Total ( W ) Berhubung pada blok A dan B terdapat fungsi ruang untuk menunjang sarana dan prasarana kampus maka ditetapkan beban emergency pada AC lantai blok A3 dan B tidak boleh dipadamkan. Untuk menghitung total konsumsi energi listrik AC pada blok A dan B yang akan pada posisi normal yaitu dapat menggunakan persamaan berikut : S = ,8 = VA Jadi total daya yang dibutuhkan untuk melayani seluruh alat pendingin (AC) adalah 575 KVA Perencanaan Master Control Panel Master kontrol panel ini merupakan pusat pengontrolan dari semua beban yang akan dipadamkan menurut pengelompokan beban yang bersifat normal, sedangkan beban yang bersifat emergency akan tetap menyala. Bentuk dari desain perencanaan master control panel dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 6 : Single line master control panel Prinsip kerja dari panel MCP ini yaitu akan memutuskan aliran listrik ke kontaktor yang terletak dipanel distribusi gedung. Dimana panel MCP ini akan secara otomatis memutuskan aliran listrik ketika tidak mendapat suplai listrik dari PLN. Sehingga genset dalam kapasitas terpasang dibawah daya yang dibutuhkan dapat dilayani dengan memadamkan beban yang dianggap tidak perlu dihidupkan atau beban yang banyak mengkonsumsi energi listrik akan dipadamkan sehingga beban prioritas tidak 4

5 terganggu. Disamping itu, juga dapat mengendalikan konsumsi energi listrik sehingga dapat menghemat energi listrik ketika gedung kuliah ini difungsikan ataupun pada saat menggunakan suply energi dari genset dengan kapasitas kecil Perencanaan Sub Distribusi Panel ( SDP ) Perancangan sub distribusi panel ini mengacu pada panel yang telah terpasang. Pada panel tersebut akan ditambahkan magnetik kontaktor dan melakukan pemisahan busbar yang telah dipasang menjadi dua set busbar. Berikut single line yang akan diterapkan pada sistem panel SDP yang telah dipasang : Gambar 7 : Single line panel SDP Perencanaan Kapasitas Rating Circuit Breaker Rating circuit breaker yang telah diterapkan pada blok A dan B yaitu mayoritas menggunakan pemutus jenis MCCB dan MCB. Dimana MCCB digunakan untuk pengaman sirkit akhir sedangkan MCB digunakan sebagai pengaman arus lebih. Berhubung alat pengaman pada tiap blok A dan B telah terpasang menurut perencanaan ME gedung tersebut dimana penerangan menggunakan MCB 6 A, Stop kontak 10 A dan AC 25 A Perencanaan Kapasitas Rating Kontaktor Untuk menentukan kapasitas magnetik kontaktor yang akan diterapkan dengan persamaan berikut: 1. Panel MDP dengan beban DP.AC.1 dan AC.2 gedung A1 I = x 380 x 0,8 I = 134 A I rating = 125% x 134= 167 A Dengan menambahkan koefisien faktor keamanan 125% sehingga kontaktor yang digunakan yaitu 200 A berdasarkan produksi rating kontaktor. Tabel 2 : Kapasitas magnetik kontaktor terpasang pada panel MDP No. Gedung Beban kontaktor ( W ) Kapasitas kontaktor ( A ) 1. Gedung A Gedung A Gedung A Gedung B Gedung B Gedung B Perencanaan Penggunaan Penghantar Rel ( Busbar ) Penghantar rel (busbar) terletak pada panel MDP dimana busbar yang digunakan yaitu berukuran 5(3x50mm) untuk MDP blok B = 570A sedangkan untuk blok A yaitu 5(3x30mm) dimana kapasitas hantar arusnya yaitu 350 A dan tergolong aman untuk diterapkan pada panel MDP tersebut. Berdasarkan desain pengendalian, pada panel MDP digunakan 2 set busbar. Untuk itu penambahan busbar yang kedua dapat mengikuti busbar yang telah ada. Dapat pula menggunakan busbar dengan mengacu pada persamaan berikut: I B-Akhir = ( I Ntertinggi x 125% ) + I N2 + I N Dimana : I B-Akhir = Nilai kemampuan hantar arus busbar pada sirkit akhir (A) I Ntertinggi = Nilai nominal kemampuan hantar arus (KHA) yang tertinggi antara cabang distribusi (A) 5

6 I N2 dan I N3 = Nilai rating pengaman lain yang lebih kecil daripada I Ntertinggi (A) Sehingga menurut tabel 4.1 maka diperoleh : 1. Busbar panel MDP gedung A1 I B-Akhir = (240 x 125% ) = 682 A ( busbar 1 ) I B-Akhir = ( 67 x 125% ) + 67 = 150 A ( busbar 2 ) Berdasarkan perhitungan diatas, menurut katalog busbar maka busbar 1 = 5(5x50mm) dan busbar 2 = 3x15 mm Perencanaan Penggunaan Kabel/Penghantar Kabel penghantar yang digunakan pada panel distribusi yaitu menggunakan kabel jenis Cu/PVC/PVC0.6/1 kv (NYY) serta kabel jenis Cu/PVC/ 450/750 V (NYA) serta kawat BC. Untuk kabel control yang akan diterapkan yaitu menggunakan kabel jenis twisted cable alluminium dengan ukuran 1x10 mm 2 karna untuk ukuran kabel tersebut adalah kabel paling tepat untuk kondisi saat ini karna berada diluar bangunan dan produksi jenis kabel tersebut minimal 10 mm 2 yang diterapkan di kampus proklamator II universitas bung hatta. Distribusi dari panel LVMDP ( area gardu ) ke MDP blok A dan B akan digunakan kabel udara jenis TCAL. Untuk jarak dari gardu ke MDP blok A1 yaitu 308 meter sedangkan jarak untuk MDP blok B yaitu 243 meter. Maka dari itu digunakan persamaan (15) untuk menentukan diameter kabel yang akan digunakan. 1. Panel MDP.A gedung A1 lantai 1 Vd = 10% x 380 = 38 V 3 x 623,13 x 308 x 0,0286 x 0,8 A = 38 = 200 m 2 maka kabel yang digunakan yaitu 185 mm 2 Vd = 3 x 623,13 x 0,047 x 0,8 = 40,58 V 308 x 0,0286 R = = 0,047 Ω 185 Vd% = 40, x100% = 10,6 V 2. Panel MDP.B gedung B1 lantai 1 Vd = 10% x 380 = 38 V A = 3 x 798,98 x 243 x 0,0286 x 0,8 38 = 202 mm 2 maka kabel yang digunakan yaitu 185 mm 2 Vd = 3 x 798, 98 x 0,037 x 0,8 = 40,96 V 243 x 0,0286 R = = 0,037 Ω 185 Vd% = 40, x100% = 10,77 V dengan mengacu prinsip perhitungan diatas maka akan digunakan jenis kabel TCAL 2x(3x95 + 1x70mm 2 ) dengan memparalel ukuran 2x95 mm 2 maka ukuran yang diperoleh 190 mm 2. Berhubung kabel yang digunakan untuk didalam area gedung tidak ada yang panjang hanya berkisar 6-20m, maka penentuan ukuran diameter kabel ditentukan berdasarkan arus yang akan melewati penghantar dengan menambahkan faktor keamanan pada kabel sehingga untuk menentukan ukuran diameter penghantar dengan membaca katalog kabel. 1. Panel DP.1 gedung A1 lantai I KHA = 125% x 3 x 380 x 0,8 = 36,41 A Untuk menentukan ukuran diameter kabel grounding dapat langsung membagi 2 ukuran dari penghantar yang digunakan. Dimana penghantar gedung A1 lantai 1 (SDP.1) ke lantai 2 (DP.2) menggunakan kabel feeder NYY 4x6mm 2 maka untuk menghitung diameter kabel groundingnya yaitu : A GND = 50% x 6 mm 2 = 3 mm 2 berhubung kabel ukuran diameter 3 mm 2 tidak ada diproduksi maka ukuran yang digunakan adalah 4 mm KESIMPULAN Setelah melakukan perhitungan dan analisa sistem yang telah dibuat maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: A. Berdasarkan sistem existing 1. Berdasarkan perhitungan data beban emergency dan normal pada sistem yang direncanakan diperoleh daya normal W dan emergency W sehingga backup genset yang perlukan untuk melayani beban W atau VA dengan kapasitas genset yang digunakan yaitu 400 kva. 6

7 2. Berdasarkan data yang diperoleh blok A = W sedangkan B = W sehingga daya yang dibutuhkan yaitu W atau VA dengan sambungan daya 555 kva. 3. Kabel yang digunakan untuk blok A dan B dengan ukuran 2(3x95 + 1x70mm 2 ) dengan toleransi drop tegangan dibawah 10%. 4. Panel SDP dilakukan perbaikan untuk ditambahkan busbar 1 dan 2 serta magnetik kontaktor. 5. Magnetik kontaktor panel SDP bekerja berdasarkan input dari panel MCP ketika dioperasikan manual ataupun otomatis dengan menggunakan penghantar jenis TCAL 1 x 10 mm 2. B. Implementasi perencanaan 1. Desain menurut implementasi perencanaan yaitu pengendalian dilakukan pada setiap panel distribusi yang terdapat pengendalian manual dan otomatis pada panel distribusi. 2. Menggunakan 2 set busbar pada setiap panel DP yang akan dipasang kontaktor dan 1 set busbar pada panel emergency. 3. Setiap pengaman sirkit akhir panel dilakukan penambahan faktor koefisien 150% dan kontaktor 125 % serta busbar 125%. 4. Berdasarkan perhitungan data beban emergency dan normal pada sistem yang direncanakan diperoleh daya normal W dan emergency W. Sehingga backup genset yang perlukan untuk melayani beban W atau VA dengan kapasitas genset yang digunakan yaitu 600 kva. Hendrawan,Herman. Suhendi dede, ir.,mt. Analisis back-up system sebagai penyuplai daya listrik digedung bertingkat bogor trade mall (btm). Schneider, electric. Katalog peralatan instrumentasi lengkap Sudiharto, Indhana dkk. Rancang Bangun Sistem Automatic Transfer Switch (ATS) dan Automatic Main Failure (AMF) PLN - Genset Berbasis PLC Dilengkapi Dengan Monitoring. Jurnal Jurusan Teknik Elektro Industri PENS-ITS, Surabaya Suryaman,Maman. Perakitan dan Pengujian Panel Automatic Transfer Switch (ATS) dan Automatic Main Failure (AMF) Produksi PT. Berkat Manunggal Jaya Universitas Diponegoro, Suyono. Tingkat Keandalan Utilitas Kelistrikan Bangunan Gedung Bertingkat Di Kota Semarang Universitas Muhammadiyah Semarang, Wiranto. Integrasi Solar Home System Dengan Jaringan Listrik PLN Menggunakan Kendali Relay dan Kontaktor Magnet Universitas Tanjung pura DAFTAR PUSTAKA Basri,Mohammad Hasan, Rancang Bangun Diagram Satu Garis Rencana Sistem Distribusi Tenaga Listrik Digedung Bertingkat (Highrises Building) Universitas Indonesia, Elektric cable. Building, underground dan control cable Firdaus, Hendra.ST, M.Eng. Analisis Kebutuhan Listrik Daya Terpasang Di Kampus Universitas Galuh Ciamis. Fakultas Teknik Universitas Galuh