BAB III LANDASAN TEORI 3.1 Pengertian Sistem 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: 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. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar dengan tegangan dari 11 kv 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 (I²R). 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 220/380 Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke 12
13 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. 3.2 Pengelompokan Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Untuk kemudahan dan penyederhanaan, lalu diadakan pembagian serta pembatasan-pembatasan seperti pada (gambar 3.1) : 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 klasifikasi itu dibuat. Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah: a. SUTM, terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan perlengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus.
14 b. SKTM, terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination dan lain-lain. c. Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabelkabel, 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. Gambar 3.1 Diagram Satu Garis Sistem Tenaga Listrik 3.3 Gardu Distribusi Gardu Distribusi adalah bangunan gardu transformator yang menyuplai kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan Tegangan Rendah. Gardu Distribusi merupakan kumpulan/gabungan dari perlengkapan hubung bagi Tegangan Rendah. Jenis perlengkapan hubung bagi Tegangan Rendah pada Gardu Distribusi berbeda sesuai dengan jenis konstruksi gardunya.
15 Gambar 3.2 Konstruksi Gardu Distribusi Gambar 3.3 diagram satu garis gardu distribusi Jenis konstruksi gardu dibedakan atas 2 jenis : 1. Gardu Distribusi konstruksi pasangan luar. Umumnya disebut Gardu Portal (Konstruksi 2 tiang), Gardu Cantol (Konstruksi 1 tiang) dengan kapasitas transformator terbatas. 2. Gardu Distribusi pasangan dalam. Umumnya disebut gardu beton (Masonry Wall Distribution Substation) dengan kapasitas transformator besar. 3.3.1 Gardu Beton Gardu tembok adalah gardu trafo /hubung yang secara keseluruhan konstruksinya tersebut dari tembok/beton. Gardu Beton/ Tembok Sesuai dengan namanya maka gardu ini terbuat dari beton. Type dari bagunan ini bermacam-macam sesuai dengan lokasi dan kebutuhan Kapasitas transformator yang dipasang pada gardu ini dapat lebih besar dibandingkan dengan gardu-gardu sebelumnnya yang sudah dijelaskan. Jumlah Trafo yang dapat ditampung dalam gardu ini dapat lebih dari 1 buah, dimana hal ini bargantungdari kebutuhan dan lokasi yang ada.
16 Gambar 3.4 Diagram satu garis gardu distribusi beton 3.3.2 Gardu Metal Clad ( Gardu Besi ) Gardu kios adalah gardu yang bangunan keseluruhannya terbuat dari plat besi dengan konstruksi seperti kios. Gardu Distribusi yang pembangunannya bisanya bersifat untuk sementara saja selama ada rehabilitasi gardu. Bangunannya terdiri dari rangka besi dan dindingnya dari Seng serta lantainya biasanya terbuat dari kayu atau beton. Ruangan pada gardu ini terdiri dari 3 bagian,yaitu : - Ruangan Tegangan Menengah - Ruang Trafo - Ruang Tegangan Rendah 3.3.3 Gardu Tipe Tiang Portal Gardu Distribusi pasangan luar merupakan gardu yang memiliki trafo dan PHB terpasang pada tiang jaringan dengan kapasitas transformator terbatas. Konstruksi Gardu Distribusi pasangan luar tipe Portal terdiri atas Fused Cut Out (FCO) sebagai pengaman hubung singkat trafo dengan elemen pelebur/ fuse link type expulsion dan Lightning Arrester (LA) sebagai sarana pencegah naiknya tegangan pada transformator akibat surja petir. Elekroda pembumian dipasang pada masing-masing lightning arrester dan pembumian titik netral transformator sisi Tegangan Rendah. Kedua elekroda pembumian
17 tersebut dihubungkan dengan penghantar yang berfungsi sebagai ikatan penyama potensial yang digelar di bawah tanah. 3.5 Diagram satu garis Gardu Distribusi Portal 3.3.4 Gardu Tiang Tipe Cantol Gardu cantol adalah type gardu listrik dengan transformator yang dicantolkan pada tiang listrik besarmya kekuatan tiang minimal 500 dan Instalasi gardu dapat berupa : 1 Cut out fused 1 lighting arrester 1 panel PHB tegangan rendah dengan 2 jurusan atau transformator completely self protected (CSP - Transformator) Sambungan Gardu Tiang Tipe Cantol ialah : Gardu cantol 1 fasa dengan transformator CSP (completely self protected) untuk pelayanan satu fasa. Untuk pelayanan sistem 3 fasa memakai 3 buah trafo 1 fasa dengan titik netral di gabungkan dari tiap-tiap transformator menjadi satu. Instalasi dalam PHB terbagi atas 6 bagian utama. Instalasi switch gear tegangan menengah Instalasi switch gear tegangan rendah
18 Instalasi transformator Instalasi kabel tenaga dan kabel kontrol Instalasi pembumian Bangunan fisik gardu. Gambar 3.6 Gardu Tiang Tipe Cantol 3.3.5 Gardu Mobil Yaitu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya berupa sebuah mobil (diletakkan diatas mobil), sehingga bisa dipindah-pindah sesuai dengan tempat yang membutuhkan. Oleh karenanya gardu mobil ini padaumumnya untuk pemakaian sementara (darurat), yaitu untuk mengatasi kebutuhan daya yang sifatnya temporer. Secara umum ada dua jenis gardu mobil, yaitu pertama gardu mobil jenis pasangan dalam (mobil boks) dimana semua peralatan gardu berada di dalam bangunan besi yang mirip dengan gardu besi. Kedua, gardu mobil jenis pasangan
19 luar, yaitu gardu yang berada diatas mobil trailer, sehingga bentuk pisiknya lebih panjang dan semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan trafo distribusi tampak dari luar. Gambar 3.7 memperlihatkan sebuah gardu distribusi berupa gardu mobil pasangan luar berada diatas trailer. Gardu distribusi jenis trailer ini umumnya berkapasitas lebih besar daripada yang jenis mobil. Hal ini bisa dilihat dari konstruksi peralatan penghubung yang digunakan.setiap gardu distribusi umumnya terdiri dari empat ruang (bagian) yaitu, bagian penyambungan/pemutusan sisi tegangan tinggi, bagianpengukuran sisi tegangan tinggi, bagian trafo distribusi dan bagian panel sisi tegangan rendah. Pada gardu beton dan gardu metal bagian-bagian tersebut tersekat satu dengan lainnya, sedang pada gardu tiang panel distribusi tegangan rendah diletakkan pada bagian bawah tiang. Pada gardu distribusi, system pengaman yang digunakan umumnya berupa arrester untuk mengantipasi tegangan lebih (over voltage), kawat tanah (ground wire) untuk melindungi saluran fasa dari sambaran petir dan sistem pentanahan untuk menetralisir muatan lebih, serta sekring pada sisi tegangan tinggi (fuse cut out) untuk memutus rangkaian jika terjadi arus lebih (beban lebih). Secara visual "Fuse Cut Out" ini dari bawah (jauh) tampak sedang on atau off. Arrester dipasang di bagian luar gardu distribusi, yaitu pada SUTM tempat penyam-bungan ke gardu distribusi. "Fuse cut out" dipasang dekat arrester atau bias juga dipasang di dalam gardu, jika jarak antara titik penyambungan dan gardu distribusi relatif jauh dan saluran cabang menuju gardu distribusi menggunakan kabel tanah. Untuk gardu tiang dan gardu mobil "Fuse Cut Out" di pasang pada bagian atas tiang terdekat (titik jumper). memperlihat kan sebuah pemutus beban 20 kv tipe "Fuse Cut out"
20 Gambar 3.7 Gardu Mobil 3.4 Transformator Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus menerus tanpa berhenti). Mengingat kerja keras dari suatu transformator seperti itu maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin. Oleh karena itu transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang benar, baik dan tepat. Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian bagian transformator dan bagianbagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian yang lainnya. Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator 500/150 kv dan 150/70 kv biasa disebut Interbus Transformator (IBT). Transformator 150/20 kv dan 70/20 kv disebut juga trafo distribusi. Titik netral transformator ditanahkan sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan / proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kv ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kv dan transformator 70/20 kv ditanahkan dengan tahanan rendah atau tahanan tinggi atau langsung di sisi netral 20 kv nya. Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti: Transformator Mesin (Pembangkit ) Transformator Gardu Induk
21 Transformator Distribusi Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti: Transformator besar Transformator sedang Transformator kecil 3.5 Konstruksi Bagian bagian Transformator 3.5.1 Bagian Utama 3.5.1.1 Inti besi Berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yangmelalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current (gambar 3.8). Gambar 3.8 Inti Besi dan Laminasi yang diikat Fiber Glass 3.5.1.2 Kumparan Transformator Adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti
22 karton, pertinak dan lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus. Gambar 3.9 Kumparan Phasa RST 3.5.1.3 Minyak Transformator Sebagian besar kumparan-kumparan dan inti trafo tenaga direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai isolasi dan media pemindah, sehingga minyak trafo tersebut berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. 3.5.1.4 Bushing Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.
23 Gambar 3.10 Contoh Bushing Transformator Gambar 3.11 Gambar Bagian Bushing 3.5.1.5 Tangki Konservator Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator. (lihat gambar 3.12.)
24 Gambar 3.12 Konsevator Trafo 3.5.2 Peralatan Bantu 3.5.2.1 Pendingin Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi (di dalam transformator). Maka untuk mengurangi kenaikan suhu transformator yang berlebihan maka perlu dilengkapi dengan alat/ sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator Media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa: 1. Udara/gas 2. Minyak. 3. Air. 4. Dan lain sebagainya. Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara: 1. Alamiah (natural) 2. Tekanan/paksaan. Pada cara alamiah (natural), pengaliran media sebagai akibat adanya perbedaan suhu media dan untuk mempercepat
25 perpindahan panas dari media tersebut ke udara luar diperlukan bidang perpindahan panas yang lebih luas antara media (minyakudara/gas), dengan cara melengkapi transformator dengan siripsirip (Radiator). Bila diinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara natural/alamiah tersebut dapat dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat sirkulasi media pendingin dengan pompa-pompa sirkulasi minyak, udara dan air. Cara ini disebut pendingin paksa (Forced). Gambar 3.13 Susunan Motor Blower untuk Alat Pendingin Minyak Transformator 3.5.2.2 Tap Changer Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan / primer yang berubah-ubah. Tap changer yang hanya bisa beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban disebut Off Load Tap Changer dan hanya dapat dioperasikan manual. (Gambar. 3.14.). Tap changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap transformator, dalam keadaan transformator berbeban disebut
26 On Load Tap Changer dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis (Gambar 3.15.). Untuk memenuhi kualitas tegangan pelayanan sesuai kebutuhan konsumen (PLN Distribusi), tegangan keluaran (sekunder) transformator harus dapat dirubah sesuai keinginan. Untuk memenuhi hal tersebut, maka pada salah satu atau pada kedua sisi belitan transformator dibuat tap (penyadap) untuk merubah perbandingan transformasi (rasio) trafo. Ada dua cara kerja tap changer: 1. Mengubah tap dalam keadaan trafo tanpa beban. 2. Mengubah tap dalam keadaan trafo berbeban (On Load Tap Changer / OLTC) Transformator yang terpasang di gardu induk pada umumnya menggunakan tap changer yang dapat dioperasikan dalam keadaan trafo berbeban dan dipasang di sisi primer. Sedangkan transformator penaik tegangan di pembangkit atau pada trafo kapasitas kecil, umumnya menggunakan tap changer yang dioperasikan hanya pada saat trafo tenaga tanpa beban.. OLTC terdiri dari : 1. Selector Switch, 2. diverter switch, dan 3. transisi resistor. Untuk mengisolasi dari bodi trafo (tanah) dan meredam panas pada saat proses perpindahan tap, maka OLTC direndam di dalam minyak isolasi yang biasanya terpisah dengan minyak isolasi utama trafo (ada beberapa trafo yang compartemennya menjadi satu dengan main tank). Karena pada proses perpindahan hubungan tap di dalam minyak terjadi fenomena elektris, mekanis, kimia dan panas, maka minyak isolasi OLTC kualitasnya akan cepat menurun.
27 tergantung dari jumlah kerjanya dan adanya kelainan di dalam OLTC. Gambar 3.14. Perubah Tap Tegangan Tinggi (ON Load) pada Transformator Tenaga 3 phasa 50 Hz Gambar 3.15. Perubah Tap Tegangan Tinggi (ON Load) pada Transformator tenaga 3 phasa 50 Hz
28 3.5.2.3 Alat pernapasan (Dehydrating Breather) Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar, maka suhu minyak pun akan berubahubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari tangki, sebaliknya apabila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan transformator. Akibat pernapasan transformator tersebut maka permukaan minyak akan selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi dengan alat pernapasan, berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis (gambar 3.16). Gambar 3.16. Alat Pernapasan, Berupa Tabung Berisi Kristal Zat Hygroskopis
29 3.5.2.4 Indikator-indikator : Thermometer, permukaan minyak Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indicator pada transformator sebagai berikut: - Indikator suhu minyak (Gambar 3.17.). - Indikator permukaan minyak. (Gambar 3.17.) - Indikator sistem pendingin. - Indikator kedudukan tap. - Dan sebagainya Gambar 3.17. Alat Pengukur Suhu dan Indikator Permukaan Minyak 3.5.3 Peralatan Proteksi 3.5.3.1 Rele Bucholz Rele bucholz adalah alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh karena : 1. Hubung singkat antar lilitan /dalam phasa 2. Hubung singkat antar phasa 3. Hubung singkat antar phasa ke tanah 4. Busur api listrik antar laminasi 5. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik
30 Gambar 3.18. Rele Bucholz 3.5.3.2 Pengaman tekanan lebih (Explosive Membrane) / Bursting Plate Alat ini berupa membrane yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki transformator terhadap kenaikan tekanan gas yang timbul di dalam tangki (yang akan pecah pada tekanan tertentu) dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator. 3.5.3.3 Rele tekanan lebih (Sudden Pressure Relay) Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni pengaman terhadap gangguan di dalam transformator. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung menjatuhkan PMT (Gambar 3.22.) Gambar 3.19. Pengaman Tekanan Lebih