BAB I I J ARI AR I NGAN DISTRI BUSI BUSI TENAG T ENAGA A LI L I STRI TR I K I I .1. .1.
Sistem T enag naga L istrik istrik Struktur Struktur tenaga listrik stri k atau si sistem stemtenaga listrik stri k sanga sangatt besar sar dan kompl kompleks
karena terdiri terdiri atas kompone komponen peralata ralatan atau mesin esin li listrik stri k seperti gene generator, transf transfor orm mator, beban dan alat-al at-alat at pengaman dan pengaturan turan yang saling dihubungkan dihubungkan membentuk suatu sistem sistem yang digunakan digunakan untuk untuk membangkitk bangkitkan, an, menyal enyalurk urkan an,, dan menggunakan energi listrik. stri k. Namun secara secara menda endasar sar siste sistem m tenaga naga li listrik stri k dapat pat dikel dikelom ompokkan pokkan atas 3 bagian bagian utama yaitu yaitu : 1.
Sistem Si stemPembangki bangkitan tan Pusat pembangkit ngkit tenag tenaga li listrik strik (electric power station) station) biasa bi asanya terleta rl etak jau jauh dari pusat-pu -pusat beban dimana energi list listrik digu igunakan.
2.
Sistem Transmisi Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik yang jauh disa disallurkan melalui kawatkawat-kawa kawat atau saluran transm transmisi menuju nuju gardu gardu ind i nduk uk (GI).
3. Sistem Distribusi Energi listrik dari gardu-gardu induk akan disalurkan oleh sistem distribusi sampai kepada konsume konsumen.
K etiga tiga bag bagian uta utam ma (pembangkita ngkitan, n, tra transmisi, si, dan distri distribu busi si)) terseb tersebut ut menj enjadi adi bagi bagian an penting nting dan harus sali saling mendukung untuk men mencapai tujua tujuan n utam utama sistem sistemtenag tenaga a listrik stri k yaitu yaitu penyaluran nyaluran energy nergy li l istrik stri k kep kepada ada konsumen. en.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam Penyaluran Tenaga Listrik Sebuah sistem tenaga listrik yang baik harus mencakup : 1. Biaya pembangkitan yang minimal. 2. Dapat memenuhi kebutuhan energi konsumen. 3. Menghasilkan energi listrik yang berkualitas dan andal.
II.2.
K omponen J aringan Distribusi Tenaga L istrik Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga
listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar (seperti gardu transmisi) dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum yang termasuk ke dalam sistem distribusi antara lain, : 1. Gardu Induk ( GI ) 2. Jaringan Distribusi Primer 3. Gardu Distribusi (Transformator) 4. Jaringan Distribusi Sekunder
Universitas Sumatera Utara
II.2.1 Gardu Induk (GI ) Pada bagian ini jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara langsung, maka bagian pertama dari sistem distribusi tenaga listrik adalah Pusat Pembangkit Tenaga Listrik dan umumnya terletak di pingiran kota. Untuk menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat beban (konsumen) dilakukan dengan jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. J ika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara tak langsung, maka bagian pertama dari sistem pendistribusian tenaga listrik adalah Gardu Induk yang berfungsi menurunkan tegangan dari jaringan transmisi dan menyalurkan tenaga listrik melalui jaringan distribusi primer.
II.2.2 J aringan Distribusi Primer J aringan distribusi primer merupakan awal penyaluran tenaga listrik dari Gardu Induk ( GI )
ke konsumen untuk sistem pendistribusian langsung.
Sedangkan untuk sistempendistribusian tak langsung merupakan tahap berikutnya dari jaringan transmisi dalam upaya menyalurkan tenaga listrik ke konsumen. Jaringan distribusi primer atau jaringan distribusi tegangan menengah memiliki tegangan sistem sebesar 20 kV. Untuk wilayah kota tegangan diatas 20 kV tidak diperkenankan, mengingat pada tegangan 30 kV akan terjadi gejala-gejala korona yang dapat mengganggu frekuensi radio, TV, telekomunikasi, dan telepon. Sifat pelayanan sistem distribusi sangat luas dan kompleks, karena konsumen yang harus dilayani mempunyai lokasi dan karakteristik yang berbeda. Sistem distribusi harus dapat melayani konsumen yang terkonsentrasi di kota,
Universitas Sumatera Utara
pinggiran kota dan konsumen di
daerah terpencil.
Sedangkan dari
karakteristiknya, terdapat konsumen perumahan dan konsumen dunia industri. Sistem konstruksi saluran distribusi terdiri dari saluran udara dan saluran bawah tanah. Pemilihan konstruksi tersebut didasarkan pada pertimbangan sebagai berikut: alasan teknis yaitu berupa persyaratan teknis, alasan ekonomis, alasan estetika dan alasan pelayanan yaitu kontinuitas pelayanan sesuai jenis konsumen. Pada jaringan distribusi primer terdapat 4 jenis dasar yaitu : 1. Sistem radial 2. Sistem hantaran penghubung (tie line) 3. Sistem loop 4. Sistem spindel II.2.2.1 Sistem Radial Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah sistem distribusi yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistemini terdapat beberapa penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial. Trafo Distribusi
20 kV
150 kV
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Daya
PMT150 kV
PMT 20kV
PM T20 kV
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
Gambar 2.2 K onfigurasi J aringan Radial
Universitas Sumatera Utara
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang. Bisa dalambangunan beton atau diletakan diatas tiang. K euntungan dari sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain. Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran. II.2.2.2 Sistem Hantaran Penghubung ( Tie L ine ) Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.3. umumnya digunakan untuk pelanggan penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lainlain). Pemutus tenaga
20 kV Pemutus tenaga 150 kV
PM T20 kV
20 kV
PM T20 kV
Trafo Daya Gardu K onsumen (khusus
Penyulang
Gambar 2.3 K onfigurasi Tie L ine ( Hantaran Penghubung )
Universitas Sumatera Utara
Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, dan setiap penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang lain. II.2.2.3 Sistem Loop Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur L ingkaran (Loop) seperti Gambar 2.4. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik. Trafo Distribusi
20 kV
150 kV
Sakelar Seksi Otomatis
Sakelar Seksi Otomatis
PMT 20 kV
Trafo Daya
PMT 150 kV
Pemutus Beban
Trafo Distribusi
PMT 20 kV Sakelar Seksi Otomatis
Sakelar Seksi Otomatis
Trafo Distribusi
Trafo Distribusi
PMT 20 kV
Gambar 2.4 K onfigurasi Sistem L oop II.2.2.4 Sistem Spindel Sistem Spindel seperti pada Gambar 5. adalah suatu pola kombinasi jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang
Universitas Sumatera Utara
(feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH). Trafo Distribusi
20 kV
PMT 20 kV
150 kV
Trafo Distribusi
Pemutus Beban
Trafo Daya Penyulang Langsung PMT 150 kV
Trafo Distribusi
PMT 20 kV
Trafo Distribusi PMT 20 kV
Gambar 2.5 K onfigurasi Sistem Spindel Pada sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah penyulang cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu hubung. Pola spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM). Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel berfungsi sebagai sistem radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM).
II.2.3 Gardu Distribusi atau Trafo Distribusi
Universitas Sumatera Utara
Gardu distribusi ( Trafo distribusi ) berfungsi merubah tegangan listrik dari jaringan distribusi primer menjadi tegangan terpakai yang digunakan untuk konsumen dan disebut sebagai jaringan distribusi sekunder.
Gambar 2.6. Gardu distribusi jenis tiang Kapasitas transformator yang digunakan pada transformator distribusi ini tergantung pada jumlah beban yang akan dilayani dan luas daerah pelayanan beban. Gardu distribusi ( trafo distribusi ) dapat berupa transformator satu fasa dan juga berupa transformator tiga fasa.
II.2.4 J aringan Distribusi Sekunder J aringan distribusi sekunder atau jaringan distribusi tegangan rendah merupakan jaringan tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen. Oleh karena itu besarnya tegangan untuk jaringan distribusi sekunder ini adalah 130/230 V dan 130/400 V untuk sistemlama, atau 380/220 V untuk sistembaru.
Universitas Sumatera Utara
Tegangan 130 V dan 220 V merupakan tegangan antara fasa dengan netral, sedangkan tegangan 400 atau 380 V merupakan tegangan fasa dengan fasa
Gambar 2.7. J aringan distribusi sekunder 380/220 V II.3
Tegangan Distribusi Tegangan untuk jaringan distribusi dapat dibagi menjadi beberapa jenis,
antara lain : II.3.1. Tegangan Menengah (TM) Tegangan menengah adalah tegangan dengan rentang 1 kV sampai dengan 30 kV. Untuk negara Indonesia menggunakan tegangan menengah sebesar 20 kV. Tegangan menengah dipakai untuk penyaluran energi listrik dari GI menuju gardu-gardu distribusi atau langsung menuju pelanggan tegangan menengah.
Universitas Sumatera Utara
II.3.2. Tegangan Rendah (TR) Tegangan rendah adalah tegangan dengan nilai di bawah 1 kV yang digunakan untuk penyaluran daya dari gardu distribusi menuju pelanggan tegangan rendah. Penyalurannya dilakukan dengan menggunakan sistem tiga fasa empat kawat yang dilengkapi netral. Indonesia sendiri menggunakan tegangan rendah 380/220 V dimana tegangan 380 V merupakan besar tegangan antar fasa dan tegangan 220 V merupakan tegangan fasa-netral.
II.4.
Penyusutan Energi pada J aringan Distribusi Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali mengalami
rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberi pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik pada sisi konsumen. Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi pengelola energi listrik. Daya total (kV A) yang dikirimkan dalam jaringan distribusi terdiri dari daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVar). Daya aktif adalah daya listrik yang dapat diubah ke bentuk energi yang lain seperti cahaya dan lain-lain. Daya reaktif adalah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Diagram vektor hubungan antara daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan padaGambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Diagram Vektor Daya Dari gambar tersebut dapat kita peroleh : kVA 2 = kW2 + kVar2..........................................................(2.1) kW
= kVA Cos φ..............................................................(2.2)
kVar = kVA Sin φ...............................................................(2.3)
Daya listrik pada sistem3 fasadapat dirumuskan sebagai berikut : Daya aktif
(P)
= V . I Cos φ ( kW)............................(2.4)
Daya reaktif
(Q)
= V . I Sin φ ( kVar )........................ (2.5)
Daya total
(S)
= P +jQ
S
= V . I Cos φ + j V . I Sin φ.............. (2.7)
( kVA )........................ (2.6)
II.4.1 Rugi –Rugi Saluran J ika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi panas karena pada penghantar tersebut terdapat resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat pada ujung saluran distribusi primer dirumuskan sebagai berikut : V = I ( R cos φ + X sin φ ) L ................ ........ (2.8)
P =3 I 2 x R x L ........................................... (2.9)
Sedangkan jika beban terdistribusi di sepanjang saluran distribusi primer, maka rugi-rugi energi yang timbul adalah :
Universitas Sumatera Utara
V =(I/2)2 I ( R cos φ + X sin φ ) L.......... ..... (2.10) P =3 ( I/2) 2 x R x L ................................... (2.11)
dimana
I
= Arus yang mengalir per fasa (A mpere)
R
=Resistansi saluran per fasa (Ohm/km)
X
= Reaktansi saluran per fasa (Ohm/km)
Cos φ = Faktor daya beban L
= Panjang saluran (km)
Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalamperencanaan dari suatu sistem tenaga listrik karena dapat memperkecil rugi-rugi daya.
II.4.2 Rugi – Rugi Transformator Dalam unjuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan. Rugi - rugi tersebut adalah : 1.
Rugi-rugi Tembaga Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga pada bagian kumparan trafo, baik pada bagian primer maupun sekunder. Rugi-rugi tembaga dirumuskan sebagai berikut : Pcu =I2 R ................................................................ (2.12) dimana
I = arus yang mengalir (Ampere) R =resistansi pada kumparan primer atau sekunder (ohm)
Universitas Sumatera Utara
2.
Eddy Current (Arus Eddy) Rugi-rugi arus eddy merupakan rugi-rugi panas yang terjadi pada bagian inti trafo. Perubahan fluks yang dihasilkan tegangan induksi pada inti trafo (besi) menyebabkan arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan mengalir pada bagian inti trafo dan akan mendisipasikan energi ke dalam inti besi trafo yang kemudian menimbulkan panas. Rugi-rugi arus eddy dapat dirumuskan sebagai berikut : Pe =K e . f 2. BM2 ..................................................... ( 2.13) dimana
K e =konstanta arus eddy, tergantung pada volume inti f =frekuensi jala-jala (Hz) BM = kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)
3.
Rugi-rugi Hysterisis Rugi-rugi hysterisis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan daerah
magnetik
tersebut
dibutuhkan
energi.
Akibatnya
akan
menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo. Ph =K h . f 2. BM2 ..................................................... ( 2.14) dimana
K h =konstanta histerysis, tergantung pada bahan inti f =frekuensi jala-jala (Hz) BM = kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)
2.5
K eandalan Sistem Distribusi
Universitas Sumatera Utara
Fungsi jaringan distribusi ialah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk distribusi (distribution substation) kepada pelanggan listrik dengan mutu pelayanan yang memadai. Salah satu unsur dari mutu pelayanan adalah kontinuitas pelayanan yang tergantung pada topologi dan konstruksi jaringan serta peralatan tegangan menengah. Masalah utama dalam menjalankan fungsi jaringan distribusi tersebut adalah mengatasi gangguan dengan cepat mengingat gangguan yang terbanyak dalam sistem tenaga listrik terdapat dalamjaringan distribusi, khususnya jaringan tegangan menengah 20 KV. Istilah keandalan jaringan distribusi menggambarkan keamanan jaringan distribusi dalam menghindarkan atau meminimalisasi gangguan-gangguan yang menyebabkan pemadaman jaringan distribusi. Penyebab gangguan- gangguan pada jaringan distribusi khususnya jaringan tengangan menengah 20 KV adalah 1. Gangguan akibat alam (petir, angin, hujan) 2. Gangguan peralatan (hubung singkat atau human error) Keandalan adalah penampilan unjuk kerja suatu peralatan atau sistem sesuai dengan fungsinya dalamperiode waktu dan kondisi operasi tertentu.
2.6
Usaha Peningkatan K ualitas Sistem Distribusi dengan Distributed Generation (DG) Sistem tenaga listrik konvensional membangkitkan listrik dengan skala
besar (>100 MW) dan terletak jauh dari pusat beban sehingga memerlukan saluran tenaga listrik yang panjang. Distributed Generation dapat didefenisikan sebagai sistem pembangkitan skala kecil (< 10 MW) yang diletakkan dekat dengan pusat beban dan dapat diinterkoneksikan dengan jaringan distribusi atau
Universitas Sumatera Utara
dioperasikan secara terpisah . Hal ini membuat DG tidak memerlukan saluransaluran transmisi yang panjang dan gardu induk -gardu induk berkapasitas besar sehingga dapat mencegah pengeluaran modal investasi untuk pembangunan dan pemeliharaan saluran transmisi dan gardu induk tersebut. Selain dapat mencegah rugi-rugi di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk (GI ),
maka
kemungkinan terjadinya gangguan di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk tersebut dapat ditiadakan sehingga dapat meningkatkan pelayanan jaringan tenaga listrik. Disamping itu, pembangunan DG memerlukan waktu yang relatif lebih singkat apabila dibandingkan dengan waktu yang diperlukan membangun pembangkit listrik konvensional (seperti PLTU atau PLTA).
DG
Sistem Transmisi
Beban
Beban
Beban
DG
Beban
Gambar 2.9 Sistem Distribusi dengan DG
Universitas Sumatera Utara
