BAB III PERENCANAAN INSTALASI SISTEM TENAGA LISTRIK 3.1 Tahapan Perencanaan Instalasi Sistem Tenaga Listrik Tahapan dalam perencanaan instalasi sistem tenaga listrik pada sebuah bangunan kantor dibagi menjadi tiga bagian, yaitu : 1. Diagram Sistem Satu Garis (Single Line Diagram System) 2. Diagram Pengawatan (Wiring Diagram) 3. Denah Ruangan 3.2 Diagram Satu Garis Instalasi Sistem Tenaga Listrik Tujuan dari Perancangan Diagram satu garis instalasi sistem tenaga listrik adalah sebagai sarana untuk pengecekan atau penunjukkan secara global dimana letak gardu listrik, unit trafo, panel. Tahapan perancangan diagram sistem satu garis yaitu : 1. Menggambar lantai-lantai bangunan kantor lengkap dengan elevasi lantainya. 2. Menggambar dan menaruh letak seluruh peralatan mulai dari gardu induk, trafo, genset, sub panel distribusi, panel distribusi sesuai penempatan pada lantainya. 3. Mengecek keseluruhan pada diagram tersebut. 4. Hubungkan antar panel-panel sesuai fungsinya dan beri keterangan juga untuk jenis dan ukuran luas penampang kabel yang digunakan. 31
32 Pada umumnya diagram sistem sudah mencakup item berikut : 1. Gardu distribusi 2. PDTM (Panel Distribusi Tegangan Menengah) 3. Generator set (Genset) 4. Transformator 5. PDTR (Panel Distribusi Tegangan Rendah) 6. Panel Sub Distribusi 7. Panel Distribusi 8. Panel Khusus seperti Panel Elektronik, Panel AC, Panel Gondola, Panel Lift, Panel Tangga Kebakaran (Emergency), Panel Pompa, Panel Penerangan Luar, Panel Gondola dan lain sebagainya. Pada gambar 3.1 dibawah ini dapat dilihat Diagram Satu Garis Sistem Distribusi Listrik yang akan direncanakan pada proyek Gedung Dinas Teknis - Kuningan.
33 Gambar 3.1 Diagram Satu Garis Sistem Distribusi Listrik
34
35 Tabel 3.1 Tabel Keterangan Sistem Distribusi Listrik 3.3 Diagram Satu Garis Panel Tujuan dari diagram satu garis panel adalah mendeskripsikan rencana isi sistem didalam panel baik pengaman ataupun proteksi, rencana pengkabelan antar panel, transformator, ataupun langsung ke beban. Perencanaan sistem wiring ini dimulai dengan merencanakan sistem dari sisi beban untuk menentukan daya totalnya. Beban yang dipakai pada bangunan kantor biasanya mencakup untuk beban pekerjaan : Elektrikal, Elektronik, MVAC, Pemadam Kebakaran, Plumbing, Gondola dan Lift yang digunakan pada kantor tersebut 3.4 Luas Penampang Sesuai dengan aturan PUIL 2000 pasal 2.3.6.4 ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan luas penampang penghantar, yaitu: a. Suhu minimum yang diijinkan.
36 b. Susut tegangan yang diijinkan. c. Stres elektromagnetis yang mungkin terjadi karena hubung singkat. d. Stres mekanis yang mungkin dialami penghantar. e. Impedansi maksimum berkenaan dengan berfungsinya proteksi akibat hubung singkat. Setiap penghantar harus mempunyai kemampuan hantar arus (KHA). Untuk menentukan kemampuan hantar arus dan luas penampang penghantar yang diperlukan, langkah pertama adalah dengan menentukan berapa arus yang mengalir berdasarkan daya beban yang terpasang. Dalam daya listrik terdapat 3 parameter atau besaran, antara lain : P V I cos (Watt), untuk rangkaian AC satu fasa...(3.1) P 3 VLL I cos (Watt), untuk rangkaian AC tiga fasa...(3.2) Daya nyata (Watt), kadang-kadang disebut daya aktif, daya sebenarnya atau daya rata-rata. Daya ini adalah daya sebenarnya yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas/usaha tertentu. S V I (VA), untuk rangkaian AC satu fasa...(3.3) S 3 V I (VA), untuk rangkaian AC tiga fasa...(3.4) LL Daya semu adalah daya yang biasanya dikenal sebagai daya terpasang dan merupakan hasil perkalian tegangan (V) dan arus (I). Q V I sin (VAR), untuk rangkaian AC satu fasa...(3.5) Q 3 VLL I sin (VAR), untuk rangkaian AC tiga fasa...(3.6)
37 Daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistem tenaga listrik. Dengan : P = Besarnya daya nyata (watt) S = Besarnya daya semu (volt ampere) Q = Besarnya daya reaktif (volt ampere reaktif / VAR) V = Besarnya tegangan (volt) I = Besarya arus (ampere) Untuk nilai dari cos φ yaitu 0,8, maka untuk menghitung besarnya arus dapat digunakan persamaan 3.1 atau 3.2. Setelah didapat arus nominal, hasil tersebut dikalikan 120% sebagai faktor keselamatan (safety factor). Langkah berikutnya adalah mencari nilai MCB, MCCB dan ACB, setelah arus diketahui selanjutnya melihat kapasitas yang mendekati ukuran MCB, MCCB dan ACB yang dipakai sesuai kapasitas yang tersedia dipasaran. Contoh katalog ukuran MCB, MCCB dan ACB yang berlaku dipasaran dengan merek Schneider yang biasa digunakan untuk gedung komersil dan industri dapat dilihat pada tabel 3.2, 3.3 dan 3.4 dibawah ini :
38 Tabel 3.2 Katalog ukuran MCB merek Schneider
39 Tabel 3.3 Katalog ukuran MCCB merek Schneider
40 Tabel 3.4 Katalog ukuran MCCB merek Schneider
41 Tabel 3.5 Katalog ukuran ACB merek Schneider
42 Hasil dari penentuan arus nominal yang dapat dari rumus 3.1 ataupun 3.2, digunakan sebagai acuan untuk memilih jenis kabel dan luas penampangnya. Untuk menentukan luas penampang penghantar dapat digunakan rumus berdasarkan rugi tegangan yaitu : a. Instalasi satu fase 2 l I A u...(3.7) b. Instalasi tiga fase 3 l I A u...(3.8) Dengan, A = Luas penampang penghantar yang diperlukan (mm 2 ) l = Panjang penghantar (meter) I = Kuat arus yang mengalir (ampere) = Rugi rugi tegangan (volt) γ = Daya hantar jenis penghantar tembaga = 56.2 x 10 6 m/ohm mm² aluminium = 33 x 10 6 m/ohm mm² Selain dengan rumus diatas, untuk menentukan luas penampang kabel juga dapat menggunakan katalog-katalog kabel yang tersedia di pasaran seperti terlihat pada tabel 3.2 dibawah ini :
43 Tabel 3.6 Katalog Luas Penampang Kabel NYY merek Voksel
44 Tabel 3.7 Katalog Luas Penampang Kabel N2XSY dan NA2XSY merek Voksel
45 Tabel 3.8 Katalog Luas Penampang Kabel N2XSEFGbY dan NA2XSEFGbY merek Voksel
46 3.5 JatuhTegangan Jatuh tegangan atau kerugian tegangan dalam saluran tenaga listrik adalah berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban, berbanding terbalik dengan penampang saluran. Kerugian ini dalam persen ditentukan dalam batas tertentu. Berdasarkan PUIL 2000 pasal 4.2.3.1 menyatakan bahwa susut tegangan antara terminal pelanggan dan sembarang titik dari instalasi tidak boleh melebihi 5% dari tegangan pengenal pada terminal pelanggan bila semua penghantar dari instalasi dialiri arus maksimum. Untuk menghitung Jatuh Tegangan pada instalasi 1 fase dan 3 fase dapat menggunakan rumus dibawah ini: 1) Jatuh Tegangan (Satu fase) Dengan : ΔV = {( I. R. cos φ + I. X L Sin φ ) / V f }. 100%... (3.9) ΔV I R = Jatuh Tegangan (volt) = Arus (ampere) = 2L. r (ohm / km) X L = 2L. x (ohm / km ) V f = Tegangan Fasa (volt) L = Panjang kabel (km) 2) Jatuh Tegangan (Tiga fase) Dengan : ΔV = S. L { (( r. cos φ + x sin φ) / V L ²) x 100 }... (3.10)
47 ΔV S r = Jatuh Tegangan (volt) = Daya Semu (volt ampere) = Resistansi (ohm / km) x = Reaktansi (ohm / km ) L V L = Panjang kabel (km) = Tegangan Line (volt) 3.6 Kabel Grounding Grounding merupakan sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik, petir dan lain-lain. Tujuan utama dari adanya grounding sistem pentanahan ini adalah untuk menciptakan sebuah jalur yang low-impedance (tahanan rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage. Penerangan, arus listrik, circuit switching dan electrostatic discharge adalah penyebab umum dari adanya sentakan listrik atau transient voltage. Grounding sistem pentanahan yang efektif akan meminimalkan efek tersebut. Untuk pemilihan luas penampang kawat pentanahan atau grounding dapat digunakan standar dari PUIL 2000 halaman 77 tabel 3.16-1 seperti terlihat pada tabel 3.3, dimana Luas penampang proteksi tidak boleh kurang dari nilai yang tercantum pada tabel. Jika penerapan sesuai tabel 3.3 menghasilkan ukuran yang tidak standar, maka digunakan penghantar yang mempunyai luas penampang standar terdekat.
48 Tabel 3.9 Luas Penampang Minimum Penghantar Proteksi Luas penampang penghantar fase Instalasi S Luas penampang minimum penghantar proteksi yang berkaitan Sp mm² mm² S 16 S 16 S 35 16 S 35 S/2 Nilai diatas hanya berlaku jika penghantar proteksi dibuat dari bahan yang sama dengan penghantar fase. Jika bahannya tidak sama, maka luas penampang penghantar proteksi ditentukan dengan cara memilih luas penampang yang mempunyai konduktans yang ekivalen dengan hasil dari tabel tersebut. Selain dengan menggunakan tabel yang telah ada, untuk menentukan luas penampang grounding dapat digunakan rumus dibawah ini : A GND = 50% x A FEEDER...(3.11) Dengan, A GND = Luas penampang kabel grounding panel (mm 2 ) A FEEDER = Luas penampang kabel pada sirkit akhir (mm 2 ) Nilai resistivitas untuk aluminium adalah 2,82 x 10-8, sehingga rasio luas penampang kabel antara kabel tembaga dan kabel aluminium dapat diketahui melalui rasio massa jenis antara tembaga dan massa jenis aluminium yaitu : ρ Cu : ρ Al = 1,72 x 10-8 : 2,82 x 10-8...(3.12) Adapun ukuran dari hasil perhitungan dapat disesuaikan dengan standar internasional yang biasa diproduksi pabrik kabel seperti pada Tabel 3.5. Saat ini ada beberapa bangunan bertingkat di Indonesia juga ada yang telah mulai menggunakan jenis kabel feeder aluminium dikarenakan banyaknya kerugian
49 dalam proses pemasangan kabel tembaga di lapangan (kasus pencurian) dan faktor lebih murahnya budget yang akan dikeluarkan meski kabel aluminium berpenampang yang lebih lebar dari kabel tembaga untuk segi teknis yang sama. Sehingga untuk pekerjaan di lapangan, jika sudah terhitung dalam bentuk jenis kabel jenis tembaga. Maka jika ingin dikonversikan ke dalam jenis aluminium yaitu dengan menaikkan satu step dari standar luas penampang tembaga, Hal ini sesuai standar dari PUIL 2000 halaman 275 Tabel 7.1-2. Luas penampang nominal penghantar udara telanjang seperti pada Tabel 3.5 di bawah ini : Tabel 3.10 Ukuran standar luas penampang penghantar jenis tembaga dan aluminium
50 Setelah selesai menentukan luas penampang, proteksi arus, jatuh tegangan dan grounding setiap lantai, langkah selanjutnya yaitu menggambar wiring Panel Distribusi perlantai. Setelah selesai dengan Panel Distribusi, dengan menentukan hal yang sama seperti diatas, langkah selanjutnya yaitu membagi secara merata dalam satu gedung untuk dijadikan beberapa Sub Panel Distribusi nya. Tujuan pembagian ini disamping untuk penghematan dalam pemakaian kabel feeder, juga untuk membatasi atau mengisolasi terhadap gangguan pada ruangan / lantai agar gangguan tidak juga berdampak ke ruangan / lantai lain serta mempermudah building management ketika melakukan pemeliharaan atau ketika ada pelayanan kerusakan atau penambahan instalasi di dalam ruangan. Dalam hal Perencanaan, Panel Distribusi harus memiliki sistem yang terpisah dari sistem emergency pada gedung itu sendiri. Hal ini dilakukan karena sistem emergency harus berfungsi pada saat terjadi kebakaran. Adapun beban dalam Panel Utama Kebakaran ini yaitu mencakup Lift Service, Panel Tangga Kebakaran dan Panel Pressurized Fan. 3.7 Panel Distribusi Tegangan Menengah (PDTM) Setelah menentukan kapasitas PDTM, maka langkah selanjutnya adalah menghitung Pemutus Arus (Circuit Breaker) untuk Pemutus Arus yang menghubungkan gardu PLN ke PDTM dihitung dengan menggunakan rumusan berikut : I S... (3.13) 3 V
51 Dengan, I S V = Arus (ampere) = Daya semu (volt ampere) = Tegangan (volt) 3.8 Panel Distribusi Tegangan Rendah (PDTR) Beban panel-panel distribusi, panel motor control center, panel suplai darurat (panel emergency) kemudian dijumlahkan dan dikumpulkan di panel distribusi tegangan rendah (PDTR) ini. Dari panel PDTR inilah dapat diketahui seberapa besar kapasitas beban keseluruhan yang di perlukan oleh gedung. Langkah yang perlu di ambil dalam merancang diagram panel distribusi tegangan rendah (PDTR) ini adalah : 1. Membuat diagram satu garis yang berisi rincian beban-beban panel distribusi dari lantai-lantai yang ada di dalam gedung, panel suplai darurat (panel emergency) dan panel-panel khusus lainnya. 2. Menentukan proteksi arus lebih untuk masing-masing kabel feeder tersebut. 3. Menentukan kabel feeder untuk masing-masing konduktor penghubung panel. 4. Menentukan saklar incoming panel. 5. Menentukan besar penampang grounding. Karena panel PDTR adalah panel distribusi tegangan rendah dari beberapa atau semua panel sub distribusi yang ada, maka pengaman arus lebih di dalam
52 panel PDTR biasanya memiliki rating yang tinggi. Dan sebagai pengaman arus lebih yang di dalam panel PDTR ini bisa digunakan MCCB atau ACB. Perhitungan pemutus arus (circuit breaker) pada PDTR dimana beban di sisi sekunder transformator step down yang terhubung ke PDTR dihitung dengan menggunakan rumusan berikut : I S...(3.14) 3 V Dengan, I S V = Arus (ampere) = Daya semu (volt ampere) = Tegangan (volt) Karena arus pada PDTR cenderung besar maka kebanyakan pengaman arus lebih memakai ACB bukan MCCB. 3.9 Kapasitor Pada suatu instalasi listrik dimana banyak terdapat beban - beban antara lain, motor-motor, lampu flourescent/tl, peralatan elektronik lainnya (seperti Komputer dan lain-lain) maka akan menimbulkan beban induktif yang akan menyebabkan arus terbelakang (lagging) terhadap tegangan dengan sudut yang besar, sehingga nilai cos φ menjadi kecil, dan akan menyebabkan besarnya daya kvar yang merugikan. Untuk memperbaiki hal tersebut maka dipasang lah kapasitor (capacitor bank) sebagai perbaikan faktor daya (cos φ) dan dapat dihitung sebagai berikut : Q = Q 1 Q 2...(3.15)
53 Dengan, Q = Daya reaktif setelah perbaikan cos φ (VAR) Q 1 = P x tan φ 1 = Daya reaktif sebelum perbaikan (VAR) Q 2 = P x tan φ 2 = Daya reaktif setelah perbaikan (VAR) 3.10 Trafo Penurun Tegangan Trafo Penurunan Tegangan dipasang setelah PDTM, dimana berfungsi untuk menurunkan Tegangan ke PDTR sebelum digunakan ke Panel Distribusi. Dalam Perencanaan transformator hal yang utama yang harus diperhatikan diantaranya yaitu : 1. Menentukan kapasitas transformator. 2. Menentukan jenis pendingin transformator. 3. Menentukan impedansi transformator. 4. Menentukan tipe belitan transformator. Pemilihan antara trafo cairan dengan trafo kering juga berdasarkan tempat lokasi yang akan digunakan sebagai lokasi transformator. Tingkat kemungkinan dari sambaran petir karena tidak memiliki sistem proteksi penangkal petir yang sempurna, kondisi lingkungan yang buruk (berdebu), tingkat kelembaban yang tinggi, persentase keasaman dan tingkat oksidasi yang membuat korosif yang tinggi maka sebaiknya sistem memakai transformator oil dan tidak di anjurkan untuk memakai trafo kering pada gedung bertingkat tersebut. Tetapi jika kondisi cukup baik dan tidak ada kemungkinan sambaran petir maka lebih baik menggunakan transformator kering karena lebih murah.
54 3.11 Suplai Tenaga Listrik Darurat (Genset) Untuk menentukan suplai darurat dari generator set dalam gedung, sebaiknya melalui tahapan berikut : 1. Menentukan kapasitas generator set Untuk menentukan kapasitas dapat langsung dilihat dari jumlah beban yang ada di panel induk tegangan rendah (PDTR) atau jumlah kapasitas trafo step down yang dipasang. 2. Menentukan tegangan yang akan disuplai Untuk suplai gedung dengan beban yang besar perlu untuk menjaga dari kerugian hantaran, tegangan yang dipakai sebaiknya tegangan menengah juga dan akan masuk melalui incoming panel tegangan menengah. 3. Menentukan Bagian-bagian mana yang akan diback up full 100% ataupun hanya sebagian tergantung dari kebutuhan ataupun sistem emergency nya. 4. Menentukan proteksi yang akan dipakai.