Politeknik Negeri Sriwijaya

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Umum Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Jaringan Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah : a. Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan). b. Merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. Jaringan distribusi dibedakan atas jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. jaringan distribusi primer adalah jaringan dari trafo gardu induk ke gardu distribusi, yang dikenal dengan jaringan tegangan menengah, sedangkan jaringan distribusi sekunder adalah jaringan distribusi dari trafo distribusi hingga konsumen atau beban, yang lebih dikenal dengan jaringan tegangan rendah. Di Indonesia tegangan pada jaringan tegangan menengah yang digunakan adalah sebesar 20 kv. [1] 2.2 Pengelompokan Sistem Tenaga Listrik Untuk kemudahan dan penyederhanaan, lalu diadakan pembagian serta pembatasan-pembatasan. Daerah I : Bagian Pembangkitan ( Generation ) Daerah II : Bagian penyaluran ( Transmission ), Bertegangan tinggi (HV, UHV, EHV). Daerah III : Bagian distribusi primer, bertegangan menengah (6 atau 20 kv). Daerah IV : Didalam bangunan pada beban/ konsumen, Instalasi bertegangan rendah. [1] Berdasarkan pembatasan-pembatasan tersebut, maka diketahui bahwa porsi materi Sistem Distribusi adalah Daerah III dan IV, yang pada dasarnya 5

2 6 dapat dikelasifikasikan menurut beberapa cara, bergantung dari segi apa kelasifikasi itu dibuat. Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah: a. SUTM, terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan per-lengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus. b. SKTM, terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination, batu bata, pasir dan lain-lain. c. Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabel-kabel, transformer band, peralatan grounding, dan lain-lain. d. SUTR dan SKTR terdiri dari: sama dengan perlengkapan/ material pada SUTM dan SKTM. Yang membedakan hanya dimensinya. [1] Gambar 2.1 Lay out Sistem Distribusi Tegangan Menengah [5]

3 7 2.3 Pola Jaringan Distribusi Primer Pada saluran distribusi dikenal berbagai macam jenis feeder (penyulang), ada yang sebagai feeder primer dan ada yang sebagai feeder sekunder. Jenisjenis feeder ini sangat diperlukan dalam memenuhi tingkat kontinuitas pelayanan pada pelanggan. Terdapat beberapa macam pola dan konfigurasi jaringan distribusi primer adalah : a. Jaringan distribusi Radial b. Jaringan distribusi Ring (Loop) c. Jaringan distribusi Spindle d. Jaringan distribusi Cluster e. Jaringan Distribusi Hantaran Penghubung (Tie Line) f. Jaringan Distribusi Grid Jaringan Distribusi Radial Jaringan distribusi radial merupakan bentuk jaringan yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial. Diagram satu garis sistem radial dapat dilihat pada gambar 2.2. [1] Gardu Induk JTM Gardu Distribusi Gardu Distribusi Gardu Distribusi Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial [1] Keuntungan dari sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibandingkan dengan sitem yang lain. Sedangkan kerugiannya adalah keandalan sistemnya lebih rendah dibandingkan dengan sistem yang lainnya, hal ini disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama yang JTR

4 8 menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama mengalami ganguan, maka seluruh gardu akan ikut mengalami pemadaman. [1] Jaringan Distribusi Ring dan Loop Jaringan Distribusi Ring dan Loop yaitu jaringan yang mempunyai alternatif pasokan tenaga listrik jika terjadi gangguan. Susunan penyulang yang membentuk ring memungkinkan titik beban dilayani dari dua arah penyulang, sehingga kontinyuitas pelayanan lebih terjamin, serta kualitas dayanya menjadi lebih baik, karena rugi tegangan dan rugi daya pada saluran menjadi lebih kecil. Diagram satu garis sistem jaringan distribusi ring (loop) dapat dilihat pada gambar 2.3. [1] Jaringan Distribusi Ring Gardu Induk Gardu Induk Jaringan Distribusi Loop Gardu Induk Gambar 2.3 Konfigurasi Jaringan Distribusi Ring dan Loop [1]

5 9 Pada tipe ini, kualitas dan kontinyuitas pelayanan daya memang lebih baik, tetapi biaya investasinya lebih mahal, hal ini dikarenakan dibutuhkan pemutus bebab yang lebih banyak. Bila digunakan dengan pemutus beban yang otomatis (dilengkapi dengan recloser atau AVS) maka pengamanan dapat berlangsung cepat dan praktis, dengan cepat pula daerah gangguan segera beroperasi kembali bila gangguan telah teratasi. Sistem ini cocok digunakan pada daerah beban yang padat dan memerlukan keandalan yang tinggi. [2] Jaringan Distribusi Spindle Jaringan distribusi Spindle merupakan suatu pola kombinasi jarinagn dari pola radial dan ring. Spinde terdiri dari beberapa penyulang dengan sumber tegangan yang berasal dari gardu induk distribusi dan kemudian disalurkan pada sebuah gardu hubung. Pada tipe ini biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah penyulang langsung (express) yang akan terhubung dengan gardu hubung. Pola spindle biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah yang menggunakan kabel tanah/ saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM). Diagram satu garis Jaringan distribusi Spindle dapat dilihat pada gambar 2.4. [1] Gardu Induk Express Feeder Gardu Hubung Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan distribusi Spindle [1]

6 Jaringan Distribusi Cluster Jaringan distribusi Cluster banyak dugunakan untuk kota besar yang mempunyai kerapatan beban yang tinggi. Dalam sistem ini terdapat saklar pemutus beban dan penyulang cadangan. Dimana penyulang ini berfungsi bila ada gangguan yang terjadi pada salah satu penyulang konsumen maka penyulang cadangan inilah yang menggantikan fungsi supplai ke konsumen. [1] Trafo Distribusi Busbar 20 kv Busbar 150 kv 20 kv 150 kv Gardu Induk 20 kv 20 kv Trafo Distribusi 20 kv Beban Pemutus 20 kv Gambar 2.5 Konfigurasi Jaringan distribusi Cluster [1] Jaringan Distribusi Hantaran Penghubung (Tie Line) Sistem distribusi Tie Line ditunjukkan pada gambar 2.6 digunakan untuk pelanggan penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit dan lain-lain). Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan setiap penyulang langsung terkoneksi ke gardu pelanggan khusus. Sehingga bila salah satu penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan dipindah ke penyulang lain. [1]

7 11 Pemutus Tenaga Pemutus Tenaga 20 kv 20 kv 150 kv Gardu Induk 20 kv Penyulang Gardu Konsumen (khusus) Busbar 150 kv Busbar 20 kv Busbar 20 kv Gambar 2.6 Konfigurasi Jaringan distribusi Hantaran Penghubung (Tie Line) [1] Jaringan Distribusi Grid Jaringan Distribusi Grid ini mempunyai bebarapa rel daya dan antara rel-rel tersebut dihubungkan oleh saluran penghubung (Coupler) yang disebut tie feeder. Maka setiap gardu distribusi dapat menerima atau mengirim daya dari atau ke rel lain. Adapun klebihan kontinuitas pelayananan lebih baik dari pola radial atau loop, fleksibel dalam menghadapi perkembangan beban dan sesuai untuk daerah dengan kerapatan beban yang tinggi, sementara kekurangannya adalah sistem proteksi yang rumit dan mahal dan biaya investasi yang mahal. Tie Feeder Gardu Induk Gardu Induk Gambar 2.7 Konfigurasi Jaringan distribusi Grid [1]

8 Macam Jaringan Distribusi Primer Berdasarkan fungsinya, maka suatu sistem jaringan distribusi dengan bagian-bagiannya dapat merupakan suatu bentuk, susunan dan macam yang berbeda disesuaikan dengan tujuan tertentu. Dilihat dari jenisnya maka dikenal dua macam saluran distribusi yaitu : Saluran Udara Saluran Udara digunakan pada daerah yang memiliki kerapatan beban yang rendah karena biaya investasi untuk penyediaan tempat dan materialnya cenderung lebih murah adapun keuntungan lainnya yaitu : a. Mudah melakukan perluasan pelayanan. b. Mudah melakukan pemeriksaan saat terjadi gangguan. c. Mudah melakukan pemeliharaan jaringan. d. Tiang-tiang distribusi primer juga dapat digunakan untuk jaringan distribusi sekunder dan untuk tempat pemsangan gardu tiang sehingga dapat mengurangi biaya pemasangan instalasinya. Saluran udara menyalurkan daya listrik melalui penghantar yang berupa kawat telanjang dan kabel yang digantung pada tiang-tiang dengan peralatan isolator. Gangguan-gangguan akan lebih mudah terjadi pada saluran udara sehingga mengakibatkan tingginya biaya untuk melakukan pemeliharaan. Adapun jenis tiang yang paling banyak digunakan pada jaringan distribusi primer adalah tiang beton yang lebih kokoh dan tidak mudah terkena korosi seperti halnya penggunaan tiang besi Saluran Bawah Tanah Saluran bawah tanah digunakan pada daerah yang memiliki kerapatan beban yang tinggi seperti pada pusat kota dan daerah industri. Hal ini dikarenakan pada daerah pusat kota dan industri terdapat bangunan-bangunan yang cukup tinggi sehingga dapat membahyakan keselamatan manusia apabila jenis saluran yang digunakan adalah saluran udara. Kentungan menggunaan saluran bawah tanah adalah terbebasnya penghantar dari gangguan pohon, sambaran petir dan tidak akan

9 13 menyebabkan bahaya sentuh oleh manusia. Namun saluran bawah tanah memiliki beberapa kelemahan diantaranya : a. Biaya yang diperlukan relatif mahal. b. Tidak fleksibel terhadap perubahan jaringan. c. Gangguan jaringan yang sering terjadi bersifat permanen. d. Waktu dan biaya yang dibutuhkan untuk melakukan perbaikan saat terjadi gangguan cenderung lebih lama dan lebih mahal. 2.5 Penghantar Pada Jaringan Distribusi Terdapat beberapa jenis penghantar yang digunakan pada jaringan distribusi tegangan menengah yaitu : Penghantar AAC AAC (All Aluminium Conductor), yaitu penghantar yang terbuat dari kawat-kawat aluminium keras yang dipilin, tidak berisolasi dan berinti baja. Penghantar jenis ini bentuknya berurat banyak dengan ukurannya antara mm. [2] Gambar 2.8 Penghantar Jenis AAC Penghantar AAAC AAAC (All Aluminium Alloy Conductor) yaitu penghantar yang terbuat dari kawat-kawat aluminium campuran yang dipilin, tidak berisolasi dan tidak berinti. Penghantar jenis ini mempunyai ukuran diameter antara 1,50-4,50 mm, dengan bentuk fisiknya berurat banyak. [9] Gambar 2.9 Penghantar jenis AAAC

10 Penghantar AAACS AAACS (All Aluminium Alloy Conductor Shielded) merupakan penghantar AAAC yang berselubung polietilen ikat silang (XLPE). Penghantarnya berupa aluminium paduan dipilin bulat tidak dipadatkan. Isolasi kabel AAACS memiliki keutahanan isolasi sampai dengan 6 kv sehingga penghantar jenis ini harus diperlakukan seperti halnya penghantar udara telanjang. [9] Gambar 2.10 Penghantar jenis AAACS Penghantar NYFGbY Penghantar jenis ini berisolasi dan berselubung PVC berperisai kawat baja atau aluminium untuk tegangan kerja sampai dengan 0,6/1 kv. Dengan adanya pelindung kawat pita baja, kabel ini memungkinkan ditanam langsung kedalam tanah tanpa pelindung tambahan. Gambar 2.11 Penghantar jenis NYFGbY 2.6 Parameter Listrik Saluran Distribusi Saluran distribusi tenaga listrik adalah merupakan sarana penyaluran tenaga listrik bagian hilir setelah saluran transmisi yang telah dibangkitkan oleh suatu sistem pembangkit yang mempunyai konstanta-konstanta yang dapat mempengaruhi karakteristik dalam menyalurkan tenaga listrik. Adapun konstanta-konstanta tersebut adalah resistansi, induktansi, kapasitansi. Kapasitansi pada saluran distribusi dengan saluran pendek (short lines < 80 km) nilai kapasitansinya dapat diabaikan. [7]

11 Resistansi Saluran Resistansi dari penghantar saluran distribusi adalah penyebab yang utama dan rugi daya (power loss) pada saluran distribusi. Resistansi dari suatu konduktor (kawat penghantar) diberikan oleh : R = Power Loss dalam konduktor (I) 2 (Ω) Resistansi direct-current (RDC) diberikan dengan formula : ρ. l RDC = A (Ω) [7] Dimana : ρ = resistivity konduktor (Ω.m) l = panjang konduktor (m) A = cross sectional area (m 2 ) Nilai resistivity konduktor pada temperatur 20ᵒ C : - Untuk tembaga, ρ = 10,66 Ω.cmil/ft atau = 1,77 x 10-8 Ω.m - Untuk aluminium, ρ = 17 Ω.cmil/ft atau = 2,83 x 10-8 Ω.m Konduktor pilin 3 strand menyebabkan kenaikan resistansi sebesar 1 %. Konduktor dengan strand terkonsentrasi (concentrically stranded conductors), menyebabkan kenaikan resistansi 2 %. Pengaruh kenaikan temperatur terhadap resistansi dapat ditentukan dari formula berikut : R 2 R 1 = T+ t 2 T+ t Dimana R1 dan R2 adalah resistansi masing-masing konduktor pada temperatur t1 dan t2, dan T adalah suatu konstanta yang nilainya sebagai berikut : T = 234,5 untuk tembaga dengan konduktifitas 100 %.

12 16 T = 241 untuk tembaga dengan konduktifitas 97,3 %. T = 228 untuk aluminium dengan konduktifitas 61 % Induktansi Saluran Induktansi saluran menggambarkan besarnya fluks magnet yang dihasilkan untuk setiap Ampere arus dari saluran, atau menggambarkan besarnya tegangan induksi untuk setiap perubahan arus terhadap waktu. Karena fluks magnet yang dihasilkan oleh seriap Ampere arus sangat tergantung dari konfigurasi saluran, maka induktansi ditentukan oleh konfigurasi saluran. Induktansi rata-rata per fasa per satuan panjang untuk saluran tiga fasa dirumuskan sebagai : Gambar 2.12 Konfigurasi Horizontal Tiga Fasa L = (0,5 + 4,6 log d r r ) 10 7 H/m [8] Gambar 2.13 Konfigurasi Delta Tiga Fasa L = (2 log d r ) 10 7 H/m

13 17 Gambar 2.14 Konfigurasi Vertikal Tiga Fasa d L = (2 log ) 0,779 r 10 7 H/m [5] Dimana : L = Induktansi Konduktor d = jarak antara konduktor r = radius konduktor Reaktansi Saluran Dalam hal arus bolak-balik medan sekeliling konduktor tidaklah konstan melainkan berubah-ubah dan mengait dengan konduktor itu sendiri maupun konduktor lain yang berdekatan oleh karena adanya fluks yang memiliki sifat induktansi. Bila letak konduktor tidak simetris, maka perlu dihitung nilai d (jarak antara konduktor) dengan rumus : 3 d = (d 1 d 2 d 3 ) Untuk besarnya reaktansi ditentukan oleh induktansi dari kawat dan frekuensi arus bolak-balik yaitu : X L = 2π. f. L

14 18 Dimana : XL 2π f L = Reaktansi kawat penghantar (Ω) = Sudut arus bolak-balik = Frekuensi sistem (50 Hz) = Induktansi konduktor (H/km) 2.7 Drop Tegangan Suatu jaringan distribusi primer dikatakan kondisi tegangannya buruk apabila pada jaringan tersebut variasi tegangannya turun atau naik lebih dari tinggi dari harga yang diizinkan, sehingga mempengaruhi peralatan-peralatan listrik konsumen. Timbulnya penurunan tegangan pada jaringan diakibatkan oleh adanya drop tegangan pada jaringan/ saluran atau peralatan yang membangun sistem jaringan distribusi primer tersebut. Besarnya drop tegangan pada jaringan distribusi primer didefenisikan sebagai selisih tegangan antara sisi pangkal pengirim (Vs) dengan tegangan pada sisi ujung penerima (VR), atau dapat ditulis sebagai berikut : V = Vs-VR Berikut adalah diagram phasor saluran distribusi : Vs Vr IZ IX I IR Gambar 2.15 Diagram phasor Saluran Distribusi [6]

15 19 Untuk mendapatkan susut tegangan distribusi primer dengan sistem pendekatan seperti pada diagram phasor diatas yaitu dengan mengasumsikan bahwa VS dan VR berhimpitan. Pada gambar 2.15 dapat diperhatikan bahwa persamaan tegangan yang mendasari diagram phasor tersebut adalah : VS = VR + I ( R cos θ + jx sin θ ) [6] Karena faktor I ( R cos θ + X sin θ ) sama dengan IZ, maka persamaan menjadi: VS = VR + IZ atau VS - VR = IZ [6] Sehingga V = IZ V=I(R cos θ + jx sin θ) [6] Maka untuk saluran distribusi primer perhitungan besar drop tegangan pada saluran distribusi primer 3 fasa adalah : V= 3. I. L(R cos θ + jx sin θ) [6] Besar persentase susut tegangan pada saluran distribusi primer dapat dihitung dengan : Dimana : % V = V Vs V = Drop tegangan (Volt) % V= persentase drop tegangan (%) Vs = Tegangan Sumber (V) R = Resistansi Jaringan (Ω/km) 100% [6]

16 20 jx = Reaktansi Jaringan (Ω/km) I = Arus Saluran (A) L = Panjang saluran Cos θ = 0,85 dan Sin θ = 0, Matlab Pengertian Matlab Matlab merupakan singkatan dari matrix laboratory, dimana Matlab merupakan perangkat lunak atau software untuk komputasi teknis dan saintifik. Matlab merupakan integrasi komputasi, visualisasi dan pemograman yang mudah digunakan. Sehingga Matlab banyak digunakan sebagai : a. Kalkulator, ketika bertindak sebagai kalkulator, Matlab memberikan hasil seketika setelah perintah operasi diberikan. b. Bahasa Pemrograman, Matlab yang merupakan bahasa pemograman tingkat tinggi berbasis pada matriks sering digunakan untuk teknik komputasi numerik, yang digunakan untuk menyelesaikan masalahmasalah yang melibatkan operasi matematika elemen, matrik, optimasi, aproksimasi dan lain-lain. Sehingga Matlab banyak digunakan pada : - Matematika dan Komputansi. - Pengembangan dan Algoritma. - Pemrograman modeling, simulasi dan pembuatan prototipe. - Analisa data, eksplorasi dan visualisasi. - Analisis numerik dan statistik. - Pengembangan aplikasi teknik. Adapun macam-macam operasi yang dapat dilakukan oleh Matlab adalah sebagai berikut : a. Skalar : berupa bilangan real atau kompleks. b. Matriks dan Vektor : dengan elemen bidang real atau kompleks. c. Teks : pengolahan data. [3]

17 Window-window pada Matlab Ada beberapa macam window yang tersedia dalam Matlab yang merupakan window untuk memulai penggunaan Matlab. Gambar 2.16 Tampilan awal Matlab Adapun beberapa macam window pada matlab diantaranya : a. Command Window Pada command window, semua perintah matlab dituliskan dan diekskusi. Kita dapat menuliskan perintah perhitungan sederhana, memanggil fungsi, mencari informasi tentang sebuah fungsi dengan aturan penulisannya (help), demo program, dan sebagainya. [4] Setiap penulisan perintah selalu diawali dengan prompt >>. Misal, mencari nilai sin 75, maka pada command window kita dapat mengetikkan seperti pada gambar 2.17 :

18 22 Gambar 2.17 Tampilan Command Window b. Command History Pada Command History berisi informasi tentang perintah yang pernah dituliskan sebelumnya. Kita dapat mengambil kembali perintah dengan menekan tombol panah ke atas atau mengklik perintah pada jendela histori, kemudian melakukan copy paste ke command window. [4] Gambar 2.18 Tampilan Command History

19 23 c. Workspace Workspace merupakan window data-data yang dibuat pada Command Window dengan kata lain Workspace berisi informasi pemakaian variabel di dalam memori matlab. [4] Gambar 2.19 Tampilan Workspace Pemrograman M-File M file merupakan sederetan perintah matlab yang dituliskan secara berurutan sebagai sebuah file. Nama file yang tersimpan akan memiliki ekstensi.m yang menandakan bahwa file yang dibuat adalah file matlab. M file dapat ditulis sebagai sebuah script atau dapat pula ditulis sebagai sebuah fungsi yang menerima argument atau masukan yang menghasilkan output. [4] Contoh script sederhana dari matlab:

20 24 Gambar 2.20 Contoh script sederhana dari matlab Jika di running, hasilnya akan terlihat di command window seperti berikut: Gambar 2.21 Contoh script yang telah di running