BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Distribusi Tenaga Listrik 1 2.1.1 Pengertian Distribusi Tenaga Listrik Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar sampai ke konsumen. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah; 1) pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan), dan 2) merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringandistribusi. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik besar dengan tegangan dari 1 1 k V sampai 24 kv dinaikan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 kv,154kv, 220kV atau 500kV kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan menaikkan tegangan ialah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir (I 2.R). Dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar, maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan kecil pula. Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20 kv dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi menjadi sistem tegangan rendah,yaitu 220/380Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi 1 Suhadi, dkk.2008.teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid 1.Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional. 5

6 sekunder ke konsumen-konsumen. Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan. Pada sistem penyaluran daya jarak jauh, selalu digunakan tegangan setinggi mungkin, dengan menggunakan trafo-trafo step-up. Nilai tegangan yang sangat tinggi ini (HV,UHV,EHV) menimbulkan beberapa konsekuensi antara lain: berbahaya bagi lingkungan dan mahalnya harga perlengkapan- perlengkapannya, selain menjadi tidak cocok dengan nilai tegangan yang dibutuhkan pada sisi beban. Maka, pada daerah-daerah pusat beban tegangan saluran yang tinggi ini diturunkan kembali dengan menggunakan trafo-trafo step-down. Akibatnya, bila ditinjau nilai tegangannya, maka mulai dari titik sumber hingga di titik beban,terdapat bagian-bagian saluran yang memiliki nilai tegangan berbeda-beda. 2.1.2 Pengelompokan Jaringan Distribusi 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 20kV). Daerah IV : (Di dalam bangunan pada beban/konsumen), Instalasi, bertegangan rendah Berdasarkan pembatasan-pembatasan tersebut, maka diketahui bahwa porsi materi Sistem Distribusi adalah Daerah III dan IV, yang pada dasarnya dapat dikelasifikasikan menurut beberapa cara, bergantung dari segi apa kelasifikasi itu dibuat.

7 Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah: a. SUTM terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan perlengkapannya, 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. 2.2. Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 2.2.1. Menurut nilai tegangannya: a. Saluran distribusi Primer.Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo substation (G.I.) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20kV. Jaringan listrik 70 kv atau 150 kv, jika langsung melayani pelanggan, bisa disebut jaringan distribusi.

8 b. Saluran Distribusi Sekunder Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban. 2.2.2 Menurut bentuk tegangannya: a. Saluran Distribusi DC (Direct Current) menggunakan sistem tegangan searah. b. Saluran Distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem tegangan bolak-balik. 2.2.3 Menurut jenis/tipe konduktornya: a. Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan support (tiang) dan perlengkapannya, dibedakan atas: - Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa isolasi pembungkus. - Saluran kabel udara, bila konduktornya terbungkus isolasi. b. Saluran Bawah Tanah, dipasang di dalam tanah, dengan menggunakan kabel tanah (ground cable). c. Saluran Bawah Laut, dipasang di dasar laut dengan menggunakan kabel laut (submarine cable) 2.2.4 Menurut susunan (konfigurasi) salurannya: a.saluran Konfigurasi horisontal: Bila saluran fasa terhadap fasa yang lain/terhadap netral, atau saluran positip terhadap negatip (pada sistem DC) membentuk garis horizontal. b.saluran konfigurasi Delta: Bila kedudukan saluran satu sama lain membentuk suatu segitiga (delta).

9 2.3 Gardu Induk 2 Gardu Induk adalah komponen sistem tenaga yang berfungsi sebagai pusat penyaluran (transmisi) yang menghubungkan sistem transmisi tegangan tinggi dengan saluran. Saluran dan gardu. Gardu distribusi. Gardu Induk memiliki beberapa fungsi, antara lain : 1. Mentransformasikan daya listrik : - Dari tegangan ekstra tinggi ke tegangan tinggi (500kV/150kV). - Dari tegangan tinggi ketegangan yang lebih rendah (150kV/70kV). - Dari tegangan tinggi ketegangan menengah (150kV/20kV,70kV/20kV). 2. Untuk pengukuran, pengawasan operasi serta pengamanan dari system tenaga listrik. 3. Pengaturan pelayanan beban dari gardu induk gardu induk lain melalui tegangan tinggi dan ke gardu gardu distribusi setelah melalui proses penurunan tegangan melalui penyulang penyulang (feeder feeder) tegangan menengah yang ada di gardu induk. 4. Untuk sarana telekomunikasi (pada umumnya untuk internal PLN), yang kita kenal dengan istilah SCADA. Jenis Gardu Induk terbagi menjadi 3,yaitu : 1. Berdasarkan Lokasi. a. Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) Gardu listrik yang mendapat daya dari Saluran Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) atau Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) untuk kemudian menyalurkannya ke GITET atau GITT lain melalui SUTET atau SUTT Lain. 2 Arismunandar,A.,Kuwahara,S.1995.Buku pegangan teknik tenaga lsitrik jilid III. Jakarta: PT.Pradnya Paramita.

10 b. Gardu Induk Tegangan Tinggi (GITT) Gardu listrik yang mendapat daya dari Saluran Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) atau Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) atau Saluran Sub Transmisi Tegangan Tinggi untuk kemudian menyalurkannya ke daerah beban melalui saluran keluar (penyulang) distribusi. 2. Berdasarkan Tempat Peralatan a. GI Pasangan Dalam. Gardu listrik sebagian besar peraltannya (switchgear,isolator dan sebagainya) di pasang di dalam gedung (ruang tertutup). b. GI Pasangan Luar.. Gardu listrik dimana semua/sebagian besar perlatannya ditempatkan diluar/udara terbuka. 3. Berdasarkan Media Isolasi a. AIS. Gardu listrik konvesional dengan menggunakan udara sebagai media isolasi antar peralatan yang bertegangan (Air Insulated Switchgear/AIS). Semua / sebagian besar perlatan ditempatkan di udara terbuka. b. GIS. Gardu listrik yang menggunakan gas sebagai media isolasi antar peralata yang bertegangan (GIS = Gas Insulated Switchgear). Semua / sebagian besar peralatannya ditempatkan didalam media yang diisolasi dengan menggunakan gas SF6. 2.4 Penyulang Penyulang/feeder merupakan saluran yang menghubungkan gardu induk dengan gardu distribusi. Penyulang sendiri dalam menyalurkan arus listrik harus memiliki penghantar jaringan yang baik. Penghantar jaringan ini sendiri adalah suatu kawat penghantar berupa tembaga, alumunium, alumininum cmpuran, kawat baja, ataupun kawat baja campuran yang berlapis tembaga dan kawat baja

11 berlapis aluminium, baik itu hantara udara / hantaran bawah tanah, dimana hantaran ini berfungsi untuk menghantarkan arus berupa tenaga listrik yang disuplai dari pusat pembangkit tenaga listrik. A. Single Line Penyulang Penyulang Gardu Induk Boom Baru 1600 A 630 A 630 A 1600 A 1600 A/31.5 KA 600/5A 2000 A/31.5 KA 1600 A/31.5 KA 600/5A TRAFO DAYA UNINDO 30 MVA 1 70/ ONAN/ OFAF YNyn0 Imp. 11,37% NGR 40 Ohm 300 A TRAFO DAYA ABB 30 MVA 2 70/ ONAN YNyn0 Imp. 12.3 % NGR 40 Ohm 300 A 1000-2000/ VCB 2500 A/25 KA PT BUS 20 0.1 3 3 0.1 3 KV 1000-2000/ VCB 2000 A/ 25 KA PT BUS 20 3 0.1 3 0.1 3 1250 A/ FUSE 1250 A/ VCB SF6 VCB SF6 VCB SF6 VCB SF6 MELON MARKISA ZAITUN BELIMBING APEL STARLITE 100 KVA 20/0.4 KV KOPEL KOPEL SPARE DURIAN INTERBUS KURMA DELIMA MANGGA KOPEL PS GI Gambar 2.1 Single Line Penyulang Gardu Induk Boom Baru

12 B. Single Line Penyulang - Penyulang Gardu Induk Sungai Juaro 800 A BUS BAR II 70 KV OCB 800 A /12,5 KA 10 KA TRAFO DAYA XIAN 20 MVA 2 70/ ONAF YNyn0 Imp. 10,25% 150-300/ 5-5A NGR 40 Ohm 300 A VCB 2000 A /24 KA SCHNEIDER ELECTRIC Pix 24 1000-20000 / VCB 20 KA FUSE VCB 800 A/ 24 KA VCB 800 A/ 24 KA BBVT + E 400-800/ 400-800/ 20 3 0.1 3 STARLITE 100 KVA 20/0.4 kv 0.1 3 KV KIKIM ENIM KOPEL PS GI Gambar 2.2 Single Line Penyulang Gardu Induk Sungai Juaro

13 2.5 Daya Listrik 3 Daya listrik ini adalah hasil perkalian antara tegangan dan arus serta diperhitungkan juga faktor kerja, daya listrik ini dibagi dalam jenis daya sebagai berikut, antara lain : 1. Daya Semu. Daya semu adalah adalah daya yang lewat pada suatu saluran transmisiatau distribusi, tegangan lewat pada saluran dikali dengan arus yang lewat pada saluran. Daya semu untuk satu phasa dan tiga phasa adalah sebagai berikut : Sıø = V. I... (2.1) S3ø = 3. V. I... (2.2) Dimana : V = Tegangan (volt) I = Arus yang mengalir (ampere) Sıø = Daya semu satu phasa (VA, KVA, MVA) S3ø = Daya semu tiga phasa (VA, KVA, MVA) 2. Daya Aktif (Daya Nyata). Daya aktif adalah yang terpakai untuk keperluan menggerakkan peralatan mesin atau mekanik, dimana daya tersebut dapat diubah menjadi panas, inilah yang disebut daya nyata (daya aktif). Daya aktif ini merupakan pembentukan dari besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor daya. Daya aktif untuk satu phasa dan tiga phasa adalah sebagai berikut : Pıø = V. I. Cos ϕ... (2.3) P3ø= 3. V. I. Cos ϕ... (2.4) 3 Cekdin,cekmas.,Barlian,Taufik.Transmisi Daya Listrik. 2013. Yogyakarta : Andi Yogyakarta

14 Dimana : V = Tegangan (volt/kilovolt) I Pıø P3ø = Arus yang mengalir (ampere) = Daya aktif satu phasa (VA, KW, MW) = Daya aktif tiga phasa (VA, KW, MW) 3. Daya Reaktif (Daya Buta). Daya ini merupakan selisih antara daya semu yang masuk dalam saluran dengan daya aktif yang terpakai untuk daya mekanik panas. Daya reaktif untuk satu phasa dan tiga phasa adaalah sebagi berikut : Qıø = V. I. Sin ϕ... (2.5) Q3ø = 3. V. I. Sin ϕ... (2.6) Dimana : V = Besar Tegangan (volt, kilovolt, megavolt) I Qıø Q3ø = Besar kuat arus (ampere) = Daya reaktif satu phasa (VAR, KVAR, MVAR) = Daya reaktif tiga phasa (VAR, KVAR, MVAR) Dari ketiga jenis daya di atas, yaitu daya semu (S), daya aktif (P), dan daya reaktif (Q) maka dari ketiga jenis daya ini dapat digambarkan dalam bentuk hubungan segitiga daya pada gambar di bawah ini : Gambar 2.3 Segitiga Daya

15 2.6 Resistansi 4 Resistansi penghantar saluran transmisi adalah penyebab yang terpenting dari rugi daya (power loss) pada saluran transmisi. Jika tidak ada keterangan lain,maka yang dimaksudkan dengan istilah resistansi adalah resistansi efektif.resistansi efektif dari suatu penghantar adalah : R= Rugi Daya Pada Penghantar I 2 Di mana daya dinyatakan dalam watt dan I adalah arus rms pada penghantar dalam ampere. Resistansi efektif sama dengan resistansi arus searah (dc) dari saluran jika terdapat distribusi arus yang merata (uniform) di seluruh penghantar Resistansi dc diberikan oleh rumus di bawah ini : Rø = ρ. l / A Dimana : ρ = Resistivitas Penghantar l = Panjang A = Luas Penampang Perubahan resistansi penghantar logam dengan berubahnya suhu boleh dikatakan linear pada batas-batas pengoperasian yang normal. 2.7 Jenis-Jenis Losses Losses ini sendiri dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu bisa berdasarkan sifat dari losses tersebut (losses teknik dan non teknik), maupun berdasarkan tempat terjadinya (losses transmisi, losses transformator, dan losses distribusi). 4 Jr, William D. Stevenson. Analisa Sistem Tenaga Listrik. 1994. Jakarta : Erlangga

16 1. Losses Teknik. Yaitu hilangnya energi listrik yang dibangkitkan karena didesipasikanmenjadi energi panas, yaitu losses I² R. t (kwh). 2. Losses non teknik. Yaitu energi listrik yang dikonsumsi oleh pelanggan, tetapi tidak terekam sebagai penjualan (tidak terekam oleh alat pembaca pemakaian tegangan oleh konsumen, atau disebut KWH meter). 2.8 Rugi-Rugi Saluran 5 Rugi rugi saluran ini terjadi karena adanya pengaruh dari resistansi (R) dan reaktansi (X). Rugi rugi saluran ini dibedakan menajdi 2 yaitu : 2.8.1 Rugi-Rugi Tegangan Setiap penyaluran energi listrik dari sumber tenaga listrik ke konsumen yang letaknya berjauhan selalu terjadi kerugian. Kerugian tersebut meliputi kerugian daya listrik dan tegangan. Hal ini disebabkan saluran distribusi mempunyai hambatan, induktansi dan kapasitansi. Nilai kapasitansi saluran distribusi biasanya kecil sehingga dapat diabaikan. Untuk menentukan rugi-rugi tegangan distribusi primer dengan sistem pendekatan seperti pada diagram phasor tersebut diatas, yaitu dengan mengasumsikan bahwa sudut antara Vs dan Vr mendekati nilai 0 sehingga dengan demikian Vs dan Vr tersebut berimpit, maka didapatkan : Vd = I (R cos ø + X Sin ø)... (2.7) Untuk sistem tiga phasa dan panjang saluran maka persamaan menjadi : Vd = S x l / V X P / Cos ø ( R cos ø + X Sin ø)... (2.8) Karena : I= P3phasa / 3 x V x Cos ø... (2.9) Karena : 5 Edminister, Joseph A. Nahfi, Mahmood.1991.Rangkaian Listrik Edisi keempat. Jakarta : PT.Gramedia Pustaka Umum.

17 S = P / Cos ø... (2.10) Maka : Vd = S x l / V (R.Cos ø + X.Sin ø)... (2.11) Dimana : P = Daya nyata (Watt) I = Arus (Ampere) S = Daya Semu (Volt Ampere) V = Tegangan Kerja (Volt) Vd = Drop Tegangan ( Volt) R = Resistansi Saluran (Ohm) X = Reaktansi saluran (ohm) ø = Sudut phasa l = panjang saluran (meter) Besarnya persentase rugi-rugi tegangan pada saluran distribusi primer dengan mengambil referensi pada tegangan pengirim maka didapatkan persamaan: Vd = P x l / V 2 ( R Cos ø + X Sin ø) x 100 %... (2.12) Atau Vd = S x l / V 2 ( R Cos ø + X Sin ø) x 100 %... (2.13) Karena : %Vd = Vd / V x 100 %... (2.14) 2.8.2 Rugi-Rugi Daya 6 A. Pengantar Umum Mengenai Rugi Rugi Daya Daya listrik yang dikirim dan disalurkan dari gardu induk/trafo distribusi ke pemakai mengalami rugi tegangan dan rugi daya, ini disebabkan karena saluran distribusi mempunyai tahanan, induktansi, dan kapasitas. Karena saluran 6 Syahputro, Budi. Teori Dasar Susut. 2007. PT PLN (Persero) WS2JB Palembang

18 distribusi primer ataupun sekunder berjarak pendek maka kapasitas dapat diabaikan. Kerugian daya pada jaringan distribusi dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain : 1. Kerugian akibat pelembekan. Pelembekan logam perpengaruh terhadap sedikit pada semua suhu dan merupakan fungsi suhu dan waktu. Bersamaan dengan penurunan batas tegangan tarik pada keadaan komulatif. Pelembekan yang terlihat dan kerugian tegangan tarik tidak berpengaruh jika penghantar dalam batas yang dianjurkan. Pada keadaan tertentu harga harga pada suatu tingkat umur yang ditaksir dapat ditentukan. Untuk para ahli perlu mengetahui hubungan antara suhu kerja, waktu suhu kerja dan penurunan kekuatan penghantaryang bersangkutan. 2. Kerugian akibat panas. jika suatu penghantar dialairi arus listrik secara terus menerus maka akan menimbulkan panas, panas ini timbul akibat energi listrik yang mengalir pada penghantar tersebut. Semakin lama arus tresebut mengalir maka semakin panas penghantar tersebut dan semakin banyak energi listrik yang hilang karena energi tersebut berubah menjadi panas. Hal inilah yang merugikan karena jika energi itu hilang maka tegangan pada ujung penghantar tersebut akan berkurang. semakin banyak energin yang menjadi panas maka semakin banyak tegangan yang menghilang. 3. Kerugian akibat Jarak. jarak sangat berpengaruh pada keandalan jaringan karena semakin jauh atau semakin panjang penghantar listrik tersebut maka akan banyak tegangan listrik yang menghilang karena penghantar itu saendiri memiliki hambatan atau tahanan, jadi karena jarak penghantar sangat jau dari sumber atau pembangkit maka nilai hambatan penghantar itu sendiri akan mengurangi tagangan yang mengalir pada penghantar tersebut. 4. Luas penampang kawat (penghantar).

19 Arus listrik yang mengalir dalam penghantar selalu mengalami tahanan dari penghantar itu sendiri, besarnya tahanan tergantung bahannya. 5. Tegangan. Semakin besar tegangan pada suatu saluran maka semakin kecil arus pada saluran tersebut. Sedangkan arus adalah salah satu faktor yang mempengaruhi besar kecilnya rugi-rugi daya pada suatu saluran. Daya listrik yang dikirim dari sumber pembangkit listrik ke beban akan mengalami rugi-rugi, disamping rugi tegangan maka akan didapat pula rugi daya yaitu sebesar daya nyata yang hilang dengan persamaan : 7 Ploss = 3. I 2. R... (2.15) Dimana : I= P / 3 x V x Cos ø... (2.16) Maka : P = 3 (P / 3 x V x Cos ø) 2 R x l... (2.17) P = 3 (P 2 / 3 x V 2 x Cos 2 ø) 2 R x l... (2.18) P = 3 (P 2 / 3 x V 2 x Cos 2 ø) R x l... (2.19) Karena itu persamaan tersebut menjadi : Ploss = (P 2 / V 2 x Cos 2 ø) R x l... (2.20) Karena : S = P / Cos ø... (2.21) Maka : Ploss = S 2 x R x l / V 2... (2.22) Jika besar kerugian daya telah diperoleh maka besar % kerugian daya dapat dihitung dengan persamaan berikut : % Ploss = Ploss / P x 100 %... (2.23) Dimana : PLoss = Rugi-Rugi Daya (Watt) P = Besar Daya yang disalurkan (W,KW,MW) V = Tegangan Kerja (Volt) 7 Kadir,abdul. 1998.Saluran Transmisi Tenaga Listrik.Universitas Indonesia.Hal 47

20 I = Arus (Ampere) S = Daya semu yang disalurkan (VA) l = Panjang Saluran (meter) 2.9 Kapasitas Transformator 8 Penentuan kapasitas dari sebuah transformator harus berdasarkan beban yang dilayani. Dalam hal ini persentasi pembebanan transformator harus mendekati 80% kapasitas transformator. Transformator umumnya mencapai efisiensi maksimum (rugi rugi trafo minimum). Adapun untuk menghitung kapasitas transformator dengan menggunakan persamaan : X = S / P x 100 %... (2.24) Dimana : X = Kapasitas Transformator S = Daya semu yang disalurkan (VA) P = Besar Daya yang disalurkan (W,KW,MW) 8 Sampeallo,S Agusthinus. 2012.Seminar Nasional Sains dan Teknik 2012 (SAINSTEK 2012). Kupang : Universitas Nusa Cendana.