BAB II SISTEM TENAGA LISTRIK TEGANGAN RENDAH

BAB II SISTEM TENAGA LISTRIK TEGANGAN RENDAH 2.1 Umum Rancangan instalasi listrik membutuhkan analisis yang terus-menerus dan komprehensif untuk keberhasilan sistem dan untuk menentukan keefektifan dalam perencanaan sistem. Sebelum merancang suatu instalasi listrik terlebih dahulu dilakukan penilaian dan survei lokasi. Rancangan instalasi listrik harus pula berdasarkan persyaratan dasar yang telah ditentukan dan memperhitungkan serta memenuhi proteksi untuk keselamatan manusia / penghuni gedung dan keamanan gedung serta peralatan-peralatan listrik didalamnya dari bahaya dan kerusakan yang bisa ditimbulkan oleh penggunaan instalasi listrik secara wajar. Secara umum diketahui bahwa resiko utama pada instalasi listrik yaitu akibat arus kejut listrik dan suhu berlebihan yang sangat mungkin mengakibatkan kebakaran bahkan dapat mengakibatkan kerusakan peralatan pada instalasi listrik. Oleh karena itu pada awal perancangan instalasi listrik pada gedung baru harus dilengkapi proteksi dari kejut listrik, proteksi dari efek termal, proteksi dari arus lebih, proteksi dari tegangan lebih yang diakibatkan petir, proteksi dari tegangan kurang, pemisah dan penyaklaran. Tindakan proteksi dapat diterapkan pada seluruh instalasi atau pada subbagian instalasi yang dianggap perlu untuk menjamin tingkat keselamatan serta mutu instalasi pada gedung. 6

7 2.2 Distribusi Tenaga Listrik Sistem distribusi tenaga listrik adalah bagian dari sistem tenaga listrik yang terletak antara sistem transmisi atau sub transmisi sampai konsumen. Sistem distribusi dapat dicatu oleh suatu transmisi yang merupakan terinkoneksi dari banyak sumber pembangkit, atau dapat dicatu oleh satu buah pembangkit saja. Sumber tenaga ini terletak didalam atau didekat area beban yang dilayani oleh sistem distribusi tersebut. Sistem distribusi seara umum dibagi menjadi tiga komponen yaitu : 1. Gardu distribusi 2. Jaringan distribusi primer 3. Jaringan distribusi sekunder. Diagram sistem distribusi listrik di gedung bertingkat secara umum diperlihatkan pada Gambar 2.1 dibawah ini. Gambar 2.1 Diagram sistem distribusi listrik

8 2.2.1 Gardu Induk Gardu distribusi atau gardu induk adalah suatu bangunan instalasi listrik yang menjadi terminal ujung pelayanan tegangan menengah dari perusahaan penyedia energi listrik. Gardu yang diterapkan di gedung bertingkat biasanya dibuat khusus di area tertentu dan terbuat dari beton. dan dari gardu distribusi inilah suplai energi listrik kemudian di salurkan ke panel utama tegangan menengah atau PUTM. Pada gambar 2.2 ditunjukan gardu induk pada umumnya seperti dibawah : Gambar 2.2 Gardu Induk 2.2.2 Transformator Step Down Transformator adalah suatu peralatan listrik yang dipergunakan untuk memindahkan daya atau energi listrik, dari suatu bagian rangkaian ke rangkaian yang lain secara induksi dengan tegangan dan arus berubah serta frekuensi tetap. Dan untuk transformator step down yaitu pada tegangan output kumparan sekunder yang lebih rendah dibandingkan dengan tegangan input pada kumparan primer. Jenis transformator ini mempunyai lilitan primer dengan sekunder yang kurang daripada pada lilitan kumparan primer.

9 Perbandingan antara jumlah lilitan primer dengan sekunder, menentukan perbandingan tegangan primer dengan sekunder dari transformator, seperti pada gambar 2.3 penjelasan diagram transformator dibawah. Gambar 2.3 Gambar diagram Transformator Perbandingan Lilitan =...(2.1) Dengan : Np = Jumlah lilitan primer Ns = Jumlah lilitan sekunder Vp = Tegangan Primer (volt) Vs = Tegangan sekunder (volt) 2.2.3 Panel Distribusi Ada banyak ragam fungsi gedung tipe highrises building. Dan pada umumnya gedung bertingkat tipe highrises building ini digunakan sebagai perkantoran, hunian (apartement), atau lainnya. Fungsi yang berbeda ini menjadikan penamaan panel distribusi masing masing sering berbeda dan di lokasi yang berbeda terkadan juga memiliki penamaan yang berbeda, tetapi pada umumnya panelpanel distribusi yang ada di gedung bertingkat (highrises building) adalah sebagai berikut : a) MVMDP b) LVDP c) Panel distribusi tiap lantai d) Panel khusus dari genset (emergency) Dan dapat dilihat konfigurasi suplai daya listrik dalam gedung pada gambar 2.4 dibawah.

10 Gambar 2.4 Suplai daya listrik dari genset ke panel tegangan rendah a. Panel Tegangan Menengah (MVMDP) Panel tegangan menengah atau medium voltage main distribution panel (MVMDP) ini juga biasa disebut dengan cubicle. Berfungsi langsung untuk alat penghubung dan pemutus antara tegangan menengah (TM) atau arus yang masuk ke trafo. Didalam panel ini biasanya dilengkapi dengan arrester petir sesuai dengan namanya, arrester adalah suatu alat pelindung bagi peralatan tenaga listrik terhadap surja petir. Alat pelindung ini berfungsi dengan cara membatasi surja tegangan yang lebih dan mengalirkannya ke tanah. Arrester di MVMDP harus bisa melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan dan berlaku sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk dilalui arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih tinggi pada peralatan. Di tiap cubicle biasanya dilengkapi dengan sistem yang disebut dengan protection, metering, monitoring dan control unit comprising (PMCU). Komponen ini adalah instrument transformator tegangan dan trafo arus, relay proteksi, alat ukur tegangan dan arus, relay tegangan, dan lampu indicator. Transformator tegangan di dalam (PMCU) befungsi untuk

11 penurun tegangan menengah menjadi tegangan rendah untuk besaran ukur sesuai alat ukur tegangan. Sedangkan transformator arus di dalam (PMCU) berfungsi untuk menurunkan arus besar menjadi arus yang lebih kecil pada tegangan rendah untuk besaran ukur arus. Supply daya listrik yaitu dari arah pembangkit listrik gedung (generator set). digedung bertingkat, umumnya juga masuk dari sisi incoming LVDP dengan tegangan rendah yang sama dengan supply dari PLN yang telah diturunkan tegangannya melalui trafo step down. b. Panel Tegangan Rendah (LVDP) Panel Utama Tegangan Rendah atau Low Voltage Main Distribution Panel (LVDP) berfungsi menerima daya listrik dari transformer atau genset/pkg untuk selanjutnya didistribusikan ke panel-panel distribusi tegangan rendah. LVDP ini menerima daya listrik dari Trafo atau PKG. Pembagian distribusi listrik ke panel-panel distribusi tegangan rendah dari outgoing LVDP menuju ke panel-panel Sub Distribusi menggunakan jenis kabel NYY yang selanjutnya mendistribusikan menuju panel distribusi. c. Panel Distribusi Lantai Panel distribusi lantai adalah panel yang menjadi pusat sistem kelistrikan dari keseluruhan beban di tiap lantai gedung. Menjadi tempat untuk kegiatan perawatan gedung (maintenance) dan sebagai pengisolasi jika ada permasalahan kelistrikan pada lantai yang diproteksi. Untuk aplikasi di gedung bertingkat, supply energi listrik akan dibagi lagi ke panel-panel ruangan kamar tidur hotel, panel koridor ruangan maupun ke panel tata udara. Letak panel distribusi umumnya didekat dengan akses jalan keluar masuk antara lantai ke lantai yang lain, seperti dekat dengan ruang lift atau di ruang panel lantai sehingga mudah dijangkau dan mudah dalam pemeliharaannya.

12 d. Panel Darurat (Emergency) Panel darurat ini adalah panel distribusi tegangan rendah seperti halnya panel distribusi, tetapi bedanya panel ini pengaturannya tetap memiliki aliran daya listrik ketika aliran daya listrik dari perusahaan penyedia listrik (PLN) diputus karena kondisi darurat seperti contohnya terjadi kebakaran di gedung. Supply tenaga darurat biasanya dikhususkan pada tempat evakuasi seperti di tangga kebakaran, sehingga panel ini sering disebut sebagai panel utama darurat. Ciri umum dari panel ini adalah dalam penggunaan kabelnya terisolasi dengan bahan yang terbuat dari mineral. Di pasaran disebut kabel tahan api atau fire resistenace cable ( FRC) baik untuk incoming maupun outgoing ke beban-beban emergency. Kabel FRC tersebut standarnya harus bisa tahan terhadap api hingga suhu 600⁰C. 2.3 Komponen Distribusi dan Alat Proteksi dalam Panel Pendistribusian tegangan rendah dari panel utama tegangan rendah hingga sampai pada beban akhir sehingga dapat beroperasi dengan baik dan normal maka perlu komponen-komponen listrik pendukung. Dari masingmasing uraian diatas mengenai jenis panel-panel listrik tegangan rendah dan tegangan menengah semua itu tidak dapat berfungsi jika tidak didukung dengan komponen-komponen listrik. Komponen listrik itu dapat berupa komponen untuk sistem penyaluran tenaga listrik, sistem switching, sistem proteksi dan sistem monitoring. Komponen-komponen listrik tersebut akan berfungsi dengan baik jika direncanakan dan diperuntukan secara proporsional, diperhitungkan aspek listris maupun mekanisnya. Pada sistem distribusi tegangan rendah pada suatu gedung agar dapat operasional normal, maka perlu komponen listrik yang memiliki kemampuan kerja baik, komponen tersebut diantaranya:

13 Kabel penghantar Penghantar rel MCCB,MCB Kontaktor Dalam suatu instalasi listrik gedung harus memenuhi aspek kemudahan dalam operasional, kekuatan komponen dan kecepatan untuk dioperasikan, jika ketiga aspek tersebut tidak dapat dipenuhi maka pasti akan menghambat kelancaran dari operasional gedung tersebut. 2.3.1 Kabel / Penghantar Menurut PUIL 2000 pasal 7.1.1 tentang persyaratan umum penghantar, disebutkan semua penghantar yang digunakan harus dibuat dari bahan yang memenuhi syarat, sesuai dengan tujuan penggunaannya, serta telah diperiksa dan diuji menurut standar penghantar yang dikeluarkan atau diakui oleh instansi yang berwenang. Pada instalasi dalam gedung biasanya menggunakan kabel NYY, seperti gambar 2.5. Gambar 2.5 Kabel tegangan rendah. Dilihat dari jenisnya penghantar dibedakan menjadi kabel instalasi, kabel tanah dan kabel fleksibel. Kabel instalasi ini digunakan untuk instalasi penerangan, jenis kabel yang banyak digunakan untuk instalasi rumah tinggal dan bangunan bertingkat yang pemasangannya tetap yaitu NYY dan NYM. Kabel tanah biasanya dipasang di area taman. Kabel tanah ini dapat berupa kabel tanah termoplastik tanpa perisai maupun jenis thermoplastik berperisai. Sedangkan kable fleksibel adalah kabel yang biasa dipakai di bagian lift. Berikut arti lambang yang dimiliki kabel dapat dilihat Tabel 2.1:

14 Tabel.2.1. Nomenklatur kabel-kabel NOMENKLATUR KETERANGAN CONTOH selubung atau lapisan NKRA, A perlindungan luar bahan NAKBA serat (misalnya goni/jute) AA B C selubung atau perlindungan luar dua lapis dari bahan serat goni (jute) perisai dari pita baja ganda penghantar tembaga konsentris NAHKZAA, NKZAA NYBY, NEKBA NYCY S penghantar konsentris pada masing-masing inti, dalam hal kabel berinti banyak NYCEY penghantar konsentris pada masing-masing inti, yang CW dipasang secara berlawanan NYCWY arah untuk kabel tegangan nominal 0,6/1kV (1,2kV) D spiral anti tekanan pita penguat non-magnetis E kabel dengan masing-masing intinya berselubung logam NEKBA F perisai kawat baja pipih NYFGbY G spiral dari kawat baja pipih NYKRG G isolasi karet/epr NGA isolasi karet butil dengan 2G daya tahan lebih tinggi N2GAU Gb H K KL KWK terhadap panas spiral pita baja (mengikuti F atau R) lapisan penghantar di atas isolasi, untuk membatasi medan listrik selubung timbal selubung aluminium selubung dari pita tembaga yang terpasang dan dilas memanjang NYRGbY, N2XSEYFGbY NHKBA, NHKRA NKBA, NAKBY NKLY, NAHKLY NKWKZY

15 NOMENKLATUR KETERANGAN CONTOH L perisai dari jalinan-kawatbaja-bulat (braid) NTRLA kabel dengan selubung timah MK hitam untuk pemasangan MK dalam kapal laut N kabel standar penghantar tembaga NYA, NYY NA kabel standar penghantar NAYFGbY, aluminium NAKBA NF kabel udara berisolasi dipilin NF2X, NFAY NI kabel bertekanan gas NIKLDEY NO kabel bertekanan minyak NOKDEFOA NP kabel dalam pipa bertekanan gas NPKDvFSt2Y persiai-terbuka dari kawatkawat baja NKROA O Kabel berpenampang oval NYM-O Kabel tanpa inti berwarna hijau kuning NYFGbY-O Q jalinan (braid) dari kawatkawat baja berselubung-seng NYKQ (zing-coated) R perisai dari kawat-kawat baja bulat NYRGbY RR dua lapisan dari kawat-kawat baja bulat NKRRGbY perisai dari tembaga S pelindung listrik dari pita tembaga yang di balutkan N2XSY pada semua inti kabel bersama-sama SE pelindung listrik dari pita tembaga yang menyelubungi N2XSEY masing-masing inti kabel T tali penggantung dari baja 2X selubung isolasi dari XLPE NF2X, N2XSY Y selubung isolasi dari PVC NYA 2Y selubung isolasi dari polyethylene perisai dari kawat-kawat baja Z yang masing-masing NKZZA mempunyai bentuk Z

16 NOMENKLATUR KETERANGAN CONTOH penghantar berisolasi dengan NYMZ beban-tarik Z Selubung logam dari pita NYRUZY seng 2.3.2 Penghantar Rel (Busbar) Sistem rel yang dipakai pada panel induk 3 phasa digedung bertingkat bisa disebut dengan sistem 5 rel. Tiga rel peruntukan untuk penghantar 3 phasa masing masing R,S,T, satu rel diperuntukan untuk hantaran netral, dan satu rel lagi diperuntukan hanataran pentanahan (grounding), yang diletakan bagian bawah di dalam panel. Sedangkan untuk rel phasanya dipasang pada bagian atas secara mendatar. Sehubungan dengan kapasitas pembebanan dari rel utama ini, ukuran rel harus ditentukan dengan cermat. Sebagai dasar untuk menentukan ukuran rel diantaranya : kondisi operasi normal dan rating arusnya, kondisi hubung singkat (berupa panas yang terjadi karena adanya hubung singkat) dan besarnya tegangan. Digambar 2.6 menunjukan sebuah penghantar rel (busbar). Gambar 2.6 Penghantar rel (Busbar)

17 Dengan itu, data-data dari pabrik pembuat rel ini harus relevan dengan standar desain panel yang telah ditetapkan sesuai dengan ketentuan. Hantaran rel untuk pentanahan secara listrik harus dihubungkan ke keranga / badan panel dan ukurannya diperhitungkan agar mampu di aliri oleh setiap arus hubung singkat yang mungkin terjadi. 2.3.3 Pemutus dan Proteksi (Circuit Breaker) Saat ini pengaman atau pemutus arus listrik bentuk lebur sudah mulai ditinggalkan karena tidak efektif dan praktis. Sehingga saat ini hampir semua pengaman sudah menggunakan pengaman yang bisa cepat segera digunakan lagi setelah terjadi gangguan seperti MCB & MCCB masing masing dari pemutus tersebut bekerja secara otomatis dan dapat bekerja kembali setelah terjadi gangguan asalkan arus gangguan tidak melebihi kemampuan pemutusannya atau Breaking Capacity-nya. Nilai breaking capacity dinyatakan dalam satuan ka. MCB sering disebut juga sakelar mekanis yang mampu menghubungkan, mengalirkan dan memutuskan arus pada kondisi sirkit normal, dan mampu menghubungkan, mengalirkan untuk jangka waktu tertentu dan memutuskan secara otomatis arus pada kondisi sirkit tidak normal tertentu, seperti pada kondisi hubung pendek. Sedangakan MCCB atau Moulded Case Circuit Breaker adalah alat pengamanan yang berfungsi juga sebagai pengamanan terhadap arus hubung singkat dan arus beban berlebih. MCCB memiliki rating arus yang relatif tinggi dan dapat disetting sesuai kebutuhan. Spesifikasi MCCB pada umumnya dibagi dalam 2 parameter operasi yang terdiri dari : a) Tegangan kerja, spesifikasi MCCB digambarkan sebagai berikut: Ve = 250 V dan 600 V. b) Arus kerja, spesifikasi standar MCCB digambarkan sebagai berikut: 40 A 2500 A. Dan berikut dari bagian mekanisme circuit breaker dilihat pada gambar 2.7 seperti dibawah.

18 Gambar 2.7 Bagian mekanisme circuit breaker. Keterangan : 1. Terminal bagian atas (untuk line/source) 2. Solenoide 3. Actuator lever 4. Bimetal 5. Kontak tetap 6. Kontak bergerak 7. Pemadam percikan 8. Pengunci 9. Terminal bagian bawah (beban/load) 2.3.4 Kontaktor Kontaktor adalah instrument elektromekanik yang dapat berfungsi sebagai penyambung dan pemutus rangakaian, yang dapat dikendalikan dari jarak jauh. Dan pergerakan kontak-kontaknya terjadi karena adanya gaya elektromagnet. Kontak-kontak pada kontaktor ada dua macam yaitu kontak utama dan kontak bantu. Sedangkan menurut kerjanya, kontak-kontak dibedakan menjadi dua yaitu normally open (NO) dan normally close (NC). Dan dapat dilihat untuk bagian mekanisme kontaktor seperti gambar 2.8 dibawah.

19 (a) (b) Gambar 2.8 kontaktor (a) Diagram mekanisme kontaktor, (b) Bagian mekanisme kontaktor Kontak NO adalah pada saat kontaktor tidak mendapat masukan listrik kontak terbuka, sedangkan pada saat kontaktor mendapat aliran listrik maka kontak akan tertutup. Sedangkan kontak NC adalah pada saat kontaktor tidak mendapat aliran listrik kontak tertutup, sedangkan pada saat kontaktor mendapat aliran listrik, kontak terbuka. Kontaktor dalam sistem kelistrikan gedung hotel sering disebut dengan shunt trip. Kontaktor tersebut digunakan pada pengontrolan pemutusan panel beban yang tidak bersifat general atau (umum) dikarenakan kondisi darurat (emergency), misalnya beban pada panel kamar hotel dan panel-panel air conditioning. 2.3.5 ATS (Automatic Transfer Switch) ATS merupakan singkatan dari kata Automatic Transfer Switch, jika dipahami bedasarkan arti kata tersebut maka ATS adalah saklar yang bekerja otomatis, namun kerja otomatisnya bedasarkan memungkinkan jika sumber listrik dari PLN terputus atau mengalami pemadaman maka saklar akan berpindah kesumber listrik yang lainnya. Automatic Transfer Switch merupakan rangkaian kontrol saklar power inverter dengan PLN yang sudah full automatic. Alat ini berguna untuk menghidupkan dan menghubungkan power inverter ke beban secara otomatis pada saat PLN padam. Pada saat PLN hidup kembali, alat ini akan memindahkan sumber daya ke beban dari power inverter ke PLN. Pada gambar 2.9 dapat dilihat bentuk ATS (Automatic Transfer Switch).

20 Gambar 2.9. (ATS) Automatic Transfer Switch Difungsikan secara otomatis untuk memindahkan daya sesuai dengan kebutuhan tanpa menggunakan tenaga manusia untuk mengoperasiannya. Beberapa jenis ATS dibedakan menurut kapasitas daya yang dibutuhkan atau berdasarkan phasa dan ampere yang melalui panel tersebut, namun untuk prinsip kerjanya sama. Pada dasarnya pembuatan ATS adalah memainkan penalaran logika matematika dengan merangkaikan beberapa alat seperti relay, timmer, kontaktor, dan MCB. Alat-alat tersebut pada prinsipnya adalah sebagai saklar ataupun pemutus hubungan. Automatic transfer switch memiliki beberapa tipe varian, dengan fitur yang lebih luas, dalam memilih transfer switch dalam penggunaan yang spesifik secara tepat dibutuhkan pemahaman yang lebih mendasar dan jelas akan kebutuhan dilokasi dan batasan dalam hal instalasi.