MEDIA ELEKTRIK, Volume 4 Nomor 1, Juni 2009 ANALISIS LOSES JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER PADA PENYULANG ADHYAKSA MAKASSAR Muh. Nasir Malik Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besar jatuh tegangan dan susut daya total pada jaringan distribusi primer penyulang Adyaksa Gardu Induk Panakukang Makassar. Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah penelitian deskriptif, pengumpulan data dilakukan dengan wawancara, observasi dan dokumentasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1) jatuh tegangan yang terjadi pada kawat penghantar sebesar 68,481 Volt atau sebesar 0,342 %; (2) Susut daya penghantar adalah 27923,971 Watt dan susut daya pada transformator distribusi sebesar 68050 Watt, sehingga susut daya total pada penyulang Adyaksa adalah 95973,971 Watt atau sebesar 2,626 %. Kata kunci : Jaringan distribusi, Jatuh tegangan, Susut daya. Ketersediaan daya listrik dalam jumlah dan mutu yang memadai merupakan salah satu faktor yang menunjang untuk mempercepat peningkatan ekonomi dan laju pembangunan di berbagai sektor, serta meningkatkan produktifitas bagi masyarakat. Salah satu kendala yang dihadapi adalah pendistribusian daya listrik ke konsumen, karena pada umuya konsumen mengharapkan adanya suatu bentuk penyediaan energi listrik yang terus menerus (kontinyu). Pemasok tenaga listrik dalam hal ini PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN) Persero, dituntut untuk mampu memberikan suatu pelayanan tenaga listrik yang optimal sesuai yang dibutuhkan para konsumen, tetapi pada kenyataannya krisis energi listrik menjadi masalah besar dalam penyediaan energi listrik dalam jumlah besar. Untuk itu, hal yang mendesak dilakukan adalah memaksimalkan manajemen pengoperasian sistem tenaga listrik. Jaringan distribusi tenaga listrik merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang berhubungan langsung dengan konsumen. Bagian ini sangat menunjang penyaluran tenaga listrik ke konsumen, untuk itu diperlukan pengoperasian dan pemeliharaan jaringan distribusi tenaga listrik yang memadai. Untuk menyalurkan tenaga listrik ke konsumen, jaringan distribusi tenaga listrik terbagi atas dua, yaitu jaringan distribusi tenaga listrik primer yang menggunakan tegangan 20000 Volt atau 20 kv (Tegangan Menengah = TM) dan jaringan distribusi tenaga listrik sekunder, menggunakan tegangan 220/380 Volt (Tegangan Rendah = TR). Pada penyaluran tenaga listrik, keandalan jaringan distribusi harus benar-benar diperhatikan, karena dalam jaringan distribusi sangatlah besar kemungkinan terjadinya jatuh tegangan dan susut daya pada kawat penghantar serta susut daya yang terjadi pada transformator distribusi. Oleh karena itu diperlukan perhatian terhadap aspek-aspek teknis dan non-teknis dalam peningkatan keandalan atau kualitas jaringan distribusi. Proses penyaluran daya listrik pada jaringan distribusi ke konsumen, terjadi penyusutan daya pada saluran (penghantar), transformator, dan peralatan lain yang terpasang pada jaringan distribusi tersebut. Penyusutan ini merupakan hal yang wajar selama besarannya masih dalam batas-batas toleransi yang diizinkan. Jika besarannya sudah melampaui batas toleransi, maka sudah perlu diambil langkah-langkah untuk mengatasinya. Susut daya dan jatuh tegangan sebagian besar terjadi pada jaringan distribusi. Hal ini dikarenakan arus listrik yang mengalir pada jaringan distribusi, baik distribusi primer maupun distribusi sekunder sangat besar. Apabila terjadi jatuh tegangan yang besar, akan mempengaruhi karakteristik pengoperasian peralatan khususnya elektronik pada konsumen, terutama pada kondisi jatuh tegangan yang melebihi 10 %. Bilamana kondisi ini terus berlangsung dengan arus yang besar, maka peralatan elektronik tersebut akan bekerja pada kondisi tidak normal, rusak.
Penyulang Adyaksa merupakan salah satu penyulang yang disuplai dari gardu induk Panakukang Makassar. Penyulang Adyaksa mensuplai 23 gardu distribusi dengan kapasitas yang berbeda-beda dan tersebar di beberapa lokasi untuk melayani konsumen yang berada disekitar daerah kompleks perumahan Panakukang Mas, termasuk daerah pusat bisnis (perdagangan) seperti Mall Panakukang, Carefour, Panakukang Trade Centre (PTC), Gudang Rabat Alfa, dan pertokoan lainnya. Seringnya terjadi pengsaklaran (swicthing) pada gardu distribudi diindikasikan sebagai akibat dari besarnya jatuh tegangan dan susut daya pada jaringan distribusi. Seiring dengan perkembangan wilayah hunian dan pusat bisnis di daerah Panakukang dan sekitarnya, mengakibatkan tingkat kebutuhan konsumen akan tenaga listrik yang bervariasi, maka pada daerah tersebut dibutuhkan data yang lengkap untuk meminimalisir gejala-gejala yang dapat menyebabkan terjadinya susut daya dan jatuh tegangan yang disebut dengan loses distribusi tegangan menengah pada daerah tersebut. Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah berapa besar jatuh tegangan jaringan distribusi tenaga listrik pada penyulang Adyaksa dan berapa besar susut daya jaringan distribusi tenaga listrik pada penyulang Adyaksa Makassar. Sedangkan tujuan penelitian ini diharapkan untuk mengetahui besar jatuh tegangan dan susut daya jaringan distribusi tenaga listrik pada penyulang Adyaksa Makassar. Suatu sistem distribusi secara garis besar terdiri dari tiga bagian, yaitu sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Pusat pembangkitan merupakan tempat energi listrik dibangkitkan, dan dengan menggunakan transformator penaik tegangan (step-up), tegangan listrik dinaikkan menjadi tegangan tinggi dan selanjutnya disalurkan melalui saluran transmisi. Saluran transmisi akan menghubungkan antara pusat pembangkit dengan sistem distribusi atau konsumen melalui gardu induk dengan menurunkan tegangannya pada transformator penurun tegangan (step-down) menjadi tegangan menengah. Pada bagian distribusi inilah energi listrik selanjutnya disalurkan ke konsumen untuk berbagai keperluan. Diagram sistem distribusi tenaga listrik ditunjukkan pada gambar 1. Sistem tenaga listrik di Indonesia menggunakan sistem 3 fasa yang seimbang. Artinya bahwa tegangan 3 fasa yang dihasilkan oleh unit-unit pembangkit tenaga listrik dalam keadaan seimbang, baik besar tegangan maupun frekuensi yang dihasilkan (Stevenson, 1994). Menurut Dugan & Beaty (1996), keandalan atau kualitas daya listrik secara umum dapat dinyatakan sebagai kemungkinan suatu komponen atau suatu sistem penyedia tenaga listrik menjalankan fungsinya secara memuaskan dan sempurna. Gambar 1. Diagram satu garis distribusi tenaga listrik Dalam penyaluran tenaga listrik dari gardu-gardu induk sampai kepada konsumen diperlukan suatu sistem jaringan distribusi, dimana pada jaringan distribusi tersebut timbul jatuh tegangan dan rugi daya, sedangkan pada transformator distribusi juga timbul rugi daya (Pabla, 1994). Menurut Dugan & Beaty (1996), bahwa perubahan tegangan suplai diizinkan antara +5 % dan 5%, sedangkan menurut Wardani (1996), bahwa batas toleransi variasi tegangan adalah +5 % dan 10% dari tegangan nominal. Pendistribusian tenaga listrik dari gardugardu induk sampai kepada konsumen diperlukan suatu sistem jaringan distribusi (Pabla, 1994). Sistem jaringan distribusi dapat dibedakan atas dua yaitu :
MEDIA ELEKTRIK, Volume 4 Nomor 1, Juni 2009 a. Sistem jaringan distribusi Primer Sistem jaringan distribusi primer adalah bagian dari sistem tenaga listrik terletak antara gardu induk dan gardu distribusi. Jaringan distribusi primer ini umuya terdiri dari jaringan tiga fasa yang jumlah kawatnya tiga atau empat kawat. Untuk menyalurkan tenaga listrik pada jaringan distribusi primer digunakan saluran kawat udara, saluran kabel udara atau sistem kabel tanah, dimana penggunaannya disesuaikan dengan tingkat keandalan yang dibutuhkan. Saluran distribusi primer ini dibentangkan sepanjang daerah yang disuplai tenaga listrik sampai pada pusat beban ujung akhir. primer, digunakan persamaan (2) dengan memberikan subskrit m dan n, pada jatuh tegangan (V), arus (I), jarak (L), resistansi (R) dan reaktansi (X), sehingga persamaan (2) menjadi : ( R cosq X sin q ) DV = I L + (3) Bagan dari suatu penyulang yang terdapat pada suatu sistem jaringan distribusi primer dapat dilihat pada gambar 6 berikut. b. Sistem jaringan distribusi sekunder Sistem jaringan distribusi sekunder merupakan bagian dari sistem jaringan distribusi primer dimana jaringan ini berhubungan langsung dengan konsumen tenaga listrik. Pada jaringan distribusi sekunder sistem tegangan distribusi primer 20 kv diturunkan menjadi sistem tegangan rendah 380/220 Volt. Sistem jaringan distribusi primer dikenal beberapa macam tipe jaringan distribusi primer, dimana masing-masing sistem mempunyai karakteristik-karakteristik yang berbeda-beda serta mempunyai keuntungan dan kerugian yang tergantung pada kebutuhan. Dasar pemilihan suatu sistem tergantung dari tingkat kepentingan konsumen/pusat beban itu sendiri, yaitu meliputi (a) Kontinuitas pelayanan yang baik, (b) Kualitas daya listrik yang baik, (c) Luas dan penyebaran daerah beban yang dilayani seimbang, (d) Fleksibelitas dalam pengembangan dan perluasan daerah beban, (e) Kondisi dan situasi lingkungan, dan (f) Pertimbangan ekonomis. Kadir Abdul, 2000, menyatakan bahwa jatuh tegangan (DV) didefinisikan sebagai selisih tegangan pada ujung pengirim (V S ) dan tegangan pada ujung penerima (Vr), yang dinyatakan dengan persamaan : D V = Vs -Vr (1) Besar jatuh tegangan yang terjadi pada penghantar saluran ditentukan oleh panjang saluran, konstanta jaringan dan besar daya yang disalurkan. Untuk sistem arus bolak-balik tiga fasa, digunakan rumus turunan dari persamaan (1) di atas : D V = I L ( R cosq + X sinq ) (2) Untuk menghitung besar jatuh tegangan antara titik m dan n pada suatu jaringan distribusi Gambar 6. Bagan suatu penyulang pada sistem distribusi primer Susut daya (DP) pada kawat penghantar jaringan distribusi primer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Pabla, 1994) : DP = m.i 2.R.L (4) Umuya bentuk jaringan distribusi primer bercabang-cabang, maka susut daya dihitung secara bertahap bagian demi bagian. Untuk menghitung besar susut daya antara titik m dan n pada suatu jaringan distribusi primer, digunakan persamaan (4) dengan memberikan subskrit m dan n, pada susut daya (P), arus (I), jarak (L), dan resistansi (R), sehingga persamaan (4) menjadi : DP = m.i 2.R.L (5) Selain pada kawat penghantar, susut (rugi) daya juga terjadi pada transformator, yaitu pada inti besi dan belitan (kumparan). Rugi daya yang terjadi pada inti besi disebabkab oleh adanya rugi histeresis dan rugi arus eddy. (Kadir, Abdul, 2000). Rugi-rugi ini tidak tergantung pada besar arus beban. Rugi histeresis yaitu suatu kerugian yang disebabkan adanya partikel-partikel pada inti transformator, akibat adanya perubahan fluks magnet yang muncul secara periodik, Besar rugi hysteresis (P h ) dapat dihitung dengan persamaan (6) berikut : P h = K h.f.b maks 1,6 (6) Dengan K h adalah koefisien hysteresis, f adalah frekuensi perubahan fluks dam B maks adalah kerapatan fluks maksimum. Rugi arus eddy (P e ) adalah kerugian yang disebabkan oleh adanya arus yang mengalir pada
inti transformator. Prosesnya mirip dengan arus yang terinduksi pada belitan transformator. Rugi ini dapat dihitung dengan rumus berikut : P e = K e.f.b maks 2 (7) Sedangkan rugi-rugi yang terjadi pada belitan kumparan transformator, yang disebut dengan rugi tembaga adalah kerugian yang tergantung dari besarnya arus beban. Semakin besar arus beban semakin besar pula rugi tembaga yang terjadi. Rugi belitan (P cu ) sebanding dengan perubahan kuadrat arus beban. P cu = m.i 2.R (8) atau : P cu = m.i 1 2 (R 1 + a.r 2 2 ) atau : P cu = m.i 2 2 (R 2 + a.r 1 2 ) Dengan m adalah jumlah fasa, R 1 adalah resistansi belitan primer, R 2 adalah resistansi belitan sekunder dan a = konstanta atau pembanding transformasi. Sedangkan arus beban transformator distribusi dihitung dengan persamaan (9) berikut : kva I = (9) 3V Penyaluran daya listrik pada jaringan distribusi primer dipengaruhi oleh parameter resistansi, induktansi dan kapasitansi, ketiga parameter ini mengakibatkan terjadinya jatuh tegangan dan susut daya. Untuk panjang jaringan yang pendek pengaruh kapasitansi dapat diabaikan. Menurut Stevenson, William, 1994, resistansi kawat penghantar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (10) berikut : L R = r (10) A dengan r adalah resistansi jenis masing-masing penghantar (tembaga = 0,0178 W-m dan aluminium = 0,032 W-m), L adalah panjang penghantar dan A merupakan luas penampang penghantar. Pada jaringan distribusi primer ada dua faktor yang mempengaruhi reaktansi induktif, yaitu efek kulit dan efek sekitar. Kedua efek ini diabaikan karena frekuensi kerja yang digunakan hanya 50 Hz dan radius penghantar terlalu kecil dibanding dengan jarak antar penghantar. Induktansi (L) dari suatu kawat penghantar jaringan distribusi primer dapat dihitung dengan persamaan (11) berikut : -7 Deq L = 2x10 ln (11) D s dengan D eq = (D 12 x D 23 x D 31 ) 1/3 adalah jarak ekivalen dari tiap penghantar dan D s = re -0,25 adalah jari-jari rata-rata geometrik penghantar. Sedangkan reaktansi induktif (X L ) dapat dihitung dari persamaan (12) berikut : X L = 2.p.f.L (12) Dengan f adalah frekuensi jala-jala. METODE Penelitian ini adalah penelitian analisis deskriptif, yaitu melakukan perhitungan teknis untuk menggambarkan fenomena yang terjadi pada jaringan distribusi primer penyulang Adyaksa Makassar yaitu jatuh tegangan dan rugi daya. Pengumpulan data dilakukan dengan teknik observasi, wawancara dan dokumentasi. Teknik observasi langsung dilapangan, dilakukan untuk melihat secara langsung kondisi panjang jaringan distribusi dan letak gardu distribusi. Teknik wawancara, dilakukan dengan mewawancarai karyawan (teknisi) gardu induk Panakukang untuk mendapatkan penjelasan dan keterangan yang lebih akurat tentang penyulang Adyaksa. Teknik dokumentasi dilakukan untuk memperoleh data tentang jenis, panjang dan luas penampang penghantar jaringan distribusi primer, serta kapasitas garu distribusi HASIL DAN PEMBAHASAN Penyulang Adyaksa disuplai dari gardu indu Panakukang dengan bentuk konfigurasi jaringan ring karena dapat disuplai dari gardu induk lain, terlihat dengan adanya beberapa Air Breaker Switch (ABS) yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik dengan penyulang lain. Arus beban puncak yang terjadi pada tanggal 9 Desember 2006 sebesar 215 A, tegangan 20 kv, frekuensi 50 Hz, faktor daya 0,85 lagging. Panjang saluran 8660 m, dengan kawat penghantar 3x240 mm 2 dan 3x150 mm 2 jenis Cross-Linked Polyethylene (XLPE) saluran bawah tanah. Untuk saluran udara digunakan jenis penghantar All Aluminium Alloy Conductor (AAAC) 3x150 mm 2 dan 3x70 mm 2, mensuplai 23 buah gardu distribusi dengan kapasitas berbedabeda dan tersebar dibeberapa lokasi. Diagran penyulang Adyaksa ditunjukkan pada gambar 3 berikut ini :
MEDIA ELEKTRIK, Volume 4 Nomor 1, Juni 2009 B6 B5 B6 3.180x10-6 0.012 0.001 B7 B6 B7 1.180x10-6 2.608 0.013 B8 B7 B8 5.940x10-6 0.288 0.001 B9 B8 B9 8.920x10-6 0.216 0.001 Jumlah 68.481 0.342 Sumber : Data diolah Nama Gambar 7. Bagan sistem distribusi primer penyulang Adhyaksa. Tabel 1. Ringkasan Hasil Perhitungan Jatuh Tegangan Penyulang Adyaksa Gardu Induk Panakukang Makassar Saluran Resistansi Penghantar (ohm) Jatuh Tegangan Volt % A GI - A 1.525x10-6 0.983 0.005 A1 A A1 7.433x10-6 7.989 0.040 A2 A1 A2 5.946x10-6 4.831 0.024 A3 A2 A3 3.716x10-6 1.544 0.008 A4 A3 A4 2.973x10-6 0.964 0.005 A5 A4 - A5 2.973x10-6 0.964 0.005 A6 A5 A6 4.460x10-6 1.926 0.010 A7 A6 A7 5.203x10-6 2.438 0.012 A8 A7 A8 7.433x10-6 4.735 0.024 A9 A8 A9 1.040x10-6 8.811 0.044 A10 A9 A10 1.115x10-6 9.574 0.048 B A10 B 1.486x10-6 0.167 0.001 A11 B A11 7.968x10-6 2.801 0.014 A12 A11 A12 3.345x10-6 6.792 0.034 A13 A12 A13 2.071x10-6 2.059 0.010 B1 B B1 3.250x10-6 1.081 0.005 B2 B1 B2 5.200x10-6 1.234 0.006 B B2 B 1.480x10-6 0.088 0.001 B3 B B3 1.630x10-6 5.802 0.029 B4 B3 B4 7.960x10-6 0.513 0.003 B5 B4 B5 3.180x10-6 0.061 0.001 Tabel 2. Ringkasan Hasil Perhitungan Susut Daya Penyulang Adyaksa Gardu Induk Panakukang Makassar Nama Saluran Susut Daya (Watt) Peng hantar Trans forma tor Total Susut Daya Watt % A GI - A 635.438 0 635.438 0.017 A1 A A1 5152.000 3600 8752.000 0.239 A2 A1 A2 2943.000 2400 5343.000 0.146 A3 A2 A3 1065.000 1900 2965.000 0.081 A4 A3 A4 649.118 3600 4249.118 0.116 A5 A4 - A5 570.813 2980 3550.813 0.097 A6 A5 A6 1151.000 3600 4751.000 0.130 A7 A6 A7 1355.000 2400 3755.000 0.103 A8 A7 A8 2505.000 2400 4905.000 0.134 A9 A8 A9 4425.000 2400 6825.000 0.187 A10 A9 A10 4551.000 950 5501.000 0.151 B A10 B 78.094 0 78.094 0.002 A11 B A11 342.211 3600 3942.211 0.108 A12 A11 A12 545.342 1900 2445.342 0.067 A13 A12 A13 130.827 5530 5660.827 0.155 B1 B B1 372.648 5530 5902.648 0.161 B2 B1 B2 347.046 2980 3327.046 0.091 B B2 B 21.979 0 21.979 0.001 B3 B B3 777.219 2400 3177.219 0.087 B4 B3 B4 55.020 2400 2455.020 0.067 B5 B4 B5 4.946 5350 5354.946 0.147 B6 B5 B6 0.863 1900 1900.863 0.052 B7 B6 B7 227.295 5350 5577.295 0.153 B8 B7 B8 14.490 2980 2994.490 0.082 B9 B8 B9 3.622 1900 1903.622 0.052 Jumlah 27923.971 68050.00 95973.971 2.626 Sumber : Data diolah Dengan menggunakan persamaanpersamaan yang sudah dikemukakan pada bagian sebeluya, hasil perhitungan jatuh tegangan dapat dilihat pada tabel 1 dan susut daya pada tabel 2. Berdasarkan data hasil perhitungan jatuh tegangan pada tabel 1 di atas, terlihat bahwa jatuh tegangan yang terjadi pada penyulang Adyaksa hanya sebesar 68,481 Volt atau 0,342 % dari tegangan nominal sistem yang digunakan. Demikian pula halnya susut daya yaitu sebesar 95973.971 Watt atau 2.626 %. Dengan mengacu pada standarisasi PLN yang mengatakan bahwa besar jatuh tegangan dan susut daya maksimum yang diizinkan adalah sebesar 10 %, serta Wardani (1996), bahwa batas toleransi variasi tegangan adalah +5 % dan 10% dari tegangan
nominal, sehingga dapat dikatakan bahwa penyulang Adyaksa sampai saat ini masih dinyatakan layak. SIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan pembahasan hasil penelitian, maka dapat disimpulkan bahwa : (1) Susut tegangan yang terjadi hanya 6,481 Volt atau 0,342 % dari tegangan nominal sisten yang digunakan, (2) susut daya yaitu sebesar 95973.971 Watt atau 2.626 %. Diperoleh dari gabungan antara susut daya pada jaringan dan transfo rmator distribusi, (3) Jika disbanding dengan standarisasi PLN yang mengatakan bahwa besar jatuh tegangan dan susut daya maksimum yang diizinkan adalah sebesar 10 %, maka jaringan distribusi penyulang Adyaksa, masih dapat dikatakan baik atau layak. Untuk menjaga tingkat kontinuitas pelayanan yang maksimal pada konsumen, jaringan distribusi primer khususnya pada penyulang Adyaksa perlu diadakan pengawasan dan pemeliharaan secara rutin terhadap semua jenis peralatan yang digunakan termasuk penghantar dan gardu distribusi. DAFTAR PUSTAKA Arismunandar A. dan Kuwahara S., 1993, Teknik Tenaga Listrik, Jilid II, Jakarta: PT. Pradnya Paramitha Boctor.A.S. 1992, Electrical Circuit Analysis, New York: Prentice-Hall International, Inc Dugan Roger C & Beaty W H, 1996, Electrical Power System Quality, New York: McGraw-Hill Kadir Abdul, 2000, Distribusi dan Utilitas Tenaga Listrik), Jakarta: Universitas Indonesia Press Pabla, A.S., 1994, Electrical Power Distribution System, New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. Stevenson Jr. D.William, 1994, Analisis Sistem Tenaga Listrik, Jakarta: Edisi ke empat, Erlangga Wadhani, 1996, Pengaruh Beban Industri pada mutu tenaga listrik, Energi & Listrik, VI (2), hal 15-23