BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Tenaga Listrik Menurut Kadir (2006) bahwa suatu sistem tenaga listrik yang lengkap terdiri atas empat komponen, yaitu : 1. Pembangkit tenaga listrik. 2. Sistem transmisi. 3. Sistem distribusi. 4. Konsumen. 2.1.1 Pembangkit tenaga listrik Energi listrik yang dihasilkan pusat pembangkitan disalurkan melalui jaringan transmisi. Tegangan generator pembangkit relatif rendah (6 k 24 k). Maka tegangan ini dinaikan dengan transformator daya ke tegangan yang lebih tinggi antara 150 k 500 k. Tujuan peningkatan tegangan ini, selain memperbesar daya hantar dari saluran juga untuk memperkecil rugi daya dan susut tegangan pada saluran transmisi. Penurunan tegangan dari jaringan tegangan tinggi/ekstra tinggi sebelum ke konsumen dilakukan dua kali. Yang pertama dilakukan di gardu induk (GI), menurunkan tegangan dari 500 k ke 150 k atau dari 150 k ke 70 k. Pusat pembangkit tenaga listrik (electric power station) biasanya terletak jauh dari pusat beban. Tenaga listrik yang dibangkitkan oleh pembangkit tenaga listrik yang letaknya jauh dari pusat beban disalurkan kepada konsumen melalui tahapan transmisi dan distribusi. Sedangkan untuk pembangkit yang letaknya dekat dengan pusat beban, tenaga listrik yang dibangkitkan langsung disalurkan ke Gardu Induk (GI) kemudian didistribusikan kepada konsumen.
6 2.1.2 Sistem transmisi tenaga listrik Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transmisi menuju ke pusat-pusat beban. Saluran transmisi menurut penyalurannya ada dua macam yaitu : 1. Saluran Udara.(Overhead) adalah saluran transmisi yang menggunakan kawat-kawat telanjang yang digantungkan pada tiang transmisi dengan peralatan-peralatan pengaman dan isolator. 2. Saluran bawah Tanah ( Underground) adalah saluran transmisi yang menggunakan konduktor-konduktor berisolasi yang ditanam dengan kedalaman tertentu dibawah tanah. Masing-masing cara penyaluran diatas memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Dibandingkan dengan saluran udara, saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir dan sebagainya. Selain itu saluran bawah tanah lebih estetis karena tidak menggangu pandangan. Karena alasan terakhir ini, saluran-saluran bawah tanah lebih disukai, terutama di daerah yang padat penduduknya dan di kota-kota besar. Namun biaya pembangunanya lebih mahal dan perbaikan bila terjadi gangguan sulit dilakukan dibandingkan dengan saluran udara. Pilihan antara saluran udara dan saluran kabel tergantung pada berbagai faktor, antara lain rute saluran, kontuinitas pelayanan, pengembangan daerah, biaya pemeliharaan tahunan, biaya modal dan umur manfaat sistem. 2.1.3 Sistem distribusi tenaga listrik Sistem distribusi tenaga listrik adalah kumpulan dari interkoneksi bagian-bagian rangkaian listrik dari sumber daya ( transformator daya pada gardu induk distribusi ) yang besar sampai saklar-saklar pelayanan pelanggan.
7 Secara garis besar jaringan distribusi dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Distribusi primer Jaringan distribusi primer merupakan jaringan penyulang. Jaringan ini berawal dari sisi sekunder transformator daya yang terpasang pada gardu induk hingga ke sisi primer transformator distribusi yang terpasang pada tiang-tiang saluran. Dari keluaran penyulang, tenaga listrik disalurkan melalui saluran distribusi primer dengan tegangan sebesar 20 k menuju ke pusat-pusat beban melalui SUTM ( Saluran Udara Tegangan Menengah) dan SKTM (Saluran Kabel Tegangan Menengah ). 2. Distribusi sekunder Jaringan distribusi sekunder berawal dari sisi sekunder transformator distribusi dan berakhir pada alat ukur (meteran) pelanggan. Sistem jaringan distribusi sekunder disalurkan kepada para pelanggan melalui kawat berisolasi. Terdapat dua jenis penyaluran, yaitu saluran udara tegangan rendah (SUTR) dan Saluran Kabel Tegangan Rendah (SKTR). Tegangan pada saluran ini diturunkan menjadi 380/220. 2.1.4 Konsumen listrik Konsumen listrik, dapat dikelompokkan menjadi empat, yaitu : 1. Konsumen rumah tangga. 2. Konsumen industri. 3. Konsumen sosial. 4. Konsumen bisnis. Pembagian jenis konsumen tersebut bertujuan untuk memudahkan pembagian kebutuhan energi listrik.
8 Gambar 2.1 Diagram Satu Garis Sistem Penyaluran Tenaga Listrik 2.2 Struktur Distribusi Tenaga Listrik 2.2.1 Gardu induk Gardu induk memberikan suplai tenaga listrik ke jaringan distribusi. Tegangan yang disuplai gardu induk adalah tegangan menengah karena pada gardu induk, tegangan tinggi yang diterima diturunkan terlebih dahulu sebelum disalurkan ke daerah beban yang dikehendaki. Secara lebih rinci, gardu induk berfungsi sebagai berikut : 1. Pengukuran, pengawasan operasi, serta pengaturan dan pengamanan sistem tenaga listrik. 2. Mengubah tegangan tenaga listrik yang dibangkitkan oleh pembangkit menjadi tegangan tinggi kemudian mengubahnya lagi menjadi tegangan menengah. 2.2.2 Gardu hubung (switch substation) Gardu hubung merupakan gardu penghubung antara gardu induk dengan gardu distribusi. Pada gardu hubung tidak terdapat transformator, tetapi hanya perlengkapan hubung bagi (switch gear) dan busbar. Gardu hubung terdiri
9 dari gardu hubung spindel yang memiliki maksimum 7 unit penyulang dan gardu hubung non-spindel yang memiliki 3 unit penyulang. Gardu hubung berfungsi sebagai : 1. Titik pengumpul dari satu atau lebih sumber dan penyulang. 2. Tempat pengalihan beban apabila terjadi gangguan pada salah satu jaringan yang dilayani 2.2.3 Gardu distribusi Pada gardu distribusi terdapat transformator distribusi dan merupakan daerah / titik pertemuan antara jaringan primer dan jaringan sekunder karena pada gardu ini tegangan menengah (TM) diubah ketegangan rendah (TR). 2.2.4 Penyulang (feeder) Penyulang dalam jaringan distribusi merupakan saluran yang digunakan untuk menyalurkan daya listrik pada masing-masing beban. Biasanya penyulang diberi nama sesuai dengan nama daerah beban yang dilayani dengan tujuan memudahkan mengingat dan menandai rute penyulang. 2.3 Jaringan Disribusi Primer Jaringan distribusi primer adalah bagian dari sistem tenaga listrik diantara Gardu Induk (GI) dan Gardu Distribusi. Jaringan distribusi primer pada umumnya terdiri dari jaringan tiga fasa, yang jumlah kawatnya tiga atau empat kawat. Tegangan kerja jaringan distribusi primer adalah 20 k. Penurunan tegangan sistem ini dari tegangan transmisi pertama-tama pada gardu induk subtransmisi dimana tegangan diturunkan ke tegangan yang lebih rendah mulai sistem tegangan 500 K ke sistem tegangan 150 K atau ke tegangan sistem 70 K, kemudian pada gardu induk distribusi kembali dilakukan penurunan tegangan menjadi 20 K. Saluran distribusi primer dibentangkan sepanjang daerah yang disuplai tenaga listrik sampai pada pusat beban terakhir.
10 Dalam pendistribusian tenaga listrik, harus diperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1. Regulasi tegangan yaitu variasi tegangan pelayanan (tegangan terminal konsumen) harus pada batas-batas yang diijinkan yaitu ± 5% dari tegangan kerja. 2. Kontinuitas pelayanan dan pengamanan yaitu tidak sering terjadi pemadaman listrik karena gangguan dan jika terjadi dapat dengan cepat diatasi. Hal tersebut dapat dicapai dengan sistem pengamanan yang baik. 3. Efisiensi sistem distribusi listrik yaitu menekan serendah mungkin rugi-rugi teknis dengan pemilihan peralatan dan pengoperasian yang baik serta menekan rugi-rugi non teknis dengan mencegah pencurian dan kesalahan pengukuran. 4. Fleksibilitas terhadap pertambahan beban. Untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik baik berupa pusat pembangkit maupun gardu induk sampai ke pusat-pusat beban digunakan jaringan tegangan menengah. Sistem penyaluran daya listrik dalam sistem jaringan distribusi primer dapat dibedakan menjadi tiga yaitu : 1. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Jenis penghantar yang dipakai adalah konduktor telanjang (tanpa isolasi) seperti kabel AAAC (All Aluminium Alloy Conductor), ACSR (Aluminium Conductor Stell Reinforced). 2. Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel berisolasi seperti MTIC (Medium oltage Twisted Insulated Cable). 3. Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel tanam berisolasi PC (Poly enyl Clorida), XLPE (Crosslink Polyethelene).
11 2.4 Jaringan Distribusi Sekunder Jaringan distribusi sekunder merupakan bagian dari jaringan distribusi primer dimana jaringan ini berhubungan langsung dengan konsumen tenaga listrik. Pada jaringan distribusi sekunder sistem tegangan distribusi primer 20 k diturunkan menjadi sistem tegangan rendah 380/220. Sistem penyaluran daya listrik pada jaringan distribusi sekunder dapat dibedakan menjadi dua yaitu : 1. Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) Jenis penghantar yang digunakan adalah kabel telanjang (tanpa isolasi) seperti kabel AAAC dan kabel ACSR. 2. Saluran Kabel Udara Tegangan Rendah (SKUTR) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel berisolasi seperti kabel LTC (Low oltage Twisted Cable). 2.5 Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer Terdapat empat macam konfigurasi jaringan distribusi tegangan menengah, yaitu : 1. Jaringan distribusi tipe radial.. 2. Jaringan distribusi tipe loop/ring. 3. Jaringan distribusi tipe spindel. 4. Jaringan distribusi tipe gugus (mesh). Masing-masing tipe sistem jaringan distribusi primer mempunyai karakteristik serta keuntungan dan kerugian masing-masing. 2.5.1 Sistem distribusi tipe radial Sistem distribusi tipe radial merupakan bentuk dasar dari semua tipe jaringan dan merupakan konfigurasi yang paling sederhana. Tipe radial merupakan tipe yang paling banyak digunakan. Dinamakan radial karena saluran ini ditarik secara radial dari satu titik yang merupakan sumber catu daya dan dicabangkan ke titik-titik beban. Percabangan-percabangan menyebabkan arus
12 beban yang mengalir di sepanjang saluran tidak sama besar. Bila terjadi gangguan pada sumber ataupun penyulang, maka semua beban yang dilayani oleh jaringan ini akan padam. Berkut ini adalah kelebihan dan kekurangan tipe radial : 1. Kelebihan - bentuknya sederhana - biaya investasi relatif murah. 2. Kekurangan - kualitas pelayanan kurang baik, karena drop tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar - kontinuitas pelayanan kurang baik, karena antara sumber dan beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila saluran tersebut mengalami gangguan maka seluruh rangkaian setelah titik gangguan akan padam - keandalan sistem kurang baik. Trafo distribusi Trafo distribusi Main feeder Konsumen Gambar 2.2 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Radial (Sumber : Gonen, 1986) Untuk mengatasi gangguan, jaringan tipe radial dilengkapi dengan peralatan-peralatan pengaman seperti, fuse, recloser, sectionalizer, atau alat pemutus beban yang lain. Namun penggunaannya hanya untuk membatasi daerah
13 yang padam, yaitu daerah di belakang titik gangguan selama gangguan belum dapat diatasi. 2.5.2 Sistem distribusi tipe loop Sistem jaringan distribusi primer tipe lingkar (loop/ring) mensuplai beban dari dua sumber daya dan dari dua arah penyulang. Penggunaan dua penyulang yang berlainan arah bertujuan untuk menghindari pemadaman bila terjadi gangguan pada salah satu penyulang, Sistem ini memiliki keandalan dan kontinuitas yang lebih baik dibandingkan sistem radial. Karena jumlah sumber dan penyulang yang ada pada suatu jaringan lebih dari satu buah. Adapun kelebihan dan kekurangan tipe loop adalah : 1. Kelebihan - kontinuitas penyaluran daya listrik baik - stabilitas tegangan baik - tingkat keamanan dan keandalan cukup baik - fleksibel terhadap pertumbuhan beban dan pengembangan sistem. 2. Kekurangan - biaya instalasi dan pengamanan cukup mahal. Trafo distribusi Trafo distribusi PMT Trafo distribusi Gambar 2.3 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe lingkar (Loop/Ring) (Sumber : Gonen, 1986)
14 Konfigurasi tipe ini dapat digunakan untuk melayani beban yang cukup besar seperti rumah sakit, industri, dan beban yang lain yang membutuhkan kontinuitas pelayanan dan stabilitas tegangan yang baik. 2.5.3 Sistem distribusi tipe spindel Sistem jaringan distribusi primer tipe spindel merupakan modifikasi dari sistem loop. Konstruksi dan operasionalnya hampir sama dengan tipe loop, yang membedakan tipe spindel memiliki dua jenis penyulang, yaitu : 1.Penyulang kerja (working feeder) penyulang yang dioperasikan untuk mengalirkan daya listrik dari sumber pembangkit sampai kepada konsumen, penyulang ini dioperasikan dalam keadaan bertegangan dan berbeban. Operasi normal penyulang ini hampir sama seperti sistem radial. 2.Penyulang cadangan (feeder express) penyulang yang dihubungkan langsung dari gardu induk menuju gardu hubung melalui lintasan terpendek. Pada kondisi normal, penyulang ini tidak dibebani tetapi mempunyai tegangan sesuai dengan tegangan kerja sistem. Feeder express berfungsi sebagai penyulang cadangan bila ada penyulang yang mengalami gangguan. Jumlah penyulang yang menghubungkan gardu induk dan gardu hubung maksimum tujuh feeder, yaitu enam working feeder dalam keadaan berbeban dan sebuah feeder dalam keadaan tanpa beban sebagai cadangan. Adapun kelebihan dan kekurangan konfigurasi tipe spindel adalah : 1. Kelebihan - keandalan sistem tinggi - drop tegangan dan rugi daya relatif kecil - beban pada tiap feeder terbatas
15 2. Kekurangan - biaya investasi dan operasional sangat mahal - harus mempunyai tenaga lapangan yang terampil GI Gardu Hubung Gambar 2.4 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Spindel (Sumber : Gonen, 1986) Konfigurasi jaringan spindel banyak digunakan untuk jenis beban yang membutuhkan keandalan sistem tenaga listrik yang tinggi, kontinuitas pelayanan, dan kualitas tegangan yang baik seperti, pusat-pusat pemerintahan. 2.5.4 Sistem distribusi tipe mesh Sistem jaringan distribusi mesh merupakan variasi dari sistem spindle. Tipe ini juga disebut tipe jaring-jaring karena rangkaiannya membentuk semacam jaring-jaring dimana antara daerah-daerah beban yang satu saling berhubungan dengan daerah beban yang lain. Sistem ini mempunyai tingkat keandalan dan kontinuitas yang baik.
16 Pemilihan penggunaan sistem mesh memerlukan perencanaan dan sistem pengaman yang lebih kompleks karena sistem ini menggunakan lebih dari dua sumber daya listrik dan mempunyai banyak feeder dari berbagai arah. Adapun kelebihan dan kekurangan sistem ini antara lain : 1. Kelebihan - fleksibel - keandalan baik - rugi-rugi daya kecil. 2. Kekurangan - biayanya mahal - pengoperasiannya sulit. GI GI GI GI GI Gambar 2.5 Sistem Jaringan Distribusi Primer Tipe Gugus (Mesh) (Sumber : Gonen, 1986) Sistem ini jarang dipergunakan pada sistem distribusi primer tegangan menengah. Pada umumnya sistem ini diterapkan pada sistem transmisi tegangan tinggi yang sering disebut sebagai sistem interkoneksi.
17 2.6 Saluran Distribusi Untuk menyalurkan tenaga listrik pada jaringan distribusi primer terdiri dari saluran udara dan saluran bawah tanah. Pemilihan jenis saluran yang akan digunakan untuk melayani kebutuhan tenaga listrik bagi konsumen listrik tersebut dapat digunakan dua jenis saluran yaitu saluran udara dan kabel tanah. 2.6.1 Saluran udara Saluran jaringan distribusi yang menggunakan konstruksi saluran udara, penyaluran tenaga listriknya dilakukan diatas tanah (pada udara terbuka), dengan menggunakan konduktor yang dipasang menggunakan tiang-tiang. Keuntungan dari jenis saluran udara diantaranya : 1. Biaya investasi murah. 2. Dalam menentukan daerah gangguan pada feeder lebih mudah sehingga pemadaman listrik karena perbaikan lokasi gangguan lebih cepat, serta gangguan-gangguan diluar sistem dapat dikurangi. 3. Fleksibel terhadap perkembangan beban. Kerugiannya pada saluran ini adalah : 1. Mudah mendapat gangguan dari luar seperti, angin, pohon, cuaca buruk, dan sebagainya. 2. Mengganggu keindahan lingkungan. Penggunaan konduktor saluran udara dapat dibedakan menjadi dua yaitu : 1. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Saluran Udara Tegangan Menengah merupakan saluran udara yang menggunakan konduktor kawat telanjang yang dipasang diatas tiang keandalannya relatif lebih rendah dibandingkan dengan hantaran jenis lain, yang disebabkan oleh gangguan baik karena kegagalan alat maupun gangguan dari alam atau manusia. Saluran udara ini umumnya digunakan di daerah yang tidak terdapat perumahan padat dan gedung-gedung bertingkat. Jenis bahan konduktor hantaran udara tegangan menengah adalah : a. Kawat tembaga atau Bare Copper Conductor.
18 b. Kawat Aluminium atau All Alluminium Conductor (AAC). c. Kawat campuran aluminium atau All Alloy Aluminium Conductor (AAAC). d. Kawat aluminium berinti kawat baja atau Aluminium Conductor Steel Reinforced (ACSR). 2. Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM) Saluran kabel udara tegangan menengah menggunakan konduktor berisolasi yang tingkat keandalannya lebih baik dibandingkan kawat telanjang. Jenis kabel udara tegangan menengah antara lain : a. MTIC (Medium oltage Twisted Insulated Cable). b. XLPE (Crosslink Polyethelene). 2.6.2 Saluran bawah tanah Penggunaan saluran udara seringkali menimbulkan masalah keamanan dan keindahan penataan kota dan wilayah, sehingga dipilih saluran distribusi yang menggunakan kabel bawah tanah sebagai alternatif. Adapun pertimbangan menggunakan saluran bawah tanah, antara lain : 1. Faktor keamanan lebih terjamin. 2. Kabel tanah tidak mudah mengalami gangguan akibat cuaca (hujan dan petir) maupun gangguan yang disebabkan manusia (tersangkut layang-layang). 3. Penggunaan kabel bawah tanah tidak mengganggu keindahan lingkungan karena tidak terdapat tiang-tiang penghantar dan kabel-kabel. 4. Keandalan sistem tenaga listrik lebih baik dibandingkan dengan saluran udara. Namun penyaluran listrik menggunakan kabel bawah tanah juga mempunyai kekurangan, yaitu bila terjadi gangguan sulit untuk menemukan lokasi gangguan, selain itu biaya instalasinya mahal. Penghantar yang digunakan adalah saluran kabel tanam tegangan menengah (SKTM). Penghantar ini mempunyai keandalan tinggi, sehingga banyak digunakan untuk daerah perkotaan dan industri. Ada dua macam kabel tanam yaitu kabel tanam dengan isolasi minyak dan kabel tanam dengan isolasi plastik (PC), sedangkan bahan konduktornya adalah tembaga dan aluminium.
19 2.7 Peralatan Sistem Tenaga Listrik Jaringan distribusi yang baik adalah jaringan yang memiliki perlengkapan dan peralatan yang cukup lengkap, baik itu peralatan kontruksi maupun peralatan proteksi. Untuk jaringan distribusi sistem saluran udara, peralatan proteksi dipasang diatas tiang-tiang listrik, berdekatan dengan letak pemasangan transformator. Perlengkapan perlengkapan tersebut sangat penting keberadaannya, terutama untuk peralatan proteksi. Agar dapat bekerja dengan baik dan terjaminnya kontinuitas pelayanan, maka harus dilakukan pemeliharaan secara rutin untuk mengetahui kerusakan dan keandalan dari masing-masing peralatan tersebut. Pemeliharan peralatan yang rutin sangat penting dilakukan agar setiap saat dapat diawasi keadaannya apakah masih layak dipakai atau tidak Perlengkapan utama pada sistem distribusi tersebut antara lain: 2.7.1 Transformator distribusi Transformator adalah salah satu peralatan sistem tenaga listrik yang digunakan untuk memindahkan dan menaikan atau menurunkan tegangan listrik berdasarkan prinsip kerja induksi elektromagnetik. Dalam sistem distribusi tenaga listrik transformator dapat dibagi berdasarkan sistem kerjanya menjadi dua macam yaitu: a. Transformator step up ( 11,6 K menjadi 150 K ) b. Transformator step down ( 150 K menjadi 20 K ) dan ( 20 K menjadi 380 / 220 olt ) Pada sistem distribusi menggunakan jenis transformator step down untuk menghasilkan tegangan yang diinginkan, yaitu dari tegangan menengah 20 k menjadi tegangan rendah 220/380 dengan frekuensi tetap untuk melayani pelanggan listrik. Berdasarkan jenis belitan transformator yang digunakan maka dalam sistem tenaga listrik terdapat dua macam jenis belitan antara lain:
20 1. Belitan bintang Gambar 2.6 Transformator Belitan Bintang 2. Belitan delta Gambar 2.7 Transformator Belitan Delta 2.7.2 Penghantar Penyaluran daya listrik dari sumber pembangkitan sampai ke beban menggunakan media penghantar. Ada dua macam penghantar listrik, yaitu: - Kawat Penghantar tanpa isolasi (telanjang) yang dibuat dari Cu dan AL. Contoh : BC, BCC, A2C, A3C, ACSR. - Kabel Penghantar yang terbungkus isolasi, ada yang berinti tunggal atau banyak, ada yang kaku atau berserabut, ada yang dipasang di udara atau di dalam tanah, dan masing- masing digunakan sesuai dengan kondisi pemasangannya. Contoh : NYA, NYM, NYY, NYMHY, NYYHY, NYFGBY. Daftar klasifikasi kabel dapat dilihat dari masing-masing karakter jenis kabelnya pada nomenklatur kabel.
21 2.7.3 Panel hubung bagi Panel Hubung Bagi (PHB) adalah panel berbentuk almari (cubicle), yang dapat dibedakan menjadi: - Panel Utama/MDP (Main Distribution Panel) - Panel Cabang/SDP (Sub-Distribution Panel) - Panel Beban/SSDP (Subsub-Distribution Panel) Untuk PHB sistem tegangan rendah, hantaran utamanya merupakan kabel feeder dan biasanya menggunakan NYFGBY. Di dalam panel biasanya busbar dibagi menjadi dua segmen yang saling berhubungan dengan sakelar pemisah, yang satu mendapat saluran masuk dari APP (pengusaha ketenagalistrikan) dan satunya lagi dari sumber listrik sendiri (genset). Dari kedua busbar didistribusikan ke beban secara langsung atau melalui SDP dan atau SSDP. Tujuan busbar dibagi menjadi dua segmen ini adalah jika sumber listrik dari PLN mati akibat gangguan ataupun karena pemeliharaan, maka suplai ke beban tidak akan terganggu dengan adanya sumber listrik sendiri (genset) sebagai cadangan. 2.7.4 Busbar Busbar adalah suatu bagian dari sistem tenaga listrik yang penggunaannya untuk mengkombinasikan bermacam feeder yang akan dibagi dalam melayani beban. Dalam sistem tenaga listrik busbar disebut juga rel daya. Busbar adalah konduktor berkapasitas arus besar yang berfungsi untuk terminal penampang arus yang masuk dan keluar melalui saluran masuk dan keluar melalui gardu induk. Busbar atau rel daya juga berfungsi untuk titik pertemuan atau hubungan antara transformator transformator, SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi) dan peralatan-peralatan listrik lainnya untuk menerima dan mendistribusikan tenaga listrik. Rel ini pada umumnya terbuat dari bahan ACSR.
22 2.7.5 Pengaman Salah satu tujuan pengamanan sistem tenaga listrik ialah terjaminnya penyaluran tenaga listrik, artinya bila terjadi gangguan (misalnya gangguan pada sistem distribusi yang sering terjadi). 1. Recloser Peralatan yang bertugas untuk memberikan perintah memutus atau menghubungkan daya secara otomatis adalah Pemutus Balik Otomatis (PBO) atau Recloser. Dengan penambahan relay penutup balik maka gangguan sementara tidak mengakibatkan pemutusan daya secara keseluruhan atau hanya terjadi pemutusan daya dalam waktu yang sangat singkat (beberapa detik). Recloser dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Menurut jumlah fasanya - Fasa tunggal - Fasa tiga b. Menurut media peredam busur api - Media minyak - Media hampa udara (vacum) c. Menurut peralatan pengendalinya - Pengaturan hidrolik - Pengaturan elektronik 2. Miniatur Circuit Breaker (MCB) MCB banyak digunakan untuk pengaman sirkit satu fasa dan tiga fasa. Keuntungan menggunakan MCB sebagai berikut. 1. Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat pada salah satu fasanya. 2. Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung singkat atau beban lebih. 3. Mempunyai tanggapan yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban lebih.
23 Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan elektromagnetis, pengaman termis berfungsi untuk mengamankan arus beban lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika terjadi hubung singkat. Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal), pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan sebuah kumparan yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak. MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu fasa, sedangkan untuk pengaman tiga fasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka kutub yang lainnya juga akan ikut terputus. Gambar 2.8 MCB Peralatan pengaman arus listrik untuk penghubung dan pemutus, antara lain : - CB (Circuit Breaker) - MCCB ( Molded Case Circuit Breaker ) - NFB (No Fuse Circuit Breaker) - ACB (Air Circuit Breaker) - OCB (Oil Circuit Breaker) - CB (acuum Circuit Breaker)
24 - SF6CB (Sulfur Circuit Breaker) - Sekering dan pemisah - Switch dan DS (Disconnecting Switch) 2.8 Perencanaan Sistem Distribusi Tenaga Listrik Perencanaan sistem distribusi tenaga listrik merupakan bagian yang esensial dalam mengantisipasi pertumbuhan kebutuhan energi listrik yang cukup pesat agar dapat menjaga kontinuitas pelayanan listrik..perencanaan sistem distribusi ini harus dilakukan secara sistematik dengan pendekatan yang didasarkan pada peramalan beban untuk memperoleh suatu pola pelayanan yang optimal. Pengembangan sistem yang terlambat memberikan resiko terjadinya pemadaman dalam penyediaan tenaga listrik bagi pelanggan sebagai akibat terjadinya pertambahan beban. Sebaliknya pengembangan sistem yang terlalu cepat merupakan pemborosan energi (Marsudi,1990). Tujuan perencanaan sistem distribusi adalah untuk mendapatkan suatu fleksibilitas pelayanan optimal yang mampu dengan cepat mengantisipasi pertumbuhan kebutuhan energi listrik yang terkait dengan makin tingginya konsumsi energi listrik dan kerapatan beban yang harus dilayani. Perencanaan yang baik akan memberikan konstribusi besar terhadap kualitas dan keandalan sistem distribusi. Kondisi ini disebabkan oleh kenyataan bahwa sistem distribusi merupakan pelayanan energi listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen sehingga adanya gangguan pada sistem distribusi akan berakibat langsung pada konsumen. Faktor teknis merupakan prioritas utama dalam merencanakan sistem kelistrikan. Penggunaan peralatan yang memenuhi persyaratan dari segi teknis akan mengurangi kerugian pada sistem penyaluran listrik. Adapun hal-hal yang diperhatikan dalam perencanaan faktor teknis antara lain : 1. Pemilihan konfigurasi sistem distribusi. 2. Pembebanan penyulang. 3. Jumlah penyulang..
25 4. Pemilihan rute penyulang. 5. Pemilihan ukuran konduktor. 6. Kapasitas pengaman. 7. Drop tegangan. 2.8.1 Konfigurasi sistem distribusi Faktor-faktor yang mempengaruhi dalam memilih konfigurasi sistem distribusi adalah (Kadir, 2006): 1. Kontinuitas pelayanan tenaga listrik. 2. Kualitas tegangan listrik. 3. Kuantitas tenaga listrik. 2.8.2 Pembebanan penyulang Suatu penyulang harus mampu dibebani pada saat kondisi diluar beban puncak maupun saat beban puncak. Kemampuan Hantar Arus (KHA) penyulang menjadi batasan didalam pembebanannya. Oleh karena itu diperlukan kesesuaian antara KHA penyulang yang akan direncanakan terhadap besar beban yang akan ditanggungnya supaya tidak terjadi pembebanan lebih diatas KHA penyulang yang dapat menyebabkan penyulang menjadi panas dan lama-kelamaan menjadi putus. 2.8.3 Jumlah penyulang Jumlah penyulang juga menentukan upaya memberikan pelayanan yang merata kepada konsumen. Faktor yang menjadi pertimbangan dalam menentukan jumlah penyulang adalah : 1. Kerapatan beban. 2. Lokasi beban. 3. Kapasitas Gardu Induk. 4. Panjang penyulang. 5. Tingkat tegangan.
26 6. Drop tegangan. 7. Ukuran konduktor. 8. Batas jumlah penyulang.. 2.8.4 Rute penyulang Pemilihan rute penyulang sangat penting dalam perencanaan sistem distribusi agar didapatkan hasil yang optimal dan seekonomis mungkin. Rute penyulang juga berpengaruh langsung pada kontinuitas tenaga listrik, karena hal ini menunjang langsung operasi pemulihan penyaluran saat terjadi gangguan. 2.8.5 Ukuran konduktor Ukuran konduktor erat kaitannya dengan rugi-rugi daya dalam penyaluran tenaga listrik dan juga berpengaruh terhadap regulasi tegangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan ukuran konduktor antara lain : 1. Ramalan beban (load forcasting). 2. Drop tegangan. Luas penampang konduktor dalam perencanaan dapat ditentukan dengan rumus (Kadir, 2006) : 2 L I S =... (2.2) k Keterangan : S = Luas penampang konduktor (mm²) L = Panjang saluran (m) I = Arus saluran (A) Δ = Drop tegangan () k = Daya hantar jenis (tembaga = 56, aluminium = 32,7) Kemudian besarnya luas penampang konduktor dari hasil perhitungan disesuaikan dengan spesifikasi konduktor yang ada.
27 2.8.6 Kapasitas pengaman Kapasitas pengaman dalam perencanaan dapat ditentukan dengan mencari besar arus saluran terlebih dahulu, yaitu dengan rumus (Gonen, 1986) : I = S 3... (2.3) Keterangan : I = Arus saluran (A) S = Daya semu (ka) = Tegangan saluran (k) Kemudian besarnya arus dari hasil perhitungan disesuaikan dengan kapasitas pengaman yang ada. Kapasitas pengaman dalam perencanaan sama dengan atau sedikit lebih besar dari arus saluran. 2.8.7 Drop tegangan Rugi tegangan atau voltage drop adalah perbedaan tegangan antara tegangan sumber dengan tegangan pada beban yang diakibatkan oleh adanya perubahan arus beban dan impedansi saluran. Dengan menggunakan rumus pendekatan untuk jaringan distribusi sekunder saluran pendek, maka rugi tegangan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut : d = I. R. cos φ + I. X. sin φ Jika diketahui jarak atau panjang saluran L (km), maka drop tegangan dapat dicari dengan : d = I.L.( R. cos φ + X. sin φ)... (2.4) Dimana : Cos φ = 2 R R X 2... (2.5) Sin φ = Sin (Arc cos φ)... (2.6)
28 Pada instalasi listrik tegangan rendah, umumnya panjang saluran (penghantar) relatif pendek dan saluran dapat diabaikan, karena pengaruh induktansi dan kapasitansi penghantar terhadap rugi tegangan ( d ) hampir tidak ada atau sangat kecil, sehingga persamaan diatas dapat ditulis : d = I. R. cos φ... (2.7) Dengan tahanan ( R ) dapat dicari dengan rumus : R =. L I.. L.cos Sehingga : d =... (2.8) A Untuk sistem tiga phasa, rugi tegangan adalah : d = 3. I.. L.cos... (2.8) A Dimana : d = Rugi Tegangan ( olt ) I = Arus Nominal Beban ( Ampere ) L = Panjang saluran / penghantar ( m ) cos φ = Faktor Daya ρ = Tahanan Jenis Beban Penghantar ( ohm-mm²/m ) Untuk tembaga : ρ = 0.0175 ohm-mm²/m Berdasarkan persyaratan yang ada, Penurunan tegangan maksimum pada beban penuh, yang dibolehkan dibeberapa titik pada jaringan distribusi adalah (SPLN 72 :1987) : 1. SUTM = 5 % dari tegangan kerja. 2. SKTM = 2 % dari tegangan kerja. 3. Transformator distribusi = 3 % dari tegangan kerja. 4. Saluran tegangan rendah = 4 % dari tegangan kerja. 5. Sambungan rumah = 1 % dari tegangan nominal. A
29 2.9 Peramalan Beban Tenaga Listrik Salah satu faktor yang sangat menentukan dalam perencanaan sistem tenaga listrik adalah peramalan beban. Pada proses perencanaan pengembangan sistem tenaga listrik diperlukan adanya suatu prakiraan kebutuhan tenaga listrik yang dapat memberikan informasi kepada pembuat kebijakan sehingga dengan prakiraan yang baik akan dapat mengurangi resiko pembangunan yang tidak dibutuhkan. Kebutuhan beban dari suatu daerah tergantung pada daerah, penduduk, standar kehidupan, rencana pengembangan sekarang dan masa yang akan datang, harga daya dan sebagainya (Pabla, 1986). Penggolongan karakteristik beban dibagi dalam dua hal, yaitu sifat sifat beban dan tipe tipe beban. Pabla menyatakan bahwa tipe tipe beban pada umumnya dapat dibagi dalam katagori sebagai berikut : 1. Beban Perumahan (Domestik) yang terdiri dari alat alat rumah tangga seperti penerangan, kipas angin, AC, setrika, mesin cuci, kompor listrik dan lain lain. 2. Beban Komersial, seperti penerangan untuk toko, reklame, dan alat alat listrik lainnya yang dipakai pada bangunan seperti restaurant, pasar dan sebagainya. 3. Beban Industri, yang terdiri dari industri rumah tangga, industri kecil, industri menengah, industri besar dan industri berat. 4. Beban Publik, yaitu beban untuk penerangan jalan yang menyala sepanjang malam, lampu taman, lampu lalu lintas, dan sebagainya. 5. Pertanian, untuk penyediaan air irigasi yang menggunakan pompa air digerakkan oleh motor listrik. 6. Beban beban lain, diluar beban beban yang telah disebutkan diatas. Beban sistem tenaga listrik adalah pemakaian tenaga listrik oleh pelanggan listrik. Besar kecilnya beban beserta perubahannya tergantung pada kebutuhan para pelanggan akan tenaga listrik. Tidak ada rumus eksak yang dapat memastikan besarnya beban untuk setiap saat, melainkan yang dilakukan hanyalah memperkirakan besarnya beban dengan melihat angka angka statistik
30 serta mengadakan analisa beban. Kebutuhan energi listrik merupakan bagian dari kebutuhan energi secara keseluruhan. Dari hasil peramalan kebutuhan energi listrik maka dapat dibuat perencanaan pembangunan pembangkit tenaga listrik, perencanaan penyaluran dan distribusi serta jaringan tenaga listrik yang baru. Selain itu dari hasil peramalan kebutuhan listrik akan dapat sebagai acuan untuk menetapkan tarif harga listrik maupun biaya pembangunan sarana penyediaan tenaga listrik. Secara umum peramalan beban dibedakan menjadi tiga, yaitu : 1. Peramalan beban jangka panjang. 2. Peramalan beban jangka menengah. 3. Peramalan beban jangka pendek 2.9.1 Peramalan beban jangka panjang Peramalan beban jangka panjang adalah peramalan beban untuk jangka waktu diatas satu tahun. Dalam peramalan jangka panjang masalah masalah makro ekonomi yang merupakan masalah ekstern perusahaan listrik merupakan faktor utama yang menentukan arah perkiraan beban. Faktor makro ekonomi tersebut misalnya pendapatan perkapita penduduk. Manfaat peramalan untuk perencanaan dan konstruksi generator generator baru dalam sistem transmisi dan sistem distribusi. 2.9.2 Peramalan beban jangka menengah Peramalan beban jangka menengah adalah peramalan beban untuk jangka waktu satu bulan sampai dengan satu tahun. Dalam peramalan beban jangka menengah masalah masalah managerial perusahaan merupakan faktor utama yang menentukan. Masalah masalah managerial perusahaan misalnya kemampuan teknis memperluas jaringan distribusi, kemampuan teknis menyelesaiakan proyek pembangkit listrik yang baru serta kemampuan teknis menyelesaikan proyek saluran transmisi. Masalah penyelesaian proyek sesungguhnya tidak sepenuhnya merupakan masalah intern perusahaan listrik, tetapi juga dipengaruhi oleh faktor ekstern khususnya jika menyangkut masalah
31 pembebasan tanah dan masalah dana. Manfaat peramalan ini adalah untuk penjadwalan pemeliharaan pembangkit hidrotermal tahunan dan koordinasi pengaturan pembagi tenaga listrik (power sharing). 2.9.3 Peramalan beban jangka pendek Peramalan beban jangka pendek adalah peramalan beban untuk jangka waktu beberapa jam sampai dengan satu minggu (168 jam). Dalam peramalan beban jangka pendek terdapat batas atas dan batas bawah untuk beban minimum yang ditentukan oleh peramalan beban jangka menengah. Besarnya beban untuk setiap jam ditentukan dengan memperhatikan ragam beban diwaktu lalu dengan memperhatikan berbagai informasi yang dapat mempengaruhi besarnya beban sistem seperti acara televisi, cuaca dan suhu udara. Manfaat peramalan ini adalah untuk penjadwalan ekonomis kapasitas pembangkit, penjadwalan pemeliharaan jangka pendek dan penjadwalan pembelian bahan bakar 2.10 Tata Ruang (land use) Tata Ruang adalah wujud struktur ruang dan pola ruang. Struktur Ruang adalah susunan pusat-pusat permukiman dan sistem jaringan prasarana dan sarana yang berfungsi sebagai pendukung kegiatan sosial ekonomi masyarakat yang secara hierarkis memiliki hubungan fungsional. Pola ruang adalah distribusi peruntukan ruang dalam suatu wilayah yang meliputi peruntukan ruang untuk fungsi lindung dan peruntukan ruang untuk fungsi budi daya. Untuk mengetahui penggunaan lahan saat ini dilakukan dengan mencari kecenderungan penggunaan lahan. Penggunaan lahan dibagi atas beberapa fungsi, yaitu untuk perumahan, sarana pendidikan, sarana kesehatan, sarana pemerintahan, sarana peribadatan, sarana perekonomian, lingkungan, lahan untuk taman, serta lahan untuk sarana pariwisata. Menurut Jayadinata (1999), acuan luas penggunaan lahan untuk sarana pemukiman, sarana pendidikan, sarana kesehatan, sarana pemerintahan, sarana
32 peribadatan, sarana perekonomian, lingkungan, lahan untuk taman, serta lahan untuk sarana pariwisata dapat dilihat pada tabel berikut. 2.11 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik Gangguan adalah kondisi suatu sistem yang menyimpang dari normal. Menurut SPLN 52-3 (1983), sumber-sumber gangguan pada sistem distribusi bawah tanah dipengaruhi oleh faktor internal dan eksternal. Sumber gangguan pada sistem distribusi saluran udara sebagian besar karena pengaruh luar. Jenis gangguan pada saluran udara dibagi menjadi dua berdasarkan lama terjadinya gangguan, yaitu : 1. Temporary Gangguan ini bersifat sementara yang dapat hilang dengan sendirinya atau hilang akibat bekerjanya alat pengaman (recloser atau PBO). 2. Permanen Gangguan ini terjadi dalam rentang waktu yang cukup lama, dimana untuk mengembalikan ke kondis normal diperlukan tindakan perbaikan atau menghilangkan penyebab gangguan. Gangguan temporer jika tidak hilang dengan segera, dapat berubah menjadi gangguan permanen dan menyebabkan pemadaman total. Saluran udara lebih rentan terhadap gangguan daripada saluran bawah tanah. 2.12 Tingkat Kontinuitas Sistem Distribusi Sistem distribusi tenaga listrik berfungsi mendistribusikan tenaga listrik dari Gardu Induk ke pusat-pusat beban. Kontinuitas pelayanan listrik yang baik merupakan suatu keharusan. Kontinuitas pelayanan tergantung pada jenis sistem distribusi dan peralatan pengamanannya. Sistem distribusi mempunyai tingkat kontinuitas yang tergantung pada susunan saluran dan pengaturan operasinya. Tingkat kontinuitas pelayanan sistem distribusi digolongkan berdasarkan lamanya upaya menghidupkan kembali catu
33 daya setelah mengalami pemutusan setelah gangguan. Menurut SPLN 52-3 (1983) tingkat-tingkat kontinuitas pelayanan listrik, sebagai berikut : 1. Tingkat 1 Padam berjam-jam, yaitu waktu yang diperlukan mencari dan memperbaiki bagian yang rusak akibat gangguan. 2. Tingkat 2 Padam beberapa jam, yaitu waktu yang diperlukan untuk mengirim petugas ke lapangan melokalisasi kerusakan dan melakukan manipulasi untuk menghidupkan sementara membali dari arah saluran yang lain. 3. Tingkat 3 Padam beberapa menit, kerusakan dimanipulasi oleh petugas jaga di gardu atau dilakukan deteksi pengukuran dan pelaksanaan manipulasi jarak jauh. 4. Tingkat 4 Padam beberapa detik, yaitu waktu yang diperlukan pengaman untuk bekerja secara otomatis. 5. Tingkat 5 Tanpa padam, sistem dilengkapi instalasi cadangan terpisah dan otomatisasi penuh.