BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Sistem Jaringan Distribusi Sistem Tenaga listrik di Indonesia tersebar dibeberapa tempat, maka dalam penyaluran tenaga listrik dari tempat yang dibangkitkan sampai ke tempat pelanggan diperlukan berbagai penanganan teknis, terutama pada pelayanan daya, pemeliharaan serta perawatan perlatan pendukung, dan lain sebagainya. Berikut ini pembagian sistem tenaga listrikterdiri dari tiga bagian utama, yaitu sebagai berikut : 1. Pembangkit 2. Sistem Transmisi 3. Sistem Distribusi Berikut seperti terlihat padagambar 2.1 adalah proses penyaluran tenaga listrik dari pembangkit sampai ke pelanggan. 6

2 7 G Trafo Step-Up Transmisi Trafo Step-Down 500 KV/ 20 KV Trafo Step-Down 20 KV/ 380 V Pelanggan Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik Sederhana Pada umumnya tenaga listrik dibangkitkan pada pusat-pusat listrik pembangkitan,setelah itu disalurkan melalui saluran transmisi, akan tetapi sebelumnya tegangan dinaikkan oleh transformator step-up yang ada di pusat listrik. Setelah itu tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi menuju ke Gardu Induk (GI), setelah itu dilakukan penurunan tegangan menggunakan transformator step-down menjadi tegangan menengah atau juga bisa disebut tegangan distribusi primer. Pada pelanggan-pelanggan dengan daya tersambung besar tidak dapat dihubungkan pada Jaringan Tegangan Rendah, akan tetapi dihubungkan langsung pada Jaringan Tegangan Menengah, bahkan ada pula pelanggan yang terhubung pada jaringan transmisi, tergantung dari besarnya daya tersambung biasanya pada Industri.

3 8 2.2 Karakteristik Jaringan Distribusi. Jaringan distribusi adalah jaringan yang paling dekat dengan pelanggan selain itu pada jaringan distribusi merupakan bagian pada sistem tenaga listrik yang paling banyak mengalami gangguan. Sistem distribusi kebanyakan merupakan jaringan yang diisi dari sebuah Gardu Induk (GI) seperti pada Gambar 2.2 di bawah ini. Trafo Rel Tegangan Rendah 20 KV Pemutus Penyulang 1 Jaringan Tegangan Menengah 150 KV Penyulang 2 Penyulang 3 Penyulang 4 Trafo Distribusi Gambar 2.2 Gardu Induk 2.3 Fungsi Bagian-Bagian dari Sistem Distribusi Bagian utama yang menunjang distribusi tenaga listrik yaitu sebagai berikut : 1. Gardu Induk (GI) Gardu induk merupakan suatu komponen penting dalam distribusi tenaga listrik yang berfungsi sebagai pengatur daya, mentransformasikan daya listrik yang dihasilkan dari pusat-pusat pembangkit ke gardu induk lain dan juga ke

4 9 gardu-gardu distribusi yang merupakan suatu interkoneksi dalam distribusi tenaga listrik. 2. Gardu Hubung (GH) Gardu hubung digunakan untuk menerima daya listrik dari gardu induk (JTM) dan menyalurkan serta membagi daya listrik tanpa merubah tegangannya melalui jaringan distribusi primer (JTM) menuju gardu atau transformator distribusi. 3. Gardu Distribusi (GD) Gardu distribusi merupakan suatu tempat atau bangunan instalasi listrik yang didalamnya terdapat alat-alat pemutus, penghubung, pengaman, dan trafo distribusi untuk mendistribusikan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan tegangan konsumen. 4. Jaringan Distribusi Primer / Jaringan Tegangan Menengah (JTM) Jaringan distribusi primer berfungsi untuk menyalurkan daya listrik, menjelajahi daerah asuhan ke gardu / transformator distribusi.biasanya dilayani oleh gardu hubung atau langsung dari gardu induk dan atau dari pusat pembangkit. 5. Jaringan Distribusi Sekunder/ Jaringan Tegangan Rendah (JTR) Jaringan distribusi sekunder berfungsi untuk menyalurkan/ menghubungkan sisi tegangan rendah transformator distribusi ke konsumen

5 10 menggunakan jaringan hantaran udara 3 fasa 4 kawat dengan tegangan distribusi sekunder 127/ 220 Volt atau 220/ 380 Volt Peralatan Di Gardu Induk Peralatan yang terdapat pada sebuah gardu induk bergantung pada tipe gardu induk, fungsi, serta tingkat proteksi yang diinginkan. Secara umum, sebuah gardu induk memiliki peralatan utama sebagai berikut: Transformator daya Transformator adalah peralatan yang berfungsi menyalurkan besaran daya tertentu dengan mengubah besaran tegangannya. Transformator daya yang digunakan di gardu induk ada yang berupa satu transformator 3 fasa ataupun tiga transformator 1 fasa. Pada Gambar 2.3 adalah salah satu contoh transformator daya. Gambar 2.3 Transformator daya Circuit Breaker (CB) Sebuah alat pemutus tenaga listrik yang dapat membuka atau menutup rangkaian baik pada kondisi kerja normal maupun pada saat terjadi kegagalan serta dalam kondisi manuver. Pada saat kondisi kerja normal CB dapat dioperasikan secara manual dan dengan menggunakan remote control,

6 11 sebaliknya pada saat terjadi kegagalan CB akan bekerja secara otomatis. Selain itu CB jugadilengkapi dengan media peredam busur api, yang dengan menggunakan seperti media udara dan gas SF6. Peredam tersebut berfungsi padasaat menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api. Berikut ini tipe-tipe CB yang umum digunakan pada sebuah sistem tenaga listrik : a. Bulk oil circuit breaker. b. Minimum oil circuit breaker. c. Air blast circuit breaker. d. SF6 circuit breaker. e. Vacuum circuit breaker Disconnecting Switch (DS) Peralatan yang berfungsi untuk memisahkan rangkaian listrik dalam keadaan tidak berbeban. Pada umumnya DS tidak dapat memutuskan arus. Selain itu DS juga dapat memutuskan arus yang kecil, misalnya arus pembangkitan trafo atau arus pemuatan riil, namun membuka atau menutup DS harus dilakukan setelah membuka CB terlebih dahulu Trafo ukur Trafo ukur terdiri dari trafo arus (current transformer) dan trafo tegangan (potential transformer). Penggunaan trafo ukur dikoordinasikan dengan alat ukur (meter) sehingga besaran arus atau tegangan pada sistem dapat ditampilkan pada alat ukur. Pada trafo arus berfungsi mengubah besaran arus

7 12 pada sistem ke besaran yang lebih kecil untuk keperluan pengukuran arus, kwh meter, dan relay proteksi. Trafo tegangan berfungsi mengubah besaran tegangan dari tinggi ke rendah untuk keperluan penunjukan nilai tegangan pada voltmeter, serta untuk pengukuran energi Lightning Arrester Lightning Arrester adalah peralatan yang berguna ketika terjadi surja atau petir, maka arrester akan melepaskan muatan listrik (discharge), serta mengurangi tegangan berlebih yang akan mengenai peralatan di dalam gardu induk. Setelah surja dilepaskan melalui arrester, arus masih mengalir karena adanya tegangan sistem, arus ini disebut arus dinamik atau arus susulan Peralatan Utama Sistem Distribusi Pada sistem distribusi tenaga listrik terdapat beberapa peralatan penunjang yang bekerja saling berkoordinasi, berikut ini adalah beberapa peralatan utama sistem distribusi Distribution fuse cutouts Fuse merupakan peralatan pemutus rangkaian yang paling sederhana. Cara kerja dari fuse adalah apabila ada arus yang mengalir pada rangkaian melampaui rating dari fuse atau apabila terjadi gangguan pada rangkaian, maka bagian dari fuse yang disebut fuse link akan melebur dan menghasilkan kondisi open circuit.

8 Circuit Breaker Circuit Breaker (CB) yang digunakan pada sistem distribusi umumnya berupa vacuum CB, merupakan CB tiga fasa, serta mempunyai fungsi utama yang harus dipenuhi sebagai berikut: 1. Memutuskan dan menghubungkan sistem dalam masa pemeliharaan, yang operasinya dilakukan secara manual. 2. Memutuskan atau menghubungkan kembali sistem pada saat terjadi gangguan, yang operasinya dilakukan secara otomatis. Agar dapat beroperasi secara otomatis, CB dikoordinasikan dengan relay pengaman, di mana relay ini berfungsi sebagai otak yang mengontrol CB untuk membuka bila terjadi gangguan di jaringan. Ketika ada sinyal untuk trip, maka kumparan pemutus/tripping coil dari CB akan bekerja membuka rangkaian. Gambar 2.4 merupakan contoh circuit breaker. Gambar 2.4 Circuit breaker Automatic Circuit Recloser Automatic Circuit Reclosersebuah peralatan kontrol yang secara otomatis membuka ataupun menutup rangkaian melalui serangkaian urutan kerja membuka dan menutup diikuti dengan proses mereset, hold closed, dan

9 14 mengunci/lockout. Terdapat dua tipe recloser yaitu yang dilengkapi dengan sensor arus dan sensor tegangan, selain itu juga terdapat pengatur waktu operasi, serta penutupan kembali secara otomatis. Pada gangguan yang bersifat temporer, recloser akan membuka dan menutup kembali, kemudian sistem kembali bekerja normal. Sedangkan pada gangguan yang bersifat permanen, recloser akan melalui sejumlah operasi buka tutup sesuai dengan settingnya, lalu mengunci atau lockout.gambar 2.5 merupakan contohautomatic Circuit Recloser. Gambar 2.5 Automatic Circuit Recloser Automatic Line Sectionalizer Automatic Line Sectionalizer berfungsi membagi jaringan distribusi ke dalam section-section, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu section, luas daerah yang padam dapat diperkecil. Sectionalizer bekerja dengan melakukan deteksi tegangan pada section kerjanya. Ketika tidak ada tegangan, sectionalizer akan membuka, sebaliknya jika mendeteksi adanya tegangan, maka sectionalizer akan menutup. Sectionalizer juga dapat

10 15 dioperasikan secara manual untuk memutuskan arus beban.gambar 2.6 merupakan contoh Automatic Line Sectionalizer. Gambar 2.6 Automatic Line Sectionalizer Saluran udara (overhead lines) Saluran udara merupakan salah satu cara penyaluran dalam jaringan distribusi, di mana penghantarnya ditempatkan pada ketinggian tertentu di udara terbuka tanpa pelindung, sehingga saluran udara terbuka secara langsung baik terhadap lingkungan maupun cuaca Trafo distribusi Trafo distribusi berfungsi mengubah level tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan menengah atau dari tegangan menengah ke tegangan rendah untuk kemudian digunakan sesuai dengan kebutuhan konsumen Saluran kabel Saluran kabel merupakan salah satu cara penyaluran dalam jaringan distribusi di mana penghantarnya ditempatkan di dalam tanah (underground cable) atau di bawah laut (submarine cable), serta dilindungi oleh isolasi yang

11 16 dirancang khusus sesuai dengan kondisi lingkungannya. Pemasangan saluran kabel ini dilakukan dengan pertimbangan apabila saluran udara tidak memungkinkan untuk dipasang Tie Switch Tie Switch digunakan pada sistem distribusi tenaga listrik, dan memungkinkan proses manuver beban dari sumber listrik utama ke sumber listrik lain. Hal ini terjadi pada saat feeder utama mengalami gangguan, sementara dibutuhkan adanya restorasi (pemulihan) pelayanan yang cepat bagi pelanggan Gangguan Dalam Sistem Distribusi Bagi para pelanggan, terputusnya pasokan tenaga listrik dirasakan sebagai hal yang mengganggu kegiatan ataupun kenyamanannya. Jaringan distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat dengan pelanggan. Sehingganya sering terjadi pemadaman yang disebabkan oleh gangguan. Maka berdasarkan lamanya gangguan yang terjadi, gangguan dibedakan sebagai berikut : a. Gangguan permanen Sebuah gangguan yang disebabkan oleh sebuah kerusakan pada peralatan sehingga gangguan ini baru hilang setelah kerusakan itu diperbaiki. Selain itu biasanya dikarenakan ada sesuatu yang mengganggu secara permanen, misalnya ada dahan yang menimpa kawat fasa dari saluran udara dan dahan ini perlu diambil terlebih dulu agar sistem dapat berfungsi kembali secara normal.

12 17 b. Gangguan temporer Sebuah gangguan yang terjadi dalam waktu yang singkat saja dan setelah itu sistem dapat kembali bekerja secara normal. Akan tetapi yang perlu di garis bawahi bahwa gangguan temporer yang terjadi berulang kali dapat berakibat timbulnya kerusakan pada peralatan. berikut : Dampak dari sebuah gangguan pada suatu sistem distribusi adalah sebagai 1.Kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen akan terganggu, apabila gangguan tersebut sampai menyebabkan terputusnya suatu rangkaian atau menyebabkan keluarnya suatu unit pembangkit. 2.Berkurangnya stabilitas sistem dan menyebabkan jatuhnya generator. 3.Pada daerah terjadinya gangguan, biasanya menyebabkan kerusakan alat. 4.Penurunan tegangan yang cukup besar menyebabkan rendahnya kualitas tenaga listrik, sehingga mempengaruhi kerja normal pada peralatan listrik baik di sisi PLN maupun konsumen. 2.4 Klasifikasi Jaringan Distribusi Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan dari berbagai segi, antara lain adalah :

13 Klasifikasi Berdasarkan Sistem Penyaluran Berdasarkan sistem penyalurannya, jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu dengan: 1.Saluran udara (overhead line) Saluran udara merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kawat penghantar yang ditompang pada tiang listrik. 2.Saluran bawah tanah (underground cable). Saluran bawah tanah merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kabelkabelyang ditanamkan di dalam tanah Klasifikasi Berdasarkan Bentuk Jaringan Sistem jaringan distribusi berdasarkan bentuk struktur jaringannya terbagi atas jaringan distribusi primer dan sekunder. Namun pada tugas akhir ini menggunakan sistem distribusi radial dan sistem distribusi loop keduanya merupakan jaringan distribusi primer Jaringan Distribusi Primer Jaringan pada sistem distribusi tegangan menengah (Primer 20kV) dapat dikelompokkan menjadi lima model, yaitu Jaringan Radial dan Jaringan Lingkaran (Loop)

14 19 a. Sistem Distribusi Radial Sistem radial pada Gambar 2.7adalah sistem yang paling mudah dalam pengontrolannya, dan paling sederhana. Oleh karena itu sistem ini sering digunakan. Sistem tersusun dari saluran yang ditarik dari titik sumber dan akan dicabangkangkan ke beban. Gambar 2.7 Sistem Distribusi Radial b. Sistem Distribusi Ring / Loop Jaringan distribusi ring merupakan bentuk jaringan distribusi yang tertutup, susunan penyulang berbentuk cincin yang memungkinkan beban dilayani oleh dua sumber atau lebih. Dengan disuplai dari dua atau lebih sumber maka sistem ini dapat menjaga kelangsungan pelayanan jika terdapat gangguan pada sumber. tetapi jika beban yang akan dilayani bertambah kapasitas pelayanan akan menjadi jelek. Jaringan distribusi ring ditunjukkan pada Gambar 2.8. Gambar 2.8 Sistem Distribusi Ring

15 Jaringan Distribusi Sekunder (Jaringan Tegangan Rendah 220/380 V) Sistem distribusi sekunder seperti pada Gambar 2.9 merupakan salah satu bagian dalam sistem distribusi, yaitu mulai dari gardu trafo sampai pada pemakai akhir atau konsumen. Gambar 2.9 Hubungan tegangan menengah ke tegangan rendah dan konsumen Melihat letaknya, sistem distribusi ini merupakan bagian yang langsung berhubungan dengan konsumen, jadi sistem ini selain berfungsi menerima daya listrik dari sumber daya (trafo distribusi), juga akan mengirimkan serta mendistribusikan daya tersebut ke konsumen. Mengingat bagian ini berhubungan langsung dengan konsumen, maka kualitas listrik selayaknya harus sangat diperhatikan. 2.5 Keandalan Sistem Distribusi Keandalan merupakan tingkat keberhasilan kinerja suatu sistem atau bagian dari sistem, untuk dapat memberikan hasil yang lebih baik pada periode waktu

16 21 dan dalam kondisi operasi tertentu. Untuk dapat menentukan tingkat keandalan dari suatu sistem, harus diadakan pemeriksaaan dengan cara melalui perhitungan maupun analisa terhadap tingkat keberhasilan kinerja atau operasi dari sistem yang ditinjau, pada periode tertentu kemudian membandingkannya dengan standar yang ditetapkan sebelumnya. Terdapat tiga parameter dasar dalam keandalan yang biasa digunakan untuk mengevaluasi sistem distribusi radial yaitu angka kegagalan rata-rata (λs), waktu pemadaman rata-rata (rs) dan waktu pemadaman tahunan (Us). 2.6 Indeks Keandalan Indeks keandalan merupakan suatu metode pengevaluasian parameter keandalan suatu peralatan distribusi tenaga listrik terhadap keandalan mutu pelayanan kepada pelanggan. Indeks ini antara lain adalah sebagai berikut: a. SAIFI (Sistem Average Interruption Frequency Index) SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) adalah jumlah rata-rata kegagalan yang terjadi per pelanggan yang dilayani per satuan waktu (umumnya tahun). Indeks ini ditentukan dengan membagi jumlah semua kegagalan dalam satu tahun dengan jumlah pelanggan yang dilayani oleh sistem tersebut. Persamaan untuk SAIFI dapat dilihat pada persamaan berikut ini. = (2.1) dengan: λ k = laju kegagalan saluran

17 22 M k = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem b. SAIDI (Sistem Average Interruption Duration Index) SAIDI (Sistem Average Interruption Duration Index) adalah nilai rata-rata dari lamanya kegagalan untuk setiap pelanggan selama satu tahun. Indeks ini ditentukan dengan pembagian jumlah dan lamanya kegagalan secara terus menerus untuk semua pelanggan selama periode waktu yang telah ditentukan dengan jumlah pelanggan yang dilayani selama tahun itu. Persamaan SAIDI dapat dilihat pada persamaan berikut. = (2.2) dengan: µ k = laju perbaikan saluran M k = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem c. CAIDI (Customer Average Interruption Frequency Index). CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index) adalah index durasi gangguan konsumen rata-rata tiap tahun, menginformasikan tentang waktu ratarata untuk penormalan kembali gangguan tiap-tiap pelanggan dalam satu tahun. = (2.3)

18 23 d. MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index) MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index) adalah frekuensi pemadaman rata-rata untuk tiap konsumen dalam kurun waktu setahun pada suatu area yang dievaluasi, yang disebabkan momentary interruption. Cara menghitungnya yaitu dengan membagi total frekuensi pemadaman dari konsumen karena momentary interruption dalam setahun dengan jumlah konsumen yang dilayani oleh sistem tersebut. Secara matematis dituliskan sebagai berikut: = (2.4) dengan: λ k = momentary failure rate dari komponen (failure/year) M k = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem 2.7 Software Electrical Transient Analizer Program ( ETAP ) ETAP adalah software yang dapat melakukan pemodelan / perencanaan dan gambaran sistem kelistrikan yang ada di suatu industry ataupun wilayah. Software ini sangat bermanfaat untuk melakukan berbagai analisa. Analisa yang dapat dilakukan pada ETAP antara lain : - Load Flow Analysis - Unbalanced Load Flow Analysis - Short Circuit Analysis - Motor Acceleration Analysis

19 24 - Harmonic Analysis - Transient Analysis Gambar 2.10 dibawah ini dapat diketahui urutan simulasi dengan software ETAP. START Mendesain Single Line Diagram Memasukkan parameter parameter pada ETAP Run Load Flow Run Realibility STOP Gambar 2.10 Flow Chart Simulasi Software ETAP 2.8 Metode Reliability Index Assessment (RIA) Reliability Index Assessment merupakan sebuah metode yang mengevaluasi indeks keandalan jaringan distribusi dengan mengasumsikan kegagalan dari suatu peralatan, setelah itu mengidentifikasi kegagalan tersebut, dan menganalisa bagaimana efek kegagalan peralatan tersebut mempengaruhi operasi sistem distribusi 20 KV. Kemudian kegagalan pada setiap komponen dianalisa untuk

20 25 mendapatkan indeks keandalan kontribusi yang mempengaruhi indeks keandalan sistem. Gambar 2.11 Flow Chart Perhitungan RIA