DRAFT BUKU AJAR SISTEM CATU DAYA...

DRAFT BUKU AJAR

SISTEM CATU DAYA

2015

Mata Kuliah : Sistem Catu Daya ELG2A3 Prodi / Fakultas : Teknik Elektro/ Fakultas Teknik Elektro

Tim Dosen :

Ketua (PJ) Efri Suhartono

Anggota 1 Ekki Kurniawan

Anggota 2 Kharisma Bani Adam

Hibah Dikelola Oleh Bagian Pengembangan Pembelajaran

Gedung Bangkit (LC), Lantai 5

Telp. +6222 – 7564108 Ext. 2271 [email protected]

lsd.telkomuniversity.ac.id

mailto:[email protected]

DIKTAT KULIAH SISTEM CATU DAYA

ii

KATA PENGANTAR

Mata kuliah SISTEM CATU DAYA (SCD) merupakan mata kuliah wajib

pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom yang

diberikan pada mahasiswa tingkat kedua. Mata kuliah ini sangat penting untuk

bekal nantinya jika berkecimpung di dunia industry/manufaktur. Buku referensi

yang berbahasa Indonesia masih sangat kurang. Pada saat ini di Prodi Teknik

Elektro belum tersedia diktat untuk mata kuliah SCD dengan demikian

pembuatannya menjadi sangat penting dan mendesak.

Pelaksanaan kuliah hanya dilakukan melalui tatap muka di kelas, padahal

seharusnya ada praktikum tersendiri yang dapat menunjang perkuliahan. Di akhir

perkuliahan mahasiswa diharapkan dapat mengerjakan Tugas Besar (TuBes).

Tubes yang terdiri dari pembuatan alat-konverter elektronika daya beserta jurnal

atau paper yang harus dipresentasikan di hadapan mahasiswa lainnya. Karena hal-

hal tersebut maka DIKTAT KULIAH Sistem Catu Daya akan sangat membantu

meningkatkan pemahaman mahasiswa pada materi yang diajarkan sekaligus

membantu dosen pengampu untuk melakukan evaluasi keberhasilan perkuliahan.

Dalam rangka menyongsong persiapan Universitas Telkom menuju World

class university, diktat SCD akan dilengkapi dengan pengayaan dwibahasa

(bilingual enrichment English-Indonesia). Pengayaan bilinguan ini sangat

bermanfaat buat mahasiswa agar dapat meningkatkan kemampuannya dalam

berbahasa Inggris, baik aktif maupun pasif


iii

Syllabus dan SAP Sistem Catu Daya :

Pengenalan silabus, SAP

dan aturan perkuliahan;

Pengenalan Sistem

Kelistrikan secara umum

Pengenalan silabus, SAP dan aturan

perkuliahan;

Sistem Kelistrikan (Pembangkit,

Transmisi, Distribusi, Beban)

Dasar listrik Sumber Tegangan dan Arus DC ,

Sumber Tegangan dan Arus AC

Fasor, Sistem tiga fasa

Generator Listrik Prinsip kerja generator AC/DC

pengaturan tegangan dan frekuensi

generator

Pembangkit Listrik PLTA

Struktur, prinsip kerja, pertimbangan

teknis

Pembangkit Listrik PLTG, PLTU, PLTGU,PLTD


teknis

Pembangkit listrik baru &

terbarukan

PLTS, PLTAngin, PLTPb,PLTN


teknis

Transmisi dan Distribusi Transmisi, Distribusi, Gardu dan

Konsumen

Gambar & Instalasi listrik Simbol/lambang pada gambar

instalasi dengan single line diagram

dan wired diagram.Pengelompokan

Beban PLN, instalasi tegangan

rendah

Catu Daya tidak Teputus Sistem catu daya unbreakable/ tidak

terputus, Genset, kerja pararel

Genset dan PLN,Automatic tranfer


iv

switch/Over Change Switch (

ATS/OCS )

Catu Daya tidak Teputus UPS (Uninterruptable Power

Supply)

Batere Batere; jenis, kapasitas, pengujian

dan perawatan

Sistem Proteksi beban lebih Circuit Breaker

(MCB,MCCB,ACB,NFB)

Proteksi terhadap

petir,Grounding dan

Bounding

Karakteristik Petir, Sistem

Proteksi eksternal dan internal,

Grounding dan Bounding


v

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................. i

KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii

SILABUS ............................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... v

BAB I BAB I DASAR DASAR LISTRIK ............................................................. 1

BAB II PENGENALAN SISTEM KELISTRIKAN SECARA UMUM ................ 8

BAB III GENERATOR DC dan AC .................................................................... 13

BAB IV ENERGI TERBARUKAN PLTA dan PLTD, PLTU, PLTG, PLTGU . 23

BAB V PEMBANGKIT LISTRIK BARU TERBARUKAN :PLTS, PLTN,

PLTPB ................................................................................................................... 41

BAB VI SALURAN TRANSMISI, DISTRIBUSI, GARDU INDUK, DAN

KONSUMEN ........................................................................................................ 49

BAB VII SISTEM INSTALASI DENGAN SINGLE LINE DIAGRAM, WIRED

DIAGRAM DAN PENGELOMPOKAN BEBAN LISTRIK............................... 58

BAB VIII CATU DAYA TIDAK TEPUTUS ...................................................... 68

BAB IX BATERAI : JENIS, KAPASITAS, PENGUJIAN DAN PERAWATAN

............................................................................................................................... 74

BAB X SISTEM PROTEKSI EKSTERNAL – INTERNAL ............................... 91


vi

BAB I DASAR DASAR LISTRIK

1

BAB I DASAR DASAR LISTRIK,

TEGANGAN DAN ARUS DC dan AC, KONSEP FASOR,

SISTEM SATU DAN TIGA FASA

1.1 Sumber tegangan dan sumber arus DC

Pada system tenaga listrik sumber catu daya dibagi menjadi beberapa jenis. Ditinjau dari

polaritas potensialnya, sumber dibagi menjadi menjadi dua :direct current (DC), dan

alternate current (AC) [1]. Tegangan DC mempunyai polaritas tegangan yang tidak

berubah.Contoh sumber-sumber tegangan DC seperti tampak pada gambar 1.1 antara lain

1. Baterai

2. Generator DC

3. Photovoltaic (PV)

Gambar 1.1.Berbagai macam sumber DC

1.1.1 Bentuk Sumber DC

Sumber DC dapat digambarkan dengan sumber yang polaritasnya sama, sehingga

dalam kartesius kita dapat mengetahui bahwa tegangan tersebut merupakan tegangan

DC dengan melihat, apakah ada tegangan yang berubah polaritas (melintasi sumbu x).

Tampak pada Gambar 1.2. bererapa jenis tegangan yang berbeda bentuk tegangannya.

Kesemua tegangan pada grafik tersebut merupakan tegangan DC karena tidak ada

beda polaritas pada ketiga tegangan [1].

Vdc

V (Volt)

t (detik)

Vdc

V (Volt)

t (detik)

Tujuan Pembelajaran : - Memahami Dasar dasar listrik, sumber sumber listrik AC, DC. - Memahami konsep fasor, sistem satu dan tiga fasa


2

Vdc

V (Volt)

t (detik)

Gambar 1.2.Bentuk tegangan DC

1.2 Sumber tegangan dan sumber arus AC

Tegangan AC mempunyai polaritas tegangan yang tidak berubah. Contoh sumber-

sumber tegangan AC seperti tampak pada Gambar 1.3.antara lain :

1. Generator AC

2. Inverter

Gambar 1.3. Inverter sebagai penghasil tegangan AC

1.2.1 BentukTegangan/ArusSumber AC

Sumber AC dapat digambarkan dengan sumber yang polaritasnya yang berubah secara

periodik, sehingga dalam kartesius kita dapat mengetahui bahwa tegangan tersebut

merupakan tegangan DC dengan melihat, apakah ada tegangan yang berubah polaritas

(melintasi sumbu x).Tampak pada Gambar 1.4.grafik tegangan AC[1].

Gambar 1.4.Bentuktegangan AC


3

1.3 Fasor sumber tegangan dan sumber arus

Phasor adalah bilangan kompleks yang merepresentasikan besaran atau magnitude dan

phasa gelombang sinusoidal. Sebuah rangkaian yang dapat dijelaskan dengan

menggunakan fasor disebut berada dalam wawasan frekuensi (frequency domain). Fasor

dapat digunakan untuk mempermudah pembacaan pada sistem AC. Fasor merupakan

vector yang mempunyai besaran dan arah (sudut). Besaran pada fasor tegangan/arus

merupakan besaran RMS (Root Mean Square). Aturan aturan penulisan fasor pada sistem

AC antara lain [2].

1. Tegangan sebagai acuan utama, sumber tegangan memiliki sudut 0 pada sitem AC.

2. Arus mengacu terhadap tegangan. Arus dituliskan sebagai vector dan arah yang

mengacu pada tegangan

Sebagai contoh,

V(t) = Vm cos(ωt+θ) dalam domain waktu

Notasi phasornya :

* Polar : V = Vm< θ

* Rektangular : V = Vm cos θ + j Vm sin θ

* Eksponensial : V = Vmejθ

Gambar 1.5 Bentuk fasor dari tegangan AC

1.4 Sistem tiga fasa

Sistem tiga fasa merupakan sitem kelistrikan AC yang digunakan saatini.Listrik AC

digunakan karena memiliki beberapa kelebihan antaralain.

• Listrik AC mudah untuk diubah nilai tegangannya dengan bantuan transformator.

Transmisi listrik harus menggunakan tegangan yang sangat tinggi agar rugi-

rugirendah. Untuk distribusi dan pemakaian tegangan diturunkan kembali

menggunakan trafo. Trafo bekerja untuk tegangan AC tidakbisa DC

• Mesin listrik memerlukan catudaya AC


4

• Kemungkinan terjadinya kegagalan tegangan tinggi pada tegangan AC lebih rendah

disbanding tegangan DC. Hal inidikarenakan proses electron avalance yang berhenti,

karena polaritas berubah[2].

Gambar 1.5 SistemTigaFasa

Daya listrik yang dibangkitkan pada pembangkit adalah fasa banyak dengan frekuensi 50 Hz

atau 60 Hz. Penggunaan tiga fasa memiliki beberapa keuntungan:

1. Daya sesaat yang dikirimkan kebebanakan “melonjak tinggi”pada sistem 1 fasa. Pada

Sistem tiga fasa daya yang dikirimkan lebih “stabil/ steady” (ingat mesin mobil

dengan multi silinder).

2. Pada system tiga fasa, untuk mengirimkan daya yang sama, ukuran konduktor/ kabel

dan komponen lainnya lebih kecil disbanding dengan menggunakan 1 fasa. Selain itu,

tiga fasa juga menghasilkan medan putar untuk menggerakkan mesin listrik.

Gambar 1.6 SistemTigaFasa Y dan bentuk fasornya

Masing masing fasa mempunyai magnitude rms yang sama dan mempunyai perbedaan fasa

120o. Van dipilih secara sembarang sebagai fasor referensi.Urutan fasor tegangan pada gambar

di atas adalah positif (abc). Jika urutan dibalik menjadi acb, maka urutannya adalah negatif.


5

Urutan ini hanya masalah pelabelan/ konvensi. Pada gambar 1.5 diatas urutan fasa tampak

berkebalikan, tetapi sebenarnya urutan fasa pada gambar adalah sama. Kedua urutan tampak

berbeda karena tinjauan tegangan yang dipakai berbeda, pada gambar kiri menggunakan Van,

sedangkan gambar kanan, menggunakanVna.[2].

1.5 Sistem satu fasa tiga kawat

Gambar 1.7 Sistem satu fasa tiga kawat.

Sistem satu fasa tiga kawat terdiri dari tiga konduktor, yang salah satu konduktornya

merupakan kawat netral. Padabeban yang seimbang, tidak ada arus pada kawat netral, maka

netral dapat dihilangkan dari rangkaian karena tidak mempengaruhi KVL maupun KCL.

Apabila garis A maupun B bukan konduktor sempurna tetapi mempunyai impedansi yang

sama Z2, arus netral InN tetap 0. Bila beban tidak sama/ tidak seimbang, maka arus netral 0.

1.4.1 Sistem tiga fasa empat kawat

Gambar 1.8 Sistem 3 fasa Y - Y

Wye-wye :Sumber dan beban terhubung dengan struktur wye (Y). Seimbang/ balanced =

Sumber mempunyai tegangan fasa yang sama dan beban tiap fasa sama ZP. Arus netral = 0.

Arus salurana A, bB dan cC adalah arus fasa Ip = IL [2].


6

Soal latihan :

1. Jika arus 1 A mengalir searah jarum jam maka berapa banyakkah elektron yang

mengalir berlawanan arah jarum jam ? Anggap muatan elektron adalah -1,6 X 10-19

Coulomb.

2. Sebuah sumber tegangan searah dibebani dengan resistor R ternyata mengalir arus

50 mA. Kemudian beban diganti dengan resistor 50 ohm dan arus yang mengalir 0,1

A. Berapakah nilai dari R dan besar sumber tegangan?

3. Berapa Watt kah daya listrik yang diserap oleh R pada soal no 2?

4. Berapa Joule kah energi yang diserap oleh resistor 50 Ohm selama 5 menit pada soal

no 2?

5. Suatu sumber tegangan bolak-balik :

220√2 Cos 100 πt (Volt), diberi beban Z dan ternyata arus yang mengalir adalah 2√2

Cos (100 πt - π/6) (Amp). Berapakah nilai yang terukur oleh voltmeter AC (itu

adalah nilai RMS atau nilai efektif) dan nilai yang terukur oleh Amperemeter AC

(nilai RMS/efektif) jika dipasangkan pada rangkaian tersebut?

6. Berapakah beda fasa antara arus dan tegangan pada rangkaian tersebut dan berapakah

faktor dayanya?

7. Dari beda fasa tersebut apakah beban Z bersifat resistif murni atau resistif dan

induktif atau resistif dan kapasitif?

8. Berapa daya semu, daya nyata, daya reaktif pada beban tersebut?

9. Gambarkan segitiga dayanya!

10. Jelaskan apa bedanya listrik 3 fasa dengan 1 fasa?


7

Daftar Pustaka

[1] R. Prasad, Fundamentals of Electrical Engineering: Prentice-Hall of India (Private), Limited, 2005.

[2] Power System Analysis: McGraw-Hill Education Pvt Limited, 2003.

BAB II PENGENALAN SISTEM KELISTRIKAN SECARA UMUM SISTEM KELISTRIKAN (PEMBANGKIT, TRANSMISI, DISTRIBUSI, BEBAN)

8

BAB II PENGENALAN SISTEM KELISTRIKAN SECARA UMUM

SISTEM KELISTRIKAN (PEMBANGKIT, TRANSMISI, DISTRIBUSI, BEBAN)

Energi listrik, merupakan elektron yang bergerak karena adanya beda potensial. Energi

listrik memiliki keunggulan yang unik, karena dapat di transmisikan dengan mudah dengan

efisiensi yang tinggi.Keunikan lainnya, listrik sangat mudah konversikan kedalam bentuk

energi lain antara lain.

a. Kalor (panas, dingin)

b. Mekanik (gerak, putar, lempar)

c. Cahaya

d. Bunyi

e. Elektromagnet

f. Gabunganenergi-energitersebut.

Dengan keunggulan lain berupa mudah untuk didistribusikan dan disimpan. Listrik menjadi

pilihan utama dalam konversi dan distribusi energi.

Parameter kondisi kelistrikan suatu daerah, dapat dilihat dari rasio elektrifikasi. Rasio

elektrifikasi adalah persentase banyaknya Kepala Keluarga (KK) yang telah menikmati listik,

dibandingkan dengan jumlah keseluruhan KK pada daerah tersebut.

(2.1)

Kondisi kelistrikan Indonesia saat ini, belum mencakup kesemua daerah. PadaGambar 2.1

terlihat bahwa rasio elektrifikasi Indonesia pada tiap daerah masih memiliki beda nilai yang

relative besar seperti data padaGambar 2.1.

TujuanPembelajaran :

- Memahami sitem kelistrikan secara umum

- Memahami fungsi dan bagian bagian transmisi

- Mengenal jenis-jenis pembangkit


9

Gambar 2.1.Kondisi Kelistrikan di Indonesia

2.1 Penyaluran (Transmisi) TenagaListrik

Proses dan cara menyalurkan energi listrik pada jarak yang berjauhan dari satu tempat

ke tempat lainnya (dari pembangkit listrik ke gardu induk dan dari satu gardu induk ke gardu

induk lainnya), yang terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang (tower),

melalui isolator-isolator, dengan system tegangan tinggi/ ekstra tinggi. Ruang lingkupnya

dimulai dari GarduInduk di Pembangkitan sampai dengan Gardu Induk (sisi primer) yang ada

pusat-pusat beban.

Gambar 2.2. Sistem penyaluran tegangan tinggi


10

Besaran tegangan : 66 KV, 70 KV, 132 KV, 150 KV, 245 KV, 275 KV, 350 KV, 500

KV, 1.100 KV, 1300 KV, 1.500 KV, dan lain-lain

Jenis arus :arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC).

Jenis dan ruang lingkup penyaluran :

o Saluran udara (Overhead Line).

o Saluran bawah tanah (Underground Cable).

o Saluran kabel bawah laut (Sub Marine Cable).

o Gardu IndukTegangan Ultra Tinggi.

o Gardu IndukTeganganEkstraTinggi.

o Gardu Induk.

o Gardu Hubung.

o Pusat Pengatur Beban.

o Unit Pengatur Beban.

Sedangkan di Indonesia sendiri system transmisi yang biasa dipakai sebagai berikut.

o Besaran tegangan : 70 KV, 150 KV, 275 KV dan 500 KV.

o Jenis arus :arusbolak-balik (AC).

Jenis dan ruang lingkup penyaluran :

o Saluran UdaraTeganganTinggi (SUTT).

o Saluran Kabel Tanah TeganganTinggi (SKTT).

o Saluran Kabel Bawah LautTeganganTinggi (Sub Marine Cable).

o SaluranUdaraTegangan EkstraTinggi (SUTET).

o GarduInduk (GI).

o Gardu Induk Tegangan EkstraTinggi (GITET).

o PusatPengatur Beban (UPB).

o Unit Pengatur Beban.

Sistem interkoneksi (Interconnection System) :

o Telah terpasang di PulauJawa-Madura-Bali (Jamali) danPulau Sumatera.

o Sebagian daerah di Sumatera masih terjadi bottle neck.


11

2.2 Distribusi Tenaga Listrik

Distribusi tenaga listrik merupakan proses pembagian, pengiriman, pendistribusian ,atau

pengiriman energi listrik dari instalasi penyediaan (pemasok) ke instalasi pemanfaatan

(pelanggan). Merupakan sub system tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan

pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui

jaringan distribusi. Ruang lingkup distribusi tenaga listrik dimulai dari sisi sekunder trafo

tenaga di Gardu Induk sampai dengan Alat Pembatas dan Pengukur (APP) antara lain.

Jaringan distribusi tegangan rendah, untuk melayani :

1. Pelanggan rumah tangga (instalasi domestik).

2. Pelanggan bisnis, social dan publik (instalasi bangunan/non domestik) dengan daya

sampai dengan 197 KVA.

Jaring distribusi tegangan menengah (20 KV), untuk melayani :

1. Pelanggan bisnis, social dan publik (instalasi bangunan/non domestik) dengan daya di

atas 197 KVA sampai dengan 30 MVA.

2. Pelanggan industri (instalasi industri), dengan daya di atas 197 KVA sampai dengan 30

MVA.

Jaringan distribusi tegangan tegangan tinggi (70 KV, 150 KV), untuk melayani :

1. Pelanggan industri (instalasi industri), dengan daya di atas 30 MVA.

Sistem jaringan :

1. Radial.

2. Loop.

3. Spindle.

4. Mesh/Grid

Gardu distribusi :

1. Gardu trafo tiang type portal.

2. Gardu trafo tiang type cantol.

3. Gardu beton

4. Gardu kiosk (Metal Clad).

Ruang lingkup :

1. Saluran udara tegangan menengah (SUTM) 20 KV.

2. Saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM) 20 KV.

3. Saluran kabel bawah air sungai/laut 20 KV.

4. Saluran udara tegangan rendah (SUTR) 220 Volt.


12

1. Saluran kabel tanah tegangan rendah (SKTR) 220 Volt.

2. Gardu Distribusi.

3. Saluran luar pelayanan/Saluran masuk pelayanan Sambungan rumah (SLP/SMP/SR).

4. Alat pembatas dan pengukur (APP).

Soal-soal latihan :

1. Gambarkan Sistem kelistrikan di Indonesia mulai dari pembangkit listrik sampai ke

pelanggan (beban).

2. Jelaskan kenapa rugi-rugi energi listrik akan lebih kecil jika listrik ditransmisikan

dengan saluran tegangan tinggi ?

3. Jelaskan kenapa diameter penampang kabel transmisi akan lebih kecil jika arus

transmisi semakin kecil!

4. Apakah yang dimaksud dengan SUTT, SUTET, SUTUT dan Tegangan Menengah

serta Tegangan Rendah?

5. Di sisi mana saja penggolongan pada no 4 berada di sistem kelistrikan?

6. Mengapa transmisi tenaga listrik menggunakan AC, tidak DC?

7. Apakah gunanya Trafo Step Up dan trafo Step Down dalam sistem kelistrikan?

8. Di sisi mana saja masing-masing trafo itu digunakan?

9. Apakah yang dimaksud dengan sistem interkoneksi ?

10. Apa saja manfaat sistem interkoneksi? Berikan contoh kasus sitem Jawa-Bali

BAB II Generator DC dan AC

13

BAB III Generator DC dan AC

3.1 Generator DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi

mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus searah (Direct Current).

Gambar 3.1. Mesin DC sederhana

Generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent atau non permanen berupa

gulungan sebagai stator, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter

eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Generator DC

terdiri dua bagian, yaitu stator (bagian mesin DC yang diam) dan rotor (bagian mesin DC

yang berputar).

Bagian stator terdiri dari:

a. rangka motor

b. belitan stator

c. sikat arang

d. bearing dan terminal box.

Rotor terdiri dari:

a. Komutator

b. belitan rotor

c. kipas rotor dan poros rotor

Tujuan Pembelajaran :

- Mengetahui jenis-jenis generator,

- Mengetahui bagian-bagian generator,

- Memahami metode pengaturan frekuensi dan tegangan pada generator.


14

Belitan rotor (jangkar) dengan luas A berada ditengah-tengah medan magnet B.

Rotor akan menerima fluks sebesar

Dimana θ = Sudut antara vektor B dengan vektor p

Permukaan A.

Ketika rotor diputar dengan kec putar ω maka

rotor akan menerima fluks sebesar

Yang nilainya berubah ubah. Menurut hukum Lenz dan Faraday, akan timbul ggl induksi

diujung rotor (komutator) sebesar

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:

sinind

de N NBA t

dt


15

3.1.1. Prinsip Kerja Generator DC

Pada penggunaan cicin seret, jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slipring berupa

dua cincin (ini disebut cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.2. (1), maka dihasilkan

listrik AC berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu

cincin Gambar 3.2. (2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua

gelombang positip. Pada Gambar 3.3. digambarkan sebuah generator DC pada setiap langkah

dalam satu putaran.

Gambar 3.2. Tegangan Generator (1) tanpa komutator, (2) Dengan komutator

Gambar 3.3. Grafik Tegangan generator DC terhadap putaran


16

3.1.2. Penguatan Generator DC

Gambar 3.4. Jenis Generator DC menurut sumber penguatan (eksitasi)

Ditinjau dari jenis sumber penguatan,, generator DC dibagi menjadi beberapa bagian seperti

tampak pada Gambar 3.4. antara lain :

1. Generator DC Penguat terpisah

2. Penguatan Sendiri, terdiri dari :

1. Penguatan Seri

2. Penguatan Shunt

3. Penguatan Kompon

3.1.2.1. Generator DC Penguatan Terpisah

Generator DC penguat terpisah mempunyai sistem penguatan atau eksitasi yang diperoleh

dari catu daya luar seperti pada Gambar 3.5. :

Gambar 3.5. Generator dengan penguat terpisah


17

Persamaan arus dan tegangan pada generator menjadi :

Ia=i

Persamaan tegangan :

V = Ea + Ia.Ra + 2Vsik

dengan :

V : Tegangan jepit (volt)

Ea : GGL lawan (volt)

Ia : Arus jangkar (Ampere)

Ra : Tahanan lilitan jangkar (Ohm)

Im : Arus penguat terpisah(Ampere)

Rm: Tahanan penguat terpisah (Ohm)

Vsik : drop tegangan pada sikat

3.1.2.2. Generator DC Penguatan Seri

Generator DC penguat seri mempunyai sistem penguatan atau eksitasi yang dihubungkan seri

dengan belitan generator DC. Generaotr jenis ini, harus bekerja dalam keadaan berbeban,

karena, ketika generator bekerja tanpa beban, maka arus penguatan menjadi nol. Skema

generator DC penguat seri tampak pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Generator DC penguat seri

Persamaan Rangkaian :

Ia=IL

Eg = Ia(Ra+Rs)+2Vsik +VL

Pin =Eg x Ia sedngkan Pout = VL x IL


18

3.1.2.3. Generator DC Shunt

Generator DC penguat seri mempunyai sistem penguatan atau eksitasi yang dihubungkan

paralel dengan belitan generator DC. Generaotr jenis ini, tidak boleh bekerja dalam keadaan

overload, karena, ketika generator mengalami penurunan tegangan, maka arus penguatan

menjadi menurun, sehingga penurunan tegangan akan tinggi. Skema generator DC penguat

shunt tampak pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Generator DC shunt

Persamaan arus :

I = Ia + Ish

Rsh = V / Ish


V = Ea + Ia.Ra + 2Vsik

V = Ish . Rsh

dengan :

Rsh = Tahanan penguat shunt

Ish = Arus penguat shunt

Vsik = Tegangan pada kedua sikat

3.1.2.3. Generator DC Shunt

Generator DC penguat kompon mempunyai sistem penguatan atau eksitasi yang dihubungkan

parallel dan seri dengan belitan generator DC. Generaotr jenis ini, menggabungkan sistem

penguatan generator shunt dan seri untuk untuk mengatasi kekurangan generator penguatan

seri dan penguatan parallel.. Skema generator DC penguat kompon tampak pada Gambar 3.7.


19

Gambar 3.8. Generator DC Kompon

Sifatnya diantara penguat seri dan Shunt Nilai kompon tergantung pada jumlah lilitan seri

yang dililitkan pada inti kutub.

Kompon pendek :

Persamaan Arus :

I = Is = Ia + Ish

Rsh = Vsh/Ish


V = Ea + Ia.Ra + Is.Rs + 2Vsik

Vsh = V – Is.Rs Dimana :

Vsh = Tegangan pada lilitan penguat shunt

Kompon Panjang :

Vf = If . Rf atau Vf = Eg – 2Vsik – Ia (Ra + Rse) atau Vt = VL

Ia = Ir + IL

Eg = VL + 2Vsik +Ia (Ra +Rse)

3.1.3. Precent of regulation

Percen of regulation (regulasi tegangan) merupakan parameter yang sering dipakai untuk

menengetahui kualitas dari generator. Semakin kecil nilai presentase regulasi tegangan, maka

semakin baik kualitas generator.


20

3.2. Generator AC

Generator AC adalah generator listrik yang menghasilkan tegangan bolak balik (alternating

current= AC). Berdasarkan prinsip kerjanya maka, generator AC yang banyak di jumpai

adalah antara lain :

1. Mesin Serempak

2. Mesin tak serempak

3. Mesin komulator

Pada mesin listrik dua kutub (satu pasang kutub) seperti gambar (a dengan besarnya tegangan

terinduksi terlihat pada gambar (b) di bawah ini.

(a)

(b)

Gambar 3.9.

( )Re 100

E L EfLPercentOf gulation x

EfL

100440

)440462(x

VV

100440

)22(x

V


21

3.2.1. medan putar

Medan magnet berputar dihasilkan oleh sebuah belitan tiga fasa sebagaimana terdapat

pada kumparan jangkar (pada stator) mesin serempak ataupun mesin tak serempak.

Gambar 3.10 Illustrasi medan putar dalam mesin AC

3.2.2. Prinsip dasar Operasi

Generator sinkron bekerja berdasarkan hokum faraday. Perubahan fuks yang disebabkan

perputaran mekanis generator menyebabkan terjadinya potensial listrik. Potensial listrik yang

terhubung dengan beban menyebabkan adanya arus yang mengalir pada beban. Generator

sinkron ditinjau dari letak kumparan jangkar dan medan terbagi menjadi dua tipe. Tipe

pertama memiliki kumparan medan yang tidak bergerak yang terletak pada stator. Tipe ke

dua mempunyai kumparan medan bergerak yang terletak pada rotor.

Gambar 3.11. Generator AC rotor jangkar (kiri) dan stator jangkar (kanan)


22

3.2.2. Frekuensi

Frekuensi yang digunakan sistem kelistrikan di berbagai Negara berbeda satu dengan

yang lain. Terdapat negara yang menggunakan frekuensi listrik 50 Hz(seperti indonesia)

dan 60 Hz (seperti amerika, inggris). Apabila jumlah kutub magnet dinyatakan P dan

kecepatan putar rotor n (rpm) maka frekuensi listrik yang timbul

f = (n x P) / 120

Gambar 3. Generator sinkron 2 kutub (a) dan 4 kutub (b)

BAB IV ENERGI TERBARUKAN PLTA dan PLTD, PLTU, PLTG, PLTGU

23

BAB IV PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN- RENEWABLE

(PLTA dan PLTD, PLTU, PLTG, PLTGU)

4.1. Pembangkit Listrik Tenaga Air

PLTA adalah pembangkit listrik yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air

untuk menghasilkan energi listrik.Aliran air dimanfaatkan dan diubah menjadi energi listrik

melalui putaran turbin dan generator. Dari jenis air yang dimanfaatkan sebagai penggerak

turbin, PLTA dibagi beberapa jenis. PLTA yang memanfaatkan ketinggian air terjun

digolongkan sebagai berikut:

1. PLTA jenis terusan air (water way)

2. PLTA jenis DAM/bendungan

3. PLTA jenis terusan dan DAM (campuran)

PLTA yang memanfaatkan Aliran Sungai digolongkan sbb:

1. PLTA jenis aliran sungai langsung (run of river)

2. PLTA dengan kolam pengatur

3. PLTA jenis waduk (reservoir)

4. PLTA jenis pompa (pumped storage)

5. PLTA Hydroseries

Gambar 3.1.Pembangkit Listrik Tenaga Air


- Mengetahui mengerti prinsip kerja dari suatu PLTA dan pembangkit listrik tenaga

air lainnya seperti PLTM), PLTD, PLTU, PLTG

- Mengerti bagian-bagian blok system dari suatu PLTA, PLTM, PLTU, PLTD,

- Memahami penggunaan dari jenis pembangkit listrik. (PLTA, PLTM, PLTU, PLTD)


24

PLTA bekerja dengan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.Air dialirkan melalui

pintu air yang sudah diatur untuk mendapatkan debit air yang diinginkan.Aliran air ini akan

melewati pipa pesat dan mengakibatkan tekanan air meningkat.Air dari pipa pesat kemudian

akan menabrak baling-baling turbin sehingga turbin dapat berputar.Putaran turbin yang

terhubung dengan poros akan membuat rotor generator juga ikut berputar.Generator yang

berputar menyebabkan terjadinya perubahan medan magnet diantara stator dan rotor

sehingga akan terjadi ggl (aliran elektron).Listrik yang dihasilkan generator akan dialirkan ke

transformator step up.

4.1.2. Perhitungan daya pada PLTA

Daya yang dihasilkan oleh Generator pada PLTA, akan tergantung juga keluaran

daya yang dihasilkan oleh kapasitas turbin airnya. Seperti pada gambar berikut,

Gambar 4.1. Hubungan turbin dengan generator pada PLTA

Pada PLTA turbin biasanya terhubung dengan generator. Besar listrik yang dihasilkan

dinyatakan sbb:

…………………………………..(4.1)

Dengan :

ηT = efisiensi turbin

ηG = efisiensi generator

Q = debit aliran air (m3/detik)

H = tinggi jatuh air (m)

Semakin tinggi suatu bendungan, semakin tinggi air jatuh, maka semakin besar daya

listrik yang dihasilkan (hubungannya linier).

Semakin banyak air yang jatuh menyebabkan turbin akan menghasilkan tenaga yang

lebih banyak. Tenaga juga berbanding lurus dengan aliran sungai. Dua kali sungai lebih

G9,81 .............................T TP QH kw


25

besar dalam mengalirkan air akan menghasilkan dua kali lebih banyak energi. g langsung

dengan generator seperti terlihat dalam Gambar 4.1.

4.1.3. Keuntungan dan kerugian PLTA

Pembangunan PLTA memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan.PLTA relatif tidak

menimbulkan kerusakan lingkungan.Tidak memerlukan bahan bakar.Operasi dan

perawatannya relatif lebih mudah.Pengembangan suatu PLTA dengan memanfaatkan aliran

sungai akan memberikan manfaat atau keuntungan dari segi lainnya, seperti pariwisata,

perikanan, persediaan air bersih/minum, irigasi, dan pengendalian banjir.

Disisi lain, PLTA membutuhkan inventasi awal yang besar karena butuh lahan yang

luas dan biaya besar untuk pembangunan waduk. Persiapan memerlukan waktu yang relatif

lama PLTA sangat bergantung pada ketersediaan air sungai, sehingga harus tetap menjaga

tangkapan air


26

4.2. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ialah pembangkit listrik yang

menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (prime mover), yang berfungsi

menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator.

Gambar 4.3. Bagian-bagian PLTD

Keterangan Gambar 4.3. :

1. Tangki penyimpanan bahan bakar

2. Penyaring bahan bakar

3. Tangki penyimpanan bahan bakar sementara (bahan bakar yang disaring)

4. Pengabut.

5. Mesin diesel.

6. Turbo charger

7. Penyaring gas pembuangan

8. Tempat pembuangan gas (bahan bakar yang disaring)

9. Generator.

10. Trafo.

11. Saluran transmisi.

4.2.1. Prinsip kerja PLTD

Bahan bakar di dalam tangki penyimpanan bahan bakar dipompakan ke dalam tangki

penyimpanan sementara (daily tank) namun sebelumnya disaring terlebih dahulu.Bahan bakar

dari daily tank dipompakan ke Pengabut (nozzel), dan di sini bahan bakar dinaikan

temperaturnya hingga manjadi kabut.Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi


27

dimasukan ke dalam ruang bakar (combustion chamber). Bahan bakar dari convertion kit

(untuk BBG) atau nozzel (untuk BBM) kemudian diinjeksikan ke dalam ruang bakar

(combustion chamber).Di dalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri, karena proses

kerjanya berdasarkan udara murni yang dimanfaatkan di dalam silinder pada tekanan yang

tinggi (35 – 50 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan

bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik

nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis yang menimbulkan ledakan

bahan bakar.

Gambar 4.4. Mesin Diesel

Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak

yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat

bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah jadi gerak rotasi

oleh poros engkol (crank shaft). Dan gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak

bolak-balik torak pada langkah kompresi.Poros engkol mesin diesel digunakan untuk

menggerakan poros rotor generator. Oleh generator energi mekanis ini dirubah menjadi energi listrik

sehingga terjadi gaya gerak listrik (ggl).

4.2.2. Pemeliharaan PLTD

Pemeliharaan terencana yang terdiri dari :

4.2.2.1. Preventif Maintenance

Preventif Maintenance adalah perawatan yang dilakukan secara berkala dalam rangka

mencegah terjadinya kerusakan dengan melakukan pengecekan, penggantian, overhaul

pada sistem interval waktu yang ditentukan.


28

2. Pemeliharaan Periodik

a.Pemeliharaan Periodik, terdiri atas :Top Overhaul (TO 6000 jam)

Pekerjaan – pekerjaan yang dilakukan pada TOP Overhaul meliputi pemeriksaan pada

seluruh bagian-bagian unit yang antara lain :

1. Pemeriksaan semua kepala silinder dan komponen yang lainnya.

2. Pemeriksaan dan pengukuran satu bantalan dan bantalan luncuran (metal) atau sesuai

buku manual pabrikan.

3. Pembersihan generator

4. Pemeriksaan peralatan listrik

5. Pemeriksaan perawat pendingin cooler dan inter cooler

6. Pemeriksaan cairan peredam getaran (vibration damper)

7. Pemeriksaan Turbocharger (overhaul jika diperlukan pada saatnya)

8. Pengetasan kemampuan mesin

4.2.2.2. Pemeliharaan Periodik Rutin

Pemeliharaan periodik rutin yaitu pemeliharaan kecil yang dilakukan dalam tahun

anggaran yang bersangkutan.

Service

Pemeliharaan rutin jangka pendek meliputi pekerjaan melumasi, membersihkan,

mengganti, dan menambah minyak pelumas atau bahan bakar kimia.Hal ini biasanya sudah

di beritahukan oleh pabrik pembuat mesin. Misalnya sebagai berikut :

• PO (8-20) jam

• P1 ( 100-150 ) jam

• P2 ( 200-300 ) jam

• Inspeksi

Pemeliharaan rutin dengan jangka waktu yang lebih panjang.Kegiatan ini juga

biasanya diberitahukan oleh pabrik pembuat misalnya :

P3 (400-600) jam

Memeriksa peralatan-peralatan, bekerja dengan baik

Memperbaiki komponen-komponen yang terjadi kerusakan

Memeriksa tekanan, temperatur, dan gas asap

Memeriksa sistem pelumasan bekerja dengan baik

P4 (1200-1800) jam

P5 ( 2400-3600 ) jam


29

4.3. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit listrik yang

memanfaatkan energi panas dari uap (steam) untuk memutar turbin sehingga dapat digunakan

untuk membangkitkan energi listrik melalui generator.

Steam yang dibangkitkan ini berasal dari perubahan fase air yang berada pada boiler akibat

mendapatkan energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Secara garis besar sistem

pembangkit listrik tenaga uap terdiri dari beberapa peralatan utama di antaranya: boiler,

turbin, generator, dan kondensor.

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa system utama, yaitu :

1. Turbine & Generator

2. Boiler (Steam Generator)

3. Coal Handling System

4. Ash Handling System

5. Flue Gas System

6. Balance of Plant

Gambar 4.5. Sistem Utama PLTU


30

Pada PLTU uap digunakan dalam siklus uap tertutup.Uap yang telah memutar turbin

dengan energinya dikondensasikan kembali menjadi air dan dipompa ke boiler, selanjutnya

dipanaskan lagi di dalam boiler tersebut. Demikian seterusnya siklus ini terjadi terus

menerus.

Turbine & Generator merupakan jantung pembangkit listrik ini, karena dari bagian

inilah energi listrik dihasilkan.Generator yang berputar dengan kecepatan tetap,

menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan interkoneksi dan selanjutnya

didistribusikan ke konsumen. Apabila turbin bertingkat maka akan terdiri dari HP ( high-

pressure ) turbine, IP ( intermediate-pressre ) turbine dan LP ( low-pressure ) turbine. Turbine

& Generator memiliki beberapa alat pendukung , yaitu lubricating oil system dan generator

cooling system.

Boiler (steam generator) berfungsi untuk mengubah air menjadi uap.Uap bertekanan

sangat tinggi yang dihasilkan boiler dipergunakan untuk memutar turbine. Boiler terbagi

menjadi beberapa sub system, yaitu :

Boiler house steel structure

Pressure parts

Coal system

Air system

Boiler cleaning system

Air yang disuplai ke boiler, pertama kali masuk ke economizer inlet header, terus

didistribusikan ke economizer elements, berkumpul kembali di eco outlet header lalu

disalurkan ke steam drum. Economizer terletak di dalam backpass area (di bagian belakang

boiler house), sementara steam drum ada di bagian depan roof area.

Hal pertama yang harus diketahui adalah bahan baku dari PLTU itu sendiri yakni air,

serta bahan bakar .Air yang digunakan dalam siklus PLTU ini disebut air demin, yakni air

yang mempunyai kadar conductivity (Kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar

0.2 μs (mikro siemen). Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari

mempunyai kadar conductivity Sekitar 100 – 200 us.

Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit PLTU biasanya dilengkapi dengan

Desalination Plant dan Demineralization Plant yang berfungsi untuk memproduksi air demin

ini.Tapi disini tidak dibahas tentang Desalination Plant maupun Demineralization Plant.


31

Keunggulan kekurangan

Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi

Kapasitas bisa sampai ratusan MW

Effisiensi tinggi jika beban mendekati full load

Kekurangan kekurangan PLTU antara lain.

Respon beban lambat sehingga hanya buat beban dasar

Start up lama dan harus ada cadangan berputar spining reserve utuk mempercepat

startup

Tidak ramah lingkungan

Investasi mahal

Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

Berikut ini beberapa pembangkit yang ada di Jawa Barat :


32

Berikut ini beberapa pembangkit yang ada di Indonesia.

Table 4.1 beberapa pembangkit di Indonesia

4.4. Pembangkit Listrik Tenaga Gas

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik

yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas

dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang

dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan

selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya.

4.4.1. Prinsip kerja PLTG

Sistem kerja PLTG dimulai dari pengkompresian udara dan pemanasan udara dengan

penambahan bahan bakar. Gas panas bertekanan tinggi ini lah yang tersebut digunakan untuk

memutar turbin, sebagai pengerak pemutar generator pembangkit.Gas panas yang dihasilkan

dalam ruang bakar dapat meningkatkan temperatur hingga 1100 derajat celcius.Sehubungan

dengan temperatur yang sedemikian tinggi tersebut perlu dilakukan pemilihan material hot

gas patch, sehingga material tersebut dapat dipergunakan pada kondisi tersebut secara aman .

Prinsip kerja dari sebuah PLTG didasarkan pada siklus Brayton seperti pada diagram (p, v

dan t, s)


33

Gambar 4.6. Silkus Brayton

4.4.2. Bagian-bagian PLTG

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama, seperti:

Turbin Gas(Gas Turbine),

Kompresor (Compressor),

Ruang Bakar (Combustor),

Generator.

Turbin Gas(Gas Turbine): suatu pembangkit energi mekanik dari suatu proses

konversi energi dari energi panas menjadi energi kinetik selanjutnya menjadi energy

mekanik yang mampu menggerakkan turbin dengan massa gas pembakaran bahan

bakar.

Dalam proses operasinya Gas Turbin ditunjang dengan alat bantu khusus yang

meliputi: Lubricating Oil System, Control Oil System, Turning Motor, Pony Motor,

Starting Motor, Cooling Water System, Exhaust Duck System, Turbine Supervisory

Instrumen.

Kompresor (Compressor) :adalah suatu pembangkit tenaga mekanik yang berfungsi

untuk membangkitkan energy panas yang berasal dari udara atmosfer guna

memenuhi kebutuhan proses pembakaran dalam ruang bakar gas turbin. Dalam proses

operasinya, Compresor ditunjang dengan alat bantu khusus yang meliputi: Intake Air

Filter dan Inlet Gate Fane

Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui pintu,

udara ditekan masuk ke dalam COMPRESSOR.


34

Udara ditekan masuk ke dalam ruang bakar dengan tekanan 250 Psi dicampur dengan

bahan bakar dan di bakar dalam Ruang Bakar (COMBUSTOR) dengan temperatur

2000 – 3000⁰F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal dengan

temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 900⁰C

Ruang Bakar (Combustor) : suatu ruang bakar yang merupakan pembangkit energi

panas dari suatu proses pembakaran bahan bakar. Dalam proses operasinya,

Combuster ditunjang dengan alat bantu khusus yang meliputi: Tangki bahan bakar

dan Pompa bahan bakar (untuk bahan bakar minyak), Gas Station (untuk bahan bakar

gas), Control System, Fuel Nozzle, Ignitor System

Generator, adalah suatu pembangkit energy listrik dari suatu proses konversi energy

dari energy mekanik pada poros turbin dikonversikan menjadi energy listrik. Dalam

proses operasinya ditunjang dengan alat bantu khusus yang meliputi: Jacking Oil

Pump, Exciter, Generator Circuit Breaker, Main Transformer, Generator Protection

System, Auxiliary Power System.

Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui pintu,

udara ditekan masuk ke dalam COMPRESSOR.

Udara ditekan masuk ke dalam ruang bakar dengan tekanan 250 Psi dicampur

dengan bahan bakar dan di bakar dalam Ruang Bakar (COMBUSTOR) dengan

temperatur 2000 – 3000⁰F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal

dengan temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 900⁰C

Gambar 4.7 Sistem kerja PLTP

Dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar

turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut


35

temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan

proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan

untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik.

Kendala utama perkembangan PLTG ini di Indonesia adalah pada proses penyediaan

bahan bakar gas itu sendiri.

jumlah kebutuhan gas bumi untuk sejumlah pembangkit PLN di Jawa dan Sumatera

sebanyak 1.459 juta kaki kubik per hari, sedangkan pasokan gas yang disediakan oleh

para pemasok sebanyak 590 juta kaki kubik per hari. Dengan demikian terjadi

kekurangan pasokan gas sebanyak 869 juta kaki kubik

Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa start-nya pendek, yaitu antara

15-30 menit, dan kebanyakan dapat di-start tanpa pasokan daya dari luar (black start),

yaitu menggunakan mesin diesel sebagai motor start.

Dari segi pemeliharaan, unit PLTG mempunyai selang waktu pemeliharaan (time

between overhaul) yang pendek, yaitu sekitar 4.000-5.000 jam operasi. Makin sering

unit mengalami start-stop, makin pendek selang waktu pemeliharaannya. Walaupun

jam operasi unit belum mencapai 4.000 jam, tetapi jika jumlah startnya telah

mencapai 300 kali, maka unit PLTG tersebut harus mengalami pemeriksaan (inspeksi)

dan pemeliharaan.

Saat dilakukan pemeriksaan, hal-hal yang perlu mendapat perhatian khusus adalah

bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya mencapai

1.300 0C, seperti: ruang bakar, saluran gas panas (hot gas path),dan sudu-sudu turbin.

Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu diperbaiki

(dilas) atau diganti.

Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) ini, karena proses

start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil. Hal ini

disebabkan sewaktu unit dingin, suhunya samadengan suhu ruangan (sekitar 30C

sedangkan sewaktu operasi, akibat terkena gas hasil pernbakaran dengan suhu sekitar

1.3000C.

Dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, unit PLTG tergolong unit termal yang

efisiensinya paling rendah, yaitu berkisar antara 15-25%. Dalam perkembangan

penggunaan unit PLTG di PLN, akhir-akhir ini digunakan unit turbin gas aero


36

derivative, yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin gas

penggerak generator.

Berikut ini beberapa PLTG di Indonesia.

Pembangkit Listrik Tenaga Gas PUG Alurcanang Terdapat di Provinsi JawaBarat

Pembangkit Listrik Tenaga Gas PUG Dieng Terdapat di Provinsi Jawa Tengah

Pembangkit Listrik Tenaga Gas PUG Grati Terdapat di Provinsi Jawa Timur

Pembangkit Listrik Tenaga Gas PUG Karnojang Terdapat di Provinsi Jawa Barat

Pembangkit Listrik Tenaga Gas TrisaktiKota Banjarmasin, Kalimantan Selatan


37

4.5. Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap

PLTGU merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan tenaga gas dan uap. Jadi

disini sudah jelas ada dua mode pembangkitan. yaitu pembangkitan dengan turbin gas

dan pembangkitan dengan turbin uap. turbin gas lebih dikenal dengan istilah GTG

(Gas Turbin Generator) sedangkan turbin uap dikenal dengan STG(Steam Turbin

Generator). Tidak hanya itu saja, terdapat juga bagian yang namanya HRSG (Heat

Recovery Steam Generator).

Untuk GTG, Gas yang digunakan bukanlah gas alam , melainkan gas hasil

pembakaran bahan bakar High Speed Diesel (HSD) dan Marine Fuel Oil (MFO)

sehingga menghasilkan emisi sisa pembakaran. Emisi ini diolah sedemikian rupa

sehingga kadar zat berbahayanya tidak melebihi standar yang ditetapkan pemerintah.

Bahan bakar ini disuplai ke tangki-tangki penampungan bahan bakar melalui pipa

bawah laut.

Turbin gas ini dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu konfigurasi simple cyle dan

konfigurasi combined cycle. Dalam keadaan simple cycle turbin gas atau biasa

dikenal Gas Turbin Generator (GTG) bekerja sendiri sehingga tidak ada pemanfaatan

kembali sisa energi dari gas panas yang terbuang. Gas buang langsung di alirkan ke

atmosfir. Pada keadaan combined cycle pada umumnya terdiri dari beberapa turbin

gas dimana energi sisa pada gas buangnya akan dimanfaatkan kembali untuk

pemanasan air di Heat Recovery Steam Generator (HRSG) untuk menghasilkan uap

yang akan digunakan untuk pembangkitan turbin uap atau Steam Turbin Generator

(STG).

Adapun prinsip kerja dari PLTGU bisa dijelaskan pada gambar berikut ini,

Pertama, Turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar

kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start up

fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).

Kedua, Proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar

cair (fuel oil) maka terjadi proses pengabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses

pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas

panas yang bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat

menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke

atmosfir dengan temperatur yang masih tinggi.


38

Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan penerapan

Siklus Brayton.

Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG

menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal Rankine

sseperti gambar di bawah :

Gambar 4.8. Sistem kerja PLTGU

Steam Generator” (HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal

juga akan mengurangi pencemaran udara.

Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus

kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah :

1. Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah

dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya.

2. Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah

3. Pembangunannya relatif cepat

4. Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar

5. Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan

6. Fleksibilitasnya tinggi

7. Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih

sedikit.


39

8. Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan

pengoperasian.

9. Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU

relatif singkat yaitu 150 menit.

10. Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem

diagnosa.

Gambar 4.9. Sistem proses kerja PLTGU


40

Beberapa daftar PLTGU di Indonesia :

1. UBP Priok, mengoperasikan PLTU Priok Unit 3&4 (2x45 MW), PLTGU

(Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) Priok Blok I dan II masing-masing (3x120

MW dan 1x171 MW), PLTG Priok Unit 1&3 (2x17 MW)

2. UBP Semarang, mengoperasikan PLTU Tambak Lorok, Semarang Unit 1-2 (2x42

MW), Unit 3 (105 MW), PLTGU Tambak Lorok Blok I dan II masing2 (3x100 MW

dan 1x152 MW), PLTG Cilacap (2x20 MW)

3. UBP Perak-Grati], mengoperasikan PLTU Perak, Surabaya Unit 3-4 (2x28 MW),

PLTGU Grati, Lekok, Pasuruan Blok I (3x99 MW dan 1x153 MW), PLTG Grati Blok

II (3x100 MW)

BAB VPEMBANGKIT LISTRIK BARU TERBARUKAN :PLTS, PLTN, PLTPB

41

BAB V PEMBANGKIT LISTRIK BARU TERBARUKAN

(PLTS, PLTN, PLTPB)

5.1. PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)

PLTS adalah pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik.

Pembangkitan listrik bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung menggunakan

Photovoltalic dan secara tidak langsung dengan Pemusatan energi.

5.1.1. Prinsip Kerja Photovoltalic

Pembangkitan energi listrik pada sel surya terjadi berdasarkan efek fotolistrik, atau

disebut juga efek fotovoltaik, yaitu efek yang terjadi akibat foton dengan panjang gelombang

tertentu yang jika energinya lebih besar daripada energi ambang semikonduktor, maka akan

diserap oleh elektron sehingga elektron berpindah dari pita valensi (N) menuju pita konduksi

(P) dan meninggalkan hole pada pita valensi, selanjutnya dua buah muatan, yaitu pasangan

elektron-hole, dibangkitkan. Aliran elektron-hole yang terjadi apabila dihubungkan ke beban

listrik melalui penghantar akan menghasilkan arus listrik.

Sel surya atau sel photovoltaic adalah alat yang mengubah energi cahaya menjadi

energi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Dibuat pertama kali pada tahun 1880 oleh

Charles Fritts.


- Mengetahui mengerti prinsip kerja dari jenis pembangkit renewable ( PLTS, PLTN),

PLTPb )

- Mengerti bagian-bagian blok system dari suatu PLTS, PLTN), PLTPb

- Memahami penggunaan dari jenis pembangkit listrik. (PLTS, PLTN), PLTPb)

-


42

Gambar 5.1. Photovoltaic

Photovoltaic terdiri dari beberapa jenis, antaralain.

1. Panel Surya Monocristalline silicon (mono-silicon atau single silicon)

Panel yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling

tinggi.Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini tidak

akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang , efisiensinya akan

turun drastis dalam cuaca berawan.

2. Panel Surya Polycristalline silicon (multicrystalline, multi-silicon, ribbon)

Memiliki level silikon yang lebih rendah dari panel monocrystalline. Panel ini sedikit

lebih murah dan sedikit lebih rendah efisiensinya dari panel monocrystalline.Panel

Plycristalline Merupakan solar cell yang memiliki susunan kristal acak. Type

Polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan jenis

monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat

menghasilkan listrik pada saat mendung.

3. Panel Surya Amorphous/ Thin Film (amorphous silicon, cadmiumtelluride, copper

indium gallium (di)selenide)

Disebut Thin Film karena panel ini sangat murah untuk dibuat. TeknologiAmorphous

ini sering terdapat pada solar panel yang kecil, seperti padakalkulator atau lampu

taman.

4. Panel Surya Thin Film Photovoltaic

Merupakan panel surya ( dua lapisan) dengan struktur lapisan tipismikrokristal-silicon

dan amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5%sehingga untuk luas permukaan

yang diperlukan per watt daya yangdihasilkan lebih besar daripada monokristal &


43

polykristal. Inovasi terbaruadalah Thin Film Triple Junction PV (dengan tiga lapisan)

dapat berfungsisangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat

menghasilkandaya listrik sampai 45% lebih tinggi dari panel jenis lain dengan daya

yangditera setara.

5.1.2.Tingkat Efektifitas PLTS Di Dunia

Gambar 5.2.Intensitas rata-rata sinar matahari.

dari gambar 5.2. dapat disimpulkan bahwa Indonesia memiliki potensi yang cukup baik untuk

mengembangkan PLTS karena rata-rata sinar radiasi matahari yang cukup baik di

indonesia.Proyeksi efisiensi solar sel berbagai jenis.


44

Tabel 5.1. Proyeksi efisiensi photovoltaic

5.2. PLTN

Adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu

atau lebih reactor nuklir pembangkit listrik .PLTN termasuk dalam pembangkit daya base

load , yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling

water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari) . Energi nuklir

sebagai energi alternatif masa kini karena menjadi salah satu energi alternatif yang relatif

besar potensinya untuk menggantikan energi fosil selain itu energi nuklir merupakan energi

yang sangat murah dan efisien dengan satu gram nuklir saja dapat membangkitkan energi

yang besar hanya perlu pemeliharan dan keamanaan yang sangat intensif .

PLTN jenis air ringan dengan kapasitas antara 600 s/d 900 MWe di bangun di Semenanjung

Muria Jawa-tengah dan dioperasikan sekitar tahun 2004 sebagai solusi optimal untuk

mendukung sistem kelistrikan Jawa-Bali. Selain di semenanjung Muria Jawa-Tengah masih

dalam rencana untuk dibangun seperti di Pulau Bangka tahun 2016 rencana akan dibangun .

Daya yang dibangkitkan berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe . Unit baru yang sedang

dibangun pada tahun 2005 mempunyai daya 600-1200 Mwe .

5.2.1. Prinsip kerja PLTN

Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap

(PLTU) berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan

energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.

PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas alam dan sebagainya untuk

menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas yang dihasilkan digunakan untuk

memanaskan air di dalam boiler sehingga menghasilkan uap air, uap air yang didapat


45

digunakan untuk memutar turbin uap, dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena

ikut berputar seporos dengan turbin uap.

PLTN juga memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi bahan

bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam reaktor

dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin sehingga

menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi,.

Gambar 5.3. Prinsip kerja PLTN

Gambar 5.4. Potensi uranium di Indonesia

5.2.2. Keuntungan PLTN

Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

Tidak menghasilkan emisi gas rumahkaca (selama operasi normal) - gas rumah kaca

hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit

menghasilkan gas)

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas_rumah_kaca




46

Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya

sepert karbonmonoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida,

partikulate atau asap fotokimia

Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)

Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan

Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan

bakar yang diperlukan.

5.2.3. Kekurangan PLTN

• Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan

Chernobyl(yang tidak mempunyai containment building).

• Limbah nuklir - limbahradioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan

hingga ribuan tahun. AS siap menampung limbah ex PLTN dan Reaktor Riset.

Limbah tidak harus disimpan di negara pemilik PLTN dan Reaktor Riset. Untuk

limbah dari industri pengguna zat radioaktif, bisa diolah di Instalasi Pengolahan

Limbah Zat Radioaktif, misal yang dimiliki oleh BATAN Serpong.

• Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah

kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building).

• Limbah nuklir - limbah radio aktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan

hingga ribuan tahun. AS siap menampung limbah ex PLTN dan Reaktor Riset.

Limbah tidak harus disimpan di negara pemilik PLTN dan Reaktor Riset. Untuk

limbah dari industri pengguna zat radioaktif, bisa diolah di Instalasi Pengolahan

Limbah Zat Radioaktif, misal yang dimiliki oleh BATAN Serpong.

Jenis-jenis PLTN

PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTN yang

menerapkan unit-unit independen, dengan menggunakan jenis reaktor yang berbeda.

1. Reaktor Fisi

Membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fossil uranium dan

plutonium .

Selanjutnya reaktor daya fisi dikelompokkan lagi menjadi:

a. Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me-

moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron

http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_monoksida



http://id.wikipedia.org/wiki/Sulfur_dioksida

http://id.wikipedia.org/wiki/Sulfur_dioksida

http://id.wikipedia.org/wiki/Aerosol

http://id.wikipedia.org/wiki/Mercury

http://id.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_oksida

http://id.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_oksida

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Asap_fotokimia&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Asap_fotokimia&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Limbah_radioaktif

http://id.wikipedia.org/wiki/Limbah_radioaktif


47

yang dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi atau dalam keadaan cepat,

dan harus diturunkan energinya atau dilambatkan (dibuat thermal) oleh moderator sehingga

dapat menjamin kelangsungan reaksiberantai. Hal ini berkaitan dengan jenis bahan bakar

yang digunakan reactor thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron

cepat untuk melakukan reaksi fissi

b. Reaktor cepat

menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator neutron. Karena

reactor cepat menggunakan jenis bahan bakar yang berbeda dengan reaktor thermal,

neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak perlu dilambatkan guna menjamin reaksi

fissi tetap berlangsung

2. Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksi

berantai untuk menghasilkan reaksi fissi.

Reaktor Fusi

Fusi nuklir menawarkan kemungkinan pelepasan energi yang besar dengan hanya

sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan serta dengan tingkat keamanan yang lebih

baik. Namun demikian, saat ini masih terdapat kendal-kendala bidang keilmuan, teknik

dan ekonomi yang menghambat penggunaan energi fusi guna pembangkitan listrik. Hal

ini masih menjadi bidang penelitian aktif dengan skala besar seperti dapat dilihat

di JET, ITER, dan Z machine. Merupakan suatu proses yang digunakan untuk

menentukan apa yang harus dikerjakan untuk menjamin setiap aset fisik tetap bekerja

sesuai yang diinginkan atau sesuatu proses untuk menentukan jenis perawatan, inspeksi,

monitoring, atau testing mana yang lebih efektif diterapkan pada suatu mesin saat kondisi

tertentu. Intinya RCM bertujuan utuk meningkatkan reliabilitas dan kemudian dapat

mengoptimalkan biaya dari aktivias maintenance.

Beberapa prinsip RCM :

1. RCM fokus terhadap sistem dan standar fungsionalnya

2. RCM fokus terhadap reliabilitas sistem atau komponen

3. RCM fokus terhadap pencegahan kerusakan (preventive maintenance).

4. RCM bertujuan untuk keselamatan (safety), keamanan (security), dan ekonomi.

5. RCM menggunakan logic tree untuk menentukan jenis perawatan. Logic tree

digunakan untuk menetukan jenis perawatan yang sesuai.

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Reaksi_berantai&action=edit&redlink=1




48

6. RCM meruakan planning jangka panjang.

7. Task Selection setelah hasil analisi diketahui, kemudian baru diambil langkah

kegiatan pemeliharaan. Kegiatan pemeliharaan dapat berupa preventive

maintenance, conditioning monitoring, inspeksi, dan lain sebagainya.

8. Task Comparison setelah kegiatan pemeliharaan ditentukan dan dilakukan, kemudian

hasilnya dibandingkan dengan kegiatan pemeliharaan sebelumnya. Pembandingan

ini bertujuan untuk mengidentifikasi perubahan yang diperlukan pada program

pemeliharaan.

9. Records Data dan hasil yang yang diperoleh pada langkah 1 sampai 4 kemudian

diarsipkan untuk berbagai keperluan di masa mendatang.

Bab VI Saluran Transmisi, Distribusi, Gardu Induk, dan Konsumen

49

BAB VI

SALURAN TRANSMISI, DISTRIBUSI, GARDU INDUK DAN BEBAN

Sistem tenaga listrik secara umum terdiri dari beberapa bagian utama. Bagian pertama adalah

pembangkit tenaga listrik, kemudian saluran transmisi, saluran ditribusi, dan beban. Secara sederhana,

sistem tenaga listrik dapat diillustrasikan dengan Gambar 6.1 berikut.

Gambar 6.1.Sistem Tenaga Listrik

6.1. KlasifikasiTegangan

Klasifikasi tegangan transmisi listrik ditinjau dari besar tegangan dibagi menjadi beberapa kelas antara

lain :

Saluran UdaraTegangan EkstraTinggi (SUTET)

Tegangan: 345 kV, 500 kV, 765 Kv

SaluranUdaraTeganganTinggi (SUTT)


- Mengetahui sistem tenaga listrik secara umum,

- Mengetahui bagian-bagian transmisi, dan distribusi tenaga listrik,

- Memahami fungsi Transmisi dan distribusi tenaga listrik.


50

Tegangan:115 kV, 150 kV 230 kV

Digunakan pada saluran interkoneksi antara Gardu induk dan pembangkit.

Saluran UdaraTegangan Menengah (SUTM)

Tegangan : 2.4 kV sampai 46 kV, PLN pakai yang 20 kV.

Digunakan untuk suplai saluran penduduk dan bangunan komersial.

Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR)

40V-1000V

6.2. Transmisi tenaga listrik

Konfigurasi Jaringan Transmisi tampak pada Gambar 6.2. Pada gambar terlihat bahwa bagian

awal terdapat sebuah pembangkit yang tegangannya dinaikkan kemudian tersalur pada sebuah saluran

transmisi.Pada ujung saluran , system transmisi dihubungkan pada sebuah gardu yang berfungsi

menurunkan tegangan. Gardu penurun tegangan kemudian disalurkan pada sebuah system distribusi,

sehingga daya dapat diterima oleh beban.

Gambar 6.2.Sistem TransmisiTenagaListrik

Pada perencanaan saluran transmisi, terdapat beberapa faktor yang diperhatikan dalam penyaluran

tenaga listrik antara lain.

1. Pemilihan tegangan

2. Pemilihan jenis kawat


51

3. Pemilihan sistem Proteksi

4. Kontinuitas penyaluran tenaga listrik

5. Pembebasan tanah yang dilalui

Keuntungan transmisi tegangan tinggi dapat dilihat pada table 6.1.

Tabel 6.1.KeuntunganTransmisiTeganganTinggi

6.2.1. Bagian-bagian Saluran Transmisi

Bagian-bagian saluran transmisi secara umum terdiri dari beberapa bagian seperti pada Gambar

6.3.antara lain.

1. Isolator.

2. Bundle 2 conductor (ada yang 4)

3. Spacer untuk menahan 2 konduktor.

4. Saluran kawat tanah.

5. 3 saluran tegangan fasa.

6. Identitas tower.

7. Perangkat Anti-climbing


52

i

Gambar 6.2.Saluran Transmisi Tenaga Listrik

Dalam isolasi pada tegangan tinggi, kemampuan isolasi sangat dipengaruhi oleh jarak isolasi. Berikut ini

standart pada isolasi udara menurut standart PUIL Peraturan Umum Instalasi Listrik, dan ESA ( Electrical

Safety Advices ).

Tabel 6.2.Jarak Aman menurut PUIL 2000 ( Peraturan Umum Instalasi Listrik )

No TeganganSistem phasa – tanah ( kV ) Jarak Minimum ( cm )

1 1 50

2 12 60

3 20 75

4 36 100

5 20 70

6 30 85

7 70 100

8 150 150

9 500 500


53

Tabel 6.3.JarakAmanmenurutESA ( Electrical Safety Advices )

No TeganganSistem ( kV ) JarakAman ( cm )

1 20 70

2 30 85

3 70 100

4 150 150

5 500 500

6.2.2. Jenis-jeniskabeltransmisi

Jenis-jenis kabel transmisi yang digunakan antara lain.

1. Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR) 2. All Aluminum Conductor (AAC) 3. All Aluminum Alloy Conductor(AAAC)

d

d

r

d

r

d

r

d d

r

Gambar 6.3.Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR)

Kabel transmisi yang lebih dari satu kabel dalam transmission line disebut dengan konduktor berkas.

Konduktor berkas /Bundle Conductor digunakan untuk membagi kuat medan listrik / mengurang

iterjadinya Korona.

Aluminum outer strands

2 layers, 30 conductors

Steel core strands,

7 conductors


54

6.2.3. Perlengkapan Gardu Transmisi

1. Busbar atau Rel, Merupakan titik pertemuan/hubungan antara trafo-trafo tenaga,Saluran Udara

TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga

listrik/daya listrik.

2. Ligthning Arrester, biasa disebut dengan Arrester dan berfungsi sebagai pengaman instalasi

(peralatan listrik pada instalasi Gardu Induk) dari gangguan tegangan lebih akibat sambaran

petir (ligthning Surge).

3. Transformator instrument atau Transformator ukur, Untuk proses pengukuran.

4. Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting Switch (DS),Berfungsi untuk mengisolasikan

peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan.

5. Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB), Berfungsi untuk menghubungkan dan

memutuskan rangkaian pada saat berbeban (pada kondisi arus beban normal atau pada saat

terjadi arus gangguan).

6. Sakelar Pentanahan, Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi

yang berfungsi untuk menghilangkan/mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat

akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem.

7. Kompensator, alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran

transmisi atau transformator. SVC (Static Var Compensator) berfungsi sebagai pemelihara

kestabilan

8. Peralatan SCADA dan Telekomunikasi, (Supervisory Control And Data Acquisition) berfungsi

sebagai sarana komunikasi suara dan komunikasi data serta tele proteksi dengan

memanfaatkan penghantarny

9. Rele Proteksi, alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik

saat terjadi gangguan,menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat

gangguan

10. Kompensator, alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran

transmisi atau transformator. SVC (Static Var Compensator) berfungsi sebagai pemelihara

kestabilan

11. Peralatan SCADA dan Telekomunikasi, (Supervisory Control And Data Acquisition) berfungsi

sebagai sarana komunikasi suara dan komunikasi data serta tele proteksi dengan

memanfaatkan penghantarnya

12. Rele Proteksi, alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik

saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat

gangguan


55

6.3. SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

Sistem Jaringan Distribusi terdiri dai beberapa bagian antaralain.

- Jaringan tegangan menengah JTM )

- Konfigurasi jaringan

- Trafo distribusi

- Jaringan tegangan rendah ( JTR )

- Saluran rumah ( down wire )

- Konsumen ( sektor beban )

Jenis jaringan distribusi listrik dari bentuk jarring diklasifikasikan sebagai berikut.

Sistem distribusi Radial

Sistem distribusi loop

Sistem distribusi Spindle

Sistem distribusi Radial

Gambar 6.4.Sistem distribusi

Feeder 4Feeder 1

Feeder 2

Fee

der

3

Three-phase Four-wire

Main Feeder

Neu

tral

Re-closing

Circuit Breaker

Fuse

Single-phase

Radial Feeder

Single-phase

Radial Feeder

Sub-transmission Line

To Consumer

Service Drop

Distribution

(Step-down)

Transfomer

}


56

6.3.1. Struktur Jaringan Radial

Gambar 6.5.Jaringan radial

Struktur jaringan radial adalah paling sederhana dan paling murah biaya pembangunannya. cabang dari

penyulang utama disebut penyulang Lateral sedangkan cabang dari penyulang Lateral disebut panyulang

sub-Lateral. Arus yang paling besar mengalir adalah yang paling dekat dengan gardu induk. dan akan

berkurang dengan semakin jauh dari gardu induk. Sehingga memungkinkan ukuran konduktor diperkecil

dengan mengecilnya arus tersebut.

Struktur jaringan ini dalam menyalurkan energi listrikmemiliki keandalan yang kurang. Suatu gangguan

pada hulu penyulang dapat mengakibatkan gangguan pada penyaluran energi listrik ke konsumen yang

berada dibelakang titik gangguan

6.3.2. StrukturJaringan Loop

Gambar 6.6. Jaringan loop

Struktur jaringan loop merupakan gabungan dari dua struktur jaringan radial. dimana pada ujung dari

kedua jaringan dipasang sebuah pemutus ( PMT ) atau pemisah ( PMS ). Ketika kondisi gangguan setelah

gangguan diisolir. maka PMT/PMS ditutup sehingga aliran daya listrik ke bagian yang tidak terkena

gangguan tidak terhenti.

Kondisi normal. struktur jaringan loop ini merupakan dua struktur jaringan radial. Pada umumnya

konduktor dari struktur ini mempunyai penampang yang sama. Ukuran konduktor tersebut dipilih

sehingga dapat menyalurkan seluruh daya listrik beban struktur loop yang merupakan jumlah dari kedua

struktur jaringan radial. Struktur jaringan ini. mempunyai keandalan yang cukup. sedangkan biaya

pembangunannya lebih mahal dibandingkan dengan pembangunan struktur jaringan radial.


57

6.3.3. StrukturJaringanSpindel

Gambar 6.7.JaringanSpindel

Struktur jaringan spindel merupakan perluasan dari struktur jaringan radial. dimana jumlah saluran

keluaran dari rel tegangan menengah diperbanyak dan kesemuanya bertemu pada suatu tempat yang

disebut Gardu Refleksi yang hanya berfungsi sebagai gardu hubung. Selain itu disediakan satu atau dua

saluran langsung tanpa pembebanan menuju gardu refleksi yang disebut Penyulang Ekspres. Pada

kondisi normal saluran ini tidak dibebani tetapi selalu dalam kodisi bertegangan

Bab VII Sistem instalasi listrik dengan single line diagram dan wired diagram dan pengelompokan beban

58

BAB VII SISTEM INSTALASI DENGAN SINGLE LINE DIAGRAM, WIRED DIAGRAM

DAN PENGELOMPOKAN BEBAN LISTRIK

Sistem instalasi listrik merupakan system pembagian beban pada suatu beban listrik. Instalasi

listrik adalah suatu bagian penting yang terdapat dalam sebuah bangunan gedung , yang

berfungsi sebagai penunjang kenyamanan penghuninya. Di indonesia dalam dunia teknik tenaga

listrik terdapat aturan PUIL (Persyaratan Umum Instalasi Listrik).

Ada beberapa jenis gambar yang harus dikerjakan dalam tahap perancangan suatu proyek

pemasangan instalasi listrik penerangan dan tenaga yang baku menurut puil 2000. Rancangan

instalasi listrik terdiri dari:

1. Gambar situasi

Gambar situasi adalah gambar yang menunjukkan dengan jelas letak bangunan instalasi tersebut

akan dipasang dan rencana penyambungannya dengan jaringan listrik PLN.

2. Gambar instalasi meliputi :

a) Rancangan tata letak yang menunjukkan dengan jelas tata letak perlengkapan listrik

beserta sarana pelayanannya (kendalinya), seperti titik lampu, saklar, kotak kontak,

motor listrik, panel hubung bagi dan lain-lain.

b) Rancangan hubungan peralatan atau pesawat listrik dengan pengendalinya .

c) Gambar hubungan antara bagian-bagian dari rangkaian akhir, serta pemberian tanda yang

jelas mengenai setiap peralatan atau pesawat listrik.

d) Gambar diagram garis tunggal yang tercantum dalam diagram garis tunggal ini meliputi:

e) Diagram phb lengkap dengan keterangan mengenai ukuran dan besaran nominal

komponennya.

f) Keterangan mengenai jenis dan besar beban yang terpasang dan pembaginya.

g) ukuran dan besar penghantar yang dipakai.

h) Sistem pembumiannya.

7.1. Tujuan instalasi listrik

Tujuan adanya instalasi listrik antaralain.

a) Instalasi listrik yang baik. Peraturan dalam instalasi lebih diutamakan pada

keselamatan manusia terhadap bahaya sentuhan serta kejutan arus, keamanan

instalasi listrik beserta perlengkapannya dan keamanan gedung serta isinya

terhadap kebakaran akibat listrik.

b) Persyaratan ini berlaku untuk semua instalasi arus kuat, baik mengenai

perencanaanpengawasannya.


- Mengetahui system system instalasi listrik secara umum,

- Mengetahui bagian-bagian instalasi

- Memahami fungsi instalasi tenaga listrik.


59

7.2. Syarat-Syarat Instalasi Listrik

Syarat-Syarat Instalasi Listrik antaralain.

1. Syarat ekonomis

Mulai dari perencanaan, pemasangan dan pemeliharaannya semurah mungkin, kerugian daya

listrik harus sekecil mungkin.

2. Syarat keamanan

Tidak membahayakan jiwa manusia dan terjaminnya peralatan dan bendabenda disekitarnya

dari kerusakan akibat dari adanya gangguan seperti: gangguan hubung singkat, tegangan

lebih, beban lebih dan sebagainya.

3. Syarat keandalan (kelangsungan kerja)

Kelangsungan pengaliran arus listrik kepada konsumen harus terjamin secara baik.

Persyaratan Utama untuk Catu Daya Perangkat elektronik antara lain.

Dipercaya kehandalan dan kelestariannya

Mampu menyediakan arus dan tegangan yang normal untuk mencatu perangkat

telekomunikasi

Tegangan output harus dapat diatur dalam batas-batas yang ditetapkan untuk perangkat

telekomunikasi

Dapat mengamankan secara otomatis terhadap setiap kondisi gangguan

Derau (Noise) yang ditimbulkan harus dibawah harga tertinggi yang ditetapkan

Biaya instalasi, pemeliharaan dan operasinya harus dalam batas-batas yang wajar dengan

kondisi yang ditetapkan

Berdasarkan besar tegangan, instalasi listrik terbagi menjadi beberapa jenis saluran, salah

satunya adalah saluran tegangan rendah, seperti tampak pada gambar 7.1. Selain tegangan

rendah, terdapat pula sambungan tegangan menengah atau tinggi yang tampak pada Gambar 7.2.

Main Fuse

Meter

Distribusi Tegangan

Rendah

Main Supply

3 ~ 50 Hz 380/220 V

Gambar 7.1. Saluran tegangan rendah


60

Saluran Sambungan Tegangan Rendah memiliki beberapa karakteristik sebagai berikut.

Panel berfungsi untuk mendistribusikan daya listrik dimana PLN sebagai catuan inputnya

Panel dapat disambungkan pada sistem tegangan rendah atau tegangan tinggi

Pada sitem jala-jala yang sampai ke beban adalah :

Tegangan Fasa (Vf) biasanya 220 V

Tegangan Saluran (VL-L) biasanya 380 V

Frekwensi 50 Hz

Sambungan AC satu phasa 220 Volt digunakan untuk pelanggan kebutuhan daya

mulai dari 450 VA – 5500 VA

Untuk pelanggan mulai 6600 VA – 50 KVA digunakan tegangan sambungan AC tiga

phasa 220/380 Volt

Sekring (Fuse)

Meter

Distribusi Tegangan

Rendah

Main Supply3 ~ 50 Hz 20 KV

Tranformer

Saklar Tegangan

Tinggi

20 KV

380/220V

Gambar 7.2. Saluran tegangan menengah atau tinggi

Saluran Sambungan Tegangan Medium atau Tinggi (untuk industri ) memiliki beberapa

karakteristik sebagai berikut.

• Sambungan AC tegangan tinggi diatas 20 KV digunakan untuk kebutuhan daya diatas 50

KVA

• Sistem sambungan tegangan ini harus dihubungkan dengan trafo distribusi penurunan

tegangan 20 KV ke tegangan 220/380 V yang disatukan dengan pelanggan umum lainnya


61

7.3. Pembagian Beban listrik

Pembagian beban dalam instalasi dilakukan dalam panel. Terdapat beberapa jenis panel

antaralain MDP (Main Distribution Panel), panel yang dibawahnya: SDP (Sub Distribution

Panel), dan yang terakhir adalah load panel, yang langsung terhubung dengan beban.

Gambar 7.3. Pembagian beban

Jenis perangkat instalasi m.e seperti terdapat pada Gambar 7.4. antaralain.

1. SOURCE/Sumber PLN

2. PANEL HUBUNG BAGI

3. PENGANTAR

4. PEMUTUS/PENGHUBUNG

5. SISTEM PROTEKSI

6. INDIKATOR

7. LOAD


62

Gambar 7.4. Perangkat pada system instalasi dan backup genset

7.4. Penghantar 3 fasa

Berikut ini identifikasi warna kebel 3 fasa :

Fasa R/U/X : warna merah

Fasa S/V/Y : warna kuning

Fasa T/W/Z : warna hitam

Penghantar Netral : warna biru

Penghantar Ground : warna loreng hijau kuning

Gambar 7.5. identifikasi warna kabel

Dalam pemasangan instalasi listrik ada beberapa jenis kabel yang sering digunakan diantaranya :

NGA, NYA, NYM, NYY, NYGbY, NYRGbY. Untuk kabel yang dipasang ditempat yang aman

dan ditanam didalam dinding (inbow) : NGA, NYA, NAYA. Untuk kabel yang ditanam dalam

tanah : NYY,NYGbY, NYRGbY


63

7.4.1. NYA

Konstruksi :

1. Copper Conductor

2. PVC Insulated

Tegangan : 450/750 V

Ukuran : 1.5mm2s/d 4.00mm

Applikasi : instalasi pemanent, untuk lokasi yang tidak basah.

Gambar 7.6. kabel NYA

7.4.2. NYM

Aplikasi pada :

kondisi kering, lembab, tempat basah, di tempat workshop,pabrik, area bisnis, dept store.

Jangan digunakan pada bawah tanah.

Gambar 7.6. kabel NYM


64

7.4.3. NYY

Konstruksi : 1. Annealed Copper Conductor

2. Extruded PVC Insulated

3. Extruded PVC Inner Sheathed

Tegangan : 0.6/1 kV

Aplikasi : untuk Indoor and Outdoor

Installasi didalam tanah.

Gambar 7.7. Kabel NYY

7.4.4. NYAF

Konstruksi : 1. konduktor tembaga yang Flexible

2. isolasi PVC

Tegangan nominal : 450/750 Volt Size

Diameter : 1.5mm2–2.40 mm2

Aplikasi: Installasi Permanent

pada lokasi kering

Gambar 7.8. Kabel NYAF


65

7.4.5. Kabel jenis NYFGbY

Konstruksi : 1. Annealed Copper Conductor

2. Extruded PVC Insulated

3. Extruded PVC Inner Sheathed

4. Flat Steel Wire and Tape Armoured

5. Extruded PVC Outer Sheathed

Aplikasi: instalasi Indoor and Outdoor

kondisi ada tekanan mekanis.

Gambar 7.8. Kabel NYFGbY


66

7.5. Standar daya PLN

Berikut ini standart sambungan listrik dari PLN. Tampak pada Tabel 7.1. daya terendah

sebesar 450 VA, dan batasan penyaluran daya tiga fasa adalah 6.6 kVA. Untuk permintaan daya

sebesar 6.6 kVA atau lebih, maka digunakan saluran tiga fasa.

Komponen Pokok Instalasi Listrik Bahan penghantar listrik

Bahan Isolasi (Isolator Rol)

Pipa Instalasi

Kotak Sambung

Sakelar

Fitting

Perlengkapan Bantu

Macam-macam saklar manual

Yang digunakan untuk instalasi penerangan antara lain:

Saklar tunggal

Saklar seri

Saklar silang

Saklar Tukar


67

Saklar kelompok

Saklar kutub dua

Saklar kutub tiga

Saklar tarik

Saklar tombol tekan

BAB VIII CATU DAYA TIDAK TEPUTUS

68


8.1. Sistem Catu Daya Perangkat

PLN

D G

AVR

AC LOAD

AC LOAD

DC LOAD

DC LOAD

DC LOAD

MAIN SOURCEDISTRI

BUTION

CONVER

SIONREGULATION

ACCUMULA

TOR

Gambar 7.1. Blok sistem catu daya Beban listrik

Dalam catu daya perangkat terdapat beberapa bagian yang mempunyai fungsi berbeda.

Bagian tersebut antara lain.

Pengaturan tegangan / Regulasi (AVR)

Maksudnya adalah untuk mengurangi ketergantungan dari perubahan yang mungkin

terjadi. Sebelum disambungkan dengan peralatan harus dilakukan usaha penstabilan dengan

alat pengatur tegangan (Voltage Regulator)

Pengubahan (Convertion)

Setiap perangkat telekomunikasi membutuhkan daya berupa tegangan dan arus yang

berbeda sesuai dengan sistem yang digunakan. Oleh karena itu tegangan dari sumber utama


- Mengetahui system catu daya perangkat elektronika

- Mengetahui prinsip kerja dan blok diagram catu daya perangkat elektronika

- Mengetahui cara kerja UPS.


69

harus dirubah terlebih dahulu dari AC ke DC (Rectifier) atau sebaliknya dari DC kembali ke

AC (Inverter)

Penyimpanan Tenaga –Batere (Akumulator)

Fungsinya untuk menjaga jika terjadi pemutusan dari sumber daya utama ke sumber

cadangan dengan menyimpan daya yang dapat digunakan selama masa transisi

8.2. Jenis beban

kategori pembagian beban daya pada suatu perangkat/gedung berdasarkan urgensi beban

ataralain.

• Non Esential (Beban tidak penting)

Beban seperti lampu-lampu penerangan dirumah, ataun air-conditioning untuk

keperluan umum dan beban lain dimana catu daya utama (PLN) terputus dalam waktu yang

lama.

• Esential (Beban penting)

yaitu beban yang dapat mengalami catu daya utama (PLN) terputus untuk sementara

waktu sambil menunggu catu daya cadangan bekerja. Seperti beberapa lampu penerangan,

atau beban lainnya (freezer,dll) di pertokoan,perhotelan, tempat hiburan, dll agar pelayanan

tidak terlalu lama terganggu.

• No Break System (Beban yang tidak boleh terputus)

beban yang tidak boleh terputus sama sekali catuan dayanya. Seperti pada beban

Server, Ruang ICU Rumah sakit, Sistem sentral telekomunikasi, dll.

8.2. Sistem Catu daya pada perangkat elektronik

Gambar 8.2. system catudaya elektronik

Sistem power supply mempunyai input AC atau DC dan mempunyai output DC, untuk

suplai rangkaian elektronik seperti pada gambar 8.2. Pada sistem power suply terdapat

beberapa bagian utama sehingga dapat menghasilkan keluaran supply yang terregulasi.

Bagian pertama adalah rectifier yang bertugas menyearahkan suplai, pada rangkaian ini


70

dihasilkan keluaran daya DC yang belum terregulasi. Untuk itu, diperlukan regulation circuit

yang berfungsi meregulasi keluaran akhir.

Gambar 8.3. Blok system catu daya

Rectifier

Mengubah bentuk sinus AC menjadi DC pulsa.

Ada banyak macam bentuk rcetifier, tetapi yang umum dengan dioda.

Macam dan type rectifier dibahas kemudian.

Filter

Hasil dari rectifier yang sudah DC namun masih berupa pulsa pulsa dalam nilai yang

tetap, tidak seperti batere.

Sebuah filter digunakan untuuk menghilangkan pulsa tersebut dan membuat output

konstan.

Filter yang dipakai biasanya sebuah capacitor.

Regulator

regulator adalah rangkaian yang membantu memelihara nilai output tegangan yang

constant.

Perubahan beban atau input AC menyebabkan output yang bervariasi.

Banyak perangkat elektronk tidak tahan terhadap variasi tegangan. Jadi harus pada

tegangan yang konstan.


71

Walaupun input tegangan bervariasi, maka regulator tetap akan memberikan nilai

tegangan output yang fix.

Proses penyearahan (rectifier)

Gambar 8.4. Rectifier

Direkomendasikan menggunakan penyearahan gelombang penuh (sedikit

ripple), jika penyearah ½ gelombang tidak efisien dan menyebabkan magnetisasi DC pada

trafo.

8.4. UPS (Uninteruptible Power Supply)

UPS merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai buffer antara power suplay dengan

peralatan elektronik yang kita gunakan seperti komputer, printer, modem, dsb.

Pada UPS tegangan AC dari PLN disearahkan menjadi tegangan DC untuk kemudian

dikonversikan lagi menjadi tegangan AC melalui DC to AC inverter jika secara tiba tiba

listrik PLN padam.

Gambar 8.5. Uninteruptable power suply

8.4.1. Fungsi Utama dari UPS

Dapat memberikan energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan daya pada listrik

utama.


72

Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera menghidupkan genset

sebagai pengganti listrik utama.

Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera melakukan back up data dan

mengamankan [[sistem operasi] (OS) dengan melakukan shutdown sesuai prosedur

ketika listrik utama padam.

Mengamankan sistem komputer dari gangguan-gangguan listrik yang dapat

mengganggu sistem komputer baik berupa kerusakan software, data maupun

kerusakan hardware.

8.4.2. Komponen Utama UPS

Rectifier (penyearah)

Berfungsi untuk mengubah arus AC menjadi arus DC dari suplai daya untuk mengisi

baterai.

Inverter

Berfungsi untuk mengubah arus DC dari baterai menjadi arus AC ke peralatan yang

dilindungi oleh UPS .

Baterai

Jenis baterai yang digunakan UPS umumnya berjenis lead-acid atau jenis nikel-

cadmium. Baterai ini umumnya mampu menjadi sumber tegangan cadangan maksimal

selama 30 menit.

Macam ups berdasarkan cara kerja antara lain.

1. Line Interactif UPS

Pada UPS jenis ini diberi tambahan alat AVR (automatic voltage regulator )yang

berfungsi mengatur tegangan dari suplai daya ke peralatan .

Pada saat kondisi normal listrik dari power akan langsung menuju ke beban dengan

terlebih dahulu melalui AVR tanpa melewati batery. Sama seperti pada offline UPS, UPS

ini mempunyai waktu transfer pemindahan dari power listrik jala-jala ke power batery

pada saat terjadi gangguan.

Gambar 8.6. Line Interactive UPS


73

2. On-line UPS

Pada UPS jenis ini terdapat 1 rectifier dan 1 inverter yang terpisah. Hal ini

lebih mahal apabila dibandingkan dengan dua jenis UPS lainnya.Dalam keadaan

gangguan, suplai daya ke rectifier akan diblok sehingga akan ada arus DC dari baterai

ke inverter yang kemudian diubah menjadi AC.

Online UPS bekerja dengan mengubah arus AC menjadi DC untuk mengisi

batery dan pada saat yang bersamaan diubah kembali oleh inverter menjadi arus AC.

Pada UPS jenis ini supply tegangan langsung dihubungkan ke beban melallui tahapan

penyearah dan inverting secara online.

Gambar 8.7. On line UPS

3. Off-line UPS

UPS jenis ini merupakan UPS paling murah diantara jenis UPS yang lain.

Karena rectifier dan inverter berada dalam satu unit.

Dalam keadaan gangguan, switch akan berpindah sehingga suplai daya dari

suplai utama terblok. Akibatnya akan mengalir arus DC dari baterai menuju inverter

Gambar 8.8. Off line UPS

BAB IX BATERAI : JENIS, KAPASITAS, PENGUJIAN DAN PERAWATAN.

74

BAB IX BATERAI : JENIS, KAPASITAS, PENGUJIAN DAN

PERAWATAN.

9.1. Definisi BATERAI

Baterai adalah elemen (sel) sumber arus listrik searah. Baterai merupakan alat untuk

mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

Baterai biasanya terdiri atas beberapa buah sel listrik. Jika dalam sel listrik itu terjadi reaksi

kimia, maka pada kedua elektrodanya akan timbul beda potensial. Baterai adalah perangkat

catu daya yang berfungsi sebagai catu daya back-up (cadangan) dalam sistem catu daya di

perkantoran, industri, hotel, Rumah Sakit, dll apabila catu utama PLN atau Genset mengalami

gangguan. Untuk beberapa hal baterai juga menjadi sumber catu daya utama, seperti untuk

starter mobil/motor, hp, kamera digital, camdig, dll.

9.2. Peran Baterai pada Sistem Catu Daya

Adapun fungsi batere pada suatu system catu daya :

Menjaga agar catuan tetap kontinu meskipun terjadi gangguan-gangguan pada sumber

daya utama

Mengatasi perubahan-perubahan beban jika sumber daya utama tidak dapat mengontrol

perubahan-perubahan beban atau output sumber daya utama tidak dapat mencukupi

apabila terjadi beban puncak (peak-load)

Menjadi filter arus searah yang paling halus

9.3. Gambaran Umum

Secara umum baterai dibagi atas :

a. Primer

b. Sekunder


- Mengetahui definisi,jenis-jenis batere

- Mengetahui konstruksi sel batere, reaksi kimia dan bagian utama sebuah batere

- Mengetahui karakteristik, pengoperasian dan pemmeliharaan batere.


75

Baterai primer adalah baterai yang hanya dapat dipakai sekali atau satu siklus saja

karena reaksi kimianya hanya satu arah (‘discharge’). Jadi reaksi kimianya

irreversible.

Baterai sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang ketika muatan listriknya

sudah habis dipakai (bisa di ‘charge’ kembali). Jadi reaksi kimianya reversible.

I. Baterai Primer

Ada 6 jenis baterai primer yang saat ini beredar di pasaran :

1. Baterai Leclenche (Zn MnO2), Baterai kering / Dry Cell

2. Baterai sel kering Magnesium (MgMnO2)

3. Baterai MnO2 Alkaline

4. Baterai Mercury

5. Baterai Oksida Perak

6. Baterai Lithium

I.1. Baterai Leclanche (Zn – MnO2)

Sel kering lechlanche telah dikenal lebih dari 100 tahun yang lewat dan sampai saat ini

masih merupakan sel kering yang sering digunakan untuk membuat baterai

Satu sel baterai berkapasitas 1,5 V.

Kutub (+) (Anoda) : Zn

Kutub (-) (Katoda) : MnO2

Rekasi Kimia :

Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH

Fitur

o Murah, banyak tersedia

o Tidak efisien pada pada aliran arus besar

o Kurva pengosongan kurang baik (miring)

o Poor performance at low temperatures

o Kinerja pada suhu rendah kurang baik


76

Gambar 9.1. Baterai Leclanche

I.2. Sel kering Magnesium (MgMnO2)

Konstruksinya hampir sama dengan sel kering seng, hanya bedanya kontainernya

bukan seng tapi magnesium.

Kapasitas 1 sel = 1,5 V

Anoda (+) : Mg

Katoda (-) : MnO2

Gambar 9.2. Sel kering Magnesium

I.3. Sel MnO2– Alkaline

Sama seperti Sel Leclanche Zn dan Dioksida Magnesium.

Perbedaannya dari :

Konstruksi, Elektrolitnya dan Tekanan dalam (lebih kecil) , sebab kerapatan bahan

katodanya dan permukaan Anoda yang lebih luas kontak dengan elektrolitnya.

Elektroda :

o Zinc (-), manganese dioxide (+)

Elektrolit:

o Potassium hydroxide aqueous electrolyte


77


78

Fitur :

o 50-100% more energy than carbon zinc

o Low self-discharge (10 year shelf life)

o Good for low current (< 400mA), long-life use

o Poor discharge curve

Gambar 9.3. Baterai alkaline

Karekteristik discharge baterai Alkaline tampak pada gambar 9.4. Dari gambar

tersebut tampak bahwa kurva discharge dari baterai alkaline sangat curam.

Gambar 9.4. Kurva discharge baterai alkaline

Kelebihannya:

Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki, meskipun

pemakaian tak menentu.

Pada pembebanan tinggi dan terus menerus, mampu memberikan umur

pelayanan 2-10 kali dari sel Leclanche.

Sangat baik dioperasikan pada temperature rendah samapai -20° C.


79

Kapasitas tiap selnya = 1,5 V.

Fitur :

o Memiliki kapasitas energi 50-100% lebih banyak dibandingkan

carbon zinc

o Self Discharge rendah (bisa tahan 10 tahun)

o Bagus untuk arus kecil (< 400mA),

o Kurva discharge curam (jelek)

1. Sel Mercury

Sel ini mempunyai katoda yang terbuat dari oksida merkuri dan anodanya

seng dengan elektrolit alkaline. Anoda dan katodanya dibuat dalam bentuk

serbuk kecil yang dipadatkan dalam suatu cairan elektrolit,tetapi keduanya

dibentuk dalam suatu wadah kaleng ganda.

Kutub (+) Anoda : Seng (Zn)

Kutub (-) Katoda : Oksida Mercury

Elektrolit : Alkaline

Kapasitas max stabil = 1,35 V ( Biasa digunakan sebagai tegangan

referensi)

Kapasitas selnya bisa sampai 1,4 V bila katodanya Oxida Mercury (HgO) /

Oxida Mangan (MnO2).

Dengan oksida merkuri murni untuk katoda,tegangannya sangat stabil

sebesar 1,35 Volt.

Gambar 9.5. Baterai mercury

2. Sel Oksida Perak (AgO2)Primer

Kutub (+) Anoda : Serbuk elektrolit Alkaline

Kutub (-) Katoda : Oksida perak

Tegangan open circuit = 1,6 V


80

Tegangan minimal (dengan beban) = 1,5 V

Pemakaian : Kamera, alat bantu pendengaran, jam elektronik.

Ukuran : 0,3 – 0,5 inchi.

Gambar 9.6. Baterai oksida perak

3. Sel Lithium

Kutub (+) Anoda : Manganese dioxide

Kutub (-) Katoda : Lithium

Elektrolit : Alkali metal salt in organic solvent electrolyte

Fitur :

High energy density

Long shelf life (20 years at 70°C)

Capable of high rate discharge

Expensive

Tegangan output yang tinggi, 3V

umurnya yang panjang,

ringan dan kecil bentuknya

Pemakaian :

Kamera, Calculator, CMOS Battery backup

II. Baterai Sekunder (Rechargeable)

Ada 2 jenis baterai sekunder:

1. Baterai sekunder Basah

2. Baterai sekunder kering

Baterai Sekunder (Basah) :

1.Baterai Lead Acid (Accumulator)

2. Baterai Alkali (Nikel-Cadmium). (Ni-Cd, Ni-Mh)


81

Baterai Sekunder (Kering) :

1.Baterai Kering (jenis aki)

2. Baterai jenis (Lithium ion)

1. Baterai Lead Acid (Accumulator)

Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan

energi (energi listrik) dalam bentuk energi kimia.

Aki termasuk elemen sekunder basah, yaitu elemen elektrokimia yang

dapat diperbaharui bahan-bahan pereaksinya sehingga harus diberi

muatan terlebih dahulu sebelum digunakan.

Sel aki terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

o sel aki basah

o sel aki kering

Gambar 9.7. Baterai lead acid

Konstruksi Baterai Basah Timbel-sulfat (Lead-acid)

Pada baterai basah timbel sulfat (lead-acid) menggunakan logam PbO2 untuk

pelat positif dan Pb pelat negatifnya sedangkan elektrolitnya adalah larutan

asam sulfat (H2SO4)

Gambar 9.8. Reaksi kimia pada baterai lead acid


82

Reaksi Kimia Baterai Timbel Sulfat (Lead-acid)

o Berdasarkan reaksi tersebut dapat dilihat bahwa pada waktu baterai

dikosongkan, jumlah asam sulfat dalam elektrolit semakin lama semakin

berkurang dan berat jenis elektrolitnya juga semakin berkurang

o Hal tersebut menunjukkan kondisi baterai sangat tergantung dari berat

jenis elektrolitnya

Akibat Pengosongan Baterai Timbel Sulfat (Lead-acid)

o Kondisi baterai kosong karena jumlah asam sulfat dalam elektrolit

berkurang dan berat jenis elektrolitnya juga semakin berkurang tidak boleh

terjadi karena akan menyebabkan baterai menjadi rusak

o Fabrikasi biasanya telah menetapkan batas minimum berat jenis elektrolit

baterai yang ditolerir pada saat pengosongan (misalnya baterai merk Yuasa

memiliki berat jenis elektrolit minimum berkisar antara 1,120 Kg/l sampai

dengan 1,140 Kg/l)

Reaksi Kimia pada Baterai Lead Acid

o Kutub (+) Anoda : PbO2 (oksida timah hitam)

o Kutub (-) Katoda : Pb (timah hitam)

o Elektrolit : Asam sulfat (H2SO4)

Proses pengosongan :

o H2SO4 terionisasi menjadi ion 2H+ dan SO42-

.

o Pada plat (+) ion 2H+ akan menuju ke PbO2, sehingga terbentuk H2O dan

ion SO4- menuju Pb sehingga terbentuk PbSO4, reaksi kimianya :

o Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O

Proses pengisian :

o Ion H+ dari SO4- ditarik kembali dan berekombinasi dengan PbSO4

sehingga terbentuk PbO2 pada plat (+) dan Pb pada plat (-) serta H2SO4.

Reaksi kimianya

o 2PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + 2H2SO4 + gas O2 + gas H2

Kosong Batere Kondisi Penuh Batere Kondisi

PbSO OH 2 PbSO Pb SOH 2 PbO

Neg)(Pelat Pos)(Pelat Neg)(Pelat Pos)(Pelat

4424422


83

2. Reaksi Kimia Baterai Alkali (Nikel-Cadmium)

Baterai ini menggunakan Nikel Tri-Hidroksida

NiOH3 sebagai pelat positif, Cadmium (Cd) untuk pelat negatif dan

elektrolitnya adalah Potasium Hidroksida (KOH)

Gambar 9.9. Baterai ni-cad

o Kutub (+) Anoda : Oksida Nikel (NiOH)

o Kutub (-) Katoda : Cadmium (Cd)

o Elektrolitnya : Cairan potassium Hidroksida (KOH)

Reaksi kimianya :

o 2 Ni(OH)3 + Cd 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2

o Nominal output tiap selnya = 1,25 V.

Kelebihannya :

o Kemampuan dayanya yang tinggi

o Umur siklusnya yang panjang

o Kemampuan kerja pada temperature yang rendah cukup baik

o Mempunyai tahanan dalam (Rd) yang rendah.

o Kebocoran 3 % per bulan.

o Loss kapasitasnya < 50 % bila disimpan selama 1 tahun.

o Bisa diisi dengan cepat dan pengisian yang berlebihan tidak akan rusak

NiCd Recharging

kosong batere Kondisi penuh batere Kondisi

CdOH KOH NiOH 2 Cd KOH NiOH 2

(Negatif) (Positif) (Negatif) (Positif)

223


84

Over 1000 cycles (if properly maintained)

Fast, simple charge (even after long storage)

C/3 to 4C with temperature monitoring

Self discharge

10% in first day, then 10%/mo

Trickle charge (C/16) will maintain charge

Memory effect

Overcome by 60% discharges to 1.1V

Gambar 9.10. NiCd Memory Effect

Gambar 9.11. NiMH Battery Discharge

3. Baterai Ni-MH (Nickel Metal Hydride)

Sebuah nikel-metal hidrida baterai, disingkat NiMH, adalah jenis baterai isi

ulang mirip dengan baterai nikel-kadmium (NiCd), tetapi memiliki hidrogen

yang menyerap paduan untuk elektroda negatif bukan kadmium. Seperti dalam


85

baterai NiCd, elektroda positif adalah nikel oxyhydroxide (NiOOH). Sebuah

baterai NiMH bisa memiliki dua sampai tiga kali kapasitas dari NiCd ukuran

setara dan efek memori tidak begitu signifikan. Namun, dibandingkan dengan

baterai lithium-ion, kepadatan energi volumetrik lebih rendah dan self-

discharge yang lebih tinggi.

Reaksi elektroda negatif yang terjadi dalam baterai NiMH adalah sebagai

berikut:

H2O + M + e-↔ OH-+ MH.

Elektroda dibebankan dalam arah yang benar dari persamaan ini dan dibuang

ke arah kiri.Nikel oxyhydroxide (NiOOH) membentuk elektroda positif dan

reaksi yang sesuai adalah: Ni (OH) 2 + OH-↔ NiOOH + H2O + e-.

Perbandingan antara baterai Ni-Cd dan Ni-MH

Baterai NiCD

o Generasi pertama dari baterai sekunder

o ukuran dan beratnya yang besar

o Digunakan untuk ponsel – ponsel lama

o Memiliki permanent memory effect (di charge hanya saat baterai

benar2 habis)

Baterai NiMH

o Generasi ke dua dari baterai sekunder.

o Ukuran dan beratnya lebih ringan

o Digunakan untuk ponsel menengah ke bawah

o Memiliki temporary memory effect


86

4. Baterai Lithium Ion (Kering)

Kimiawi :

Graphite (-), cobalt or manganese (+)

Nonaqueous electrolyte

Fitur

Kapasitas 40% lebih besar dari NiCd

Flat discharge (like NiCd)

Self-discharge 50% lebih kecil dari NiCd

Mahal

Recharge Lithium Ion :

300 kali

50% capacity saat 500 kali charge

Lithium-ion Battere dalam Notebooks

Lithium: greatest electrochemical potential, lightest weight of all metals

o But, Lithium metal is explosive

o So, use Lithium-{cobalt, manganese, nickel} dioxide

Overcharging would convert lithium-x dioxide to metallic lithium, with

risk of explosion

5. Baterai Lithium Polymer

Unsur kimia

o Graphite (-), cobalt or manganese (+)

o Nonaqueous electrolyte

Ciri ciri:

o Ringan, bentuk yang fleksibel, tipis.

o Harga lebih rendah , tapi saat ini mahal.

o Lebih rendah usia teknis dari Li-on.

Aki kering

Sel aki kering memiliki karakteristik tidak

adanya lubang – lubang untuk mengisi air aki

karena cairannya berbentuk gel. Gel ini


87

sangat minimpenguapannya dan pada saat menguap pun, uap tersebut tidak dibuang

keluarwadah tetapi masuk lagi ke dalam wadah.

Secara teknis, ternyata aki kering sebenarnya tidak sepenuhnya kering. Penggunaan

bahan timbal kalsium pada setiap pelat menjadi pembeda dengan akin konvensional

atau hybrid. Penggunaan cairan elektrolit aki tetap diperlukan pada aki maintenance

free ini. Bahkan jumlah cairan elektrolitnya lebih banyak dari kedua jenis aki lainnya.

Sistem sirkulasi serta cover yang memungkinkan elektrolisasi aki kering menjadi

sempurna.

Tahanan dalam baterai

Baterai tanpa beban

Baterai terukur 12 V

Baterai dibebani

o Setelah ditambahkan R teg terukur < 12 V.

o (karena ada tahanan dalam baterai, rd)

o Sehingga rangkaian pengganti adalah sbb:

rdRi

12


88

o Jika rd ada ,maka nilai v terukur < 12 v

Kapasitas baterai

Contoh :Baterai dengan 12 V, 40 Ah.

Artinya energi yang bisa dsimpan baterai adalah 1

2V x 40 Ah x 1h = 480 W.h (VAh)

Dalam SI : 480 W x 3600 s = Joule

Kapasitas Battery

Type Capacity (mAh) Density (Wh/kg)

Alkaline AA 2850 124

NiCd AA 750 41

NiMH AA 1100 51

Lithium ion 1200 100

Lead acid 2000 30

Pengosongan dan Pengisian Baterai Alkali (Nikel-Cadmium)

KOH tidak memiliki andil langsung pada reaksi elektro kimia diatas sehingga

KOH tidak mengalami perubahan (BJ elektrolitnya tidak berubah selama proses

pengosongan dan pengisian)

Kondisi penuh atau kosong baterai alkali tidak dapat ditentukan oleh besarnya BJ

elektrolit

RxrdR

v

ixRv

terukur

terukur

12


89

KOH hanya berfungsi sebagai konduktor listrik dan sifatnya menyerap CO2 dari

udara disekelilingnya

Cara Menghitung Kapasitas Baterai System Floating

Sentral kapasitas 1000 sst dengan tegangan catuan 48 V ± 10% (toleransi

tegangan dan hal ini tergantung type sentralnya) sedangkan kebutuhan arusnya

adalah 0,07 A/sst

Besar arus discharge (pelepasan) Idis baterai adalah

Idis = 1000 sst x 0,07 A/sst = 70 Amp

Karena baterai yang digunakan 2 bank maka arus discharge perbank adalah 35

amper

Besar tegangan akhir minimum baterai adalah

Eakh = (48 V – 4,8 V) / 24 = 1,8 V/sel

Seperti biasa pada perencanaannya dipasang 2 bank, alasannya adalah jika

dilakukan perawatan maka dapat dilaksanakan setiap bank secara bergantian

tanpa mengganggu operasi normal telekomunikasi

Cara Menghitung Kapasitas Baterai System Charge-Discharge

Suatu transmisi dengan beban 18 A, sistem charge-discharge adalah 7-24 jam

dimana Depth of Discharge-nya (DoD) adalah 25 % dan baterai disusun menjadi 2

bank sehingga arus discharge setiap bank sebesar 9 amp maka besar kapasitas per

bank Cb = (9x24x1) / 25% = 864 AH

Mengingat dipasaran tidak terdapat baterai dengan kapasitas seperti diatas maka

dipilih kapasitas yang lebih besar yaitu 1000 AH

Oleh karena itu baterai yang harus dipasangkan 2 bank baterai dengan kapasitas

sebesar 2x1000 AH

Pemilihan Baterai untuk Telekomunikasi

High discharge (UPS, Starter Genset) dimana harus mampu memberikan arus

besar dalam waktu singkat

Medium discharge (STO, Transmisi)

Low discharge (Solar panel)

Waktu Autonomy :

o Hitungan menit sampai beberapa jam


90

o Dari beberapa jam sampai 10 jam

o 10 jam keatas

Type baterai :

o Sealed baterai (Pasta elektrolit) dimana umur type ini pendek

o Lead acid biasa yang umurnya 10 sampai dengan 20 tahun

o NiCad , umurnya panjang tetapi harus selalu mengganti elektrolit KOH

Penggunaan Baterai untuk telekomunikasi

Seperti yang di rekomendasikan oleh CCIR untuk penggunaan pada sistem catu daya

telekomunikasi ,terdapat dua jenis baterai :

Baterai Basah

o Baterai Timbal-sulfat (Lead-acid)

o Baterai Alkali (Alkaline Baterai)

Baterai Kering

Baterai jenis ini tidak memerlukan pemeliharaan rutin

BAB X SISTEM PROTEKSI EKSTERNAL – INTERNAL

91


9.1. Definisi

Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik

antara awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan

mengumpulnya uap air di dalam awan .

Ada tiga syarat untuk timbulnya petir.

a. Ada udara naik,

b. kelembapan, dan

c. partikel bebas atau aerosol. Ketiga elemen ini akan menyebabkan

timbullah muatan dalam awan cumulonimbus.

9.2. Kondisi Indonesia

Umumnya muatan negatif terkumpul dibagian bawah dan ini

menyebabkan terinduksinya muatan positif diatas permukaan tanah, sehingga

membentuk medan listrik antara awan dan tanah. Jika muatan listrik cukup

besar dan kuat medan listrik di udara dilampaui, maka terjadi pelepasan

muatan berupa petir atau terjadi sambaran yang bergerak dengan kecepatan

cahaya.”

Kerusakan terhadap Perangkat Electronik, penyumbang terbesarnya adalah

petir. Dari grafik pada Gambar 10.1. terlihat bahwa kerusakan terbesar

perangkat elektronik disebabkan karena surge (petir) Sebesar 30 %

Gambar 10.1. Penyebab kerusakan alat elektronik

Tujuan Pembelajaran : - Mahasiswa mengetahui gangguan-gangguan yang mungkin dalam sistem kelistrikan

- Mahasiswa memahami prinsip kerja sistem proteksi

- Mahasiswa mampu mendesain sistem proteksi tenaga listrik


92

Salah satu daerah di Indonesia, yakni wilayah Bogor, Jawa Barat pernah

tercatat sebagai wilayah yang memiliki sambaran petir per tahun tertinggi di

dunia per harinya, yakni sekitar 322 hari atau 88 persen per tahun.

Gambar 10.2. Proses terjadi petir

9.3. Anatomi Petir (Lightning Stroke)

Proses terjadinya petir dimulai dari sebuah step leader yang tibul

karena adanya perbedaan tegangan antar awam, atau awan dengan tanah.

Step leader kemudian berkembang enjadi sebuah streamer. Streamer

berkembang, sehingga terjadi electron avalance. Electron avalance yang terus

berkembang i inilah yang kemudian menjadi sebuah sambaran petir seperti

tampak pada Gambar 10.2.

Gambar 10.3. Petir

9.4. Parameter Dasar Petir

Terdapat beberapa parameter dasar dalam sebuah petir. Parameter tersebut

antara lain impuls current, Total Charge, Impulse Charge, dan Average step.

Gambaran gelombang petir dapat dilihat pada Gambar 10.4.


93

Tabel 10.1. Parameter petir

Gambar 10.4. Gelombang Surja Petir

9.5. Sistem Proteksi Petir terdiri dari 3 macam :

Mengacu pada IEC (International Electrotechnical Commission) TC

81/1989 tentang konsep Lightning Protection Zone (LPZ),

a. Proteksi Eksternal, yaitu instalasi dan alat-alat di luar sebuah struktur

untuk menangkap dan menghantar arus petir ke sistem pentanahan.

Proteksi Eksternal yang baik terdiri atas air terminal/interceptor, down

conductor, dan ekuipotensialisasi.

b. Proteksi Internal, merupakan proteksi peralatan elektronik terhadap efek

dari arus petir. Terutama efek medan magnet dan medan listrik pada

instalasi metal atau sistem listrik. Sesuai dengan standar DIV VDE 0185, IEC

1024-1. Proteksi Internal terdiri atas pencegahan terhadap dampak

sambaran langsung, pencegahan terhadap dampak sambaran tidak

langsung, dan ekuipotensialisasi.

c. Proteksi Pentanahan, merupakan bagian terpenting dalam instalasi sistem

proteksi petir. Kesulitan pada sistem pentanahan biasanya karena berbagai

macam jenis tanah. Hal ini dapat diatasi dengan perencanaan dan teknik

penerapan yang tepat, serta menghubungkan semua metal


94

(ekuipotensialisasi) dengan sistem pentanahan, sesuai dengan IEC TC 81

Bab 2.3.

9.6. Standar Sistem Grounding

a. IEEE Standard 142™ -2007, “IEEE Recommended Practice for Grounding of

Industrial and Commercial Power Systems”,

b. IEEE Standard 80™ - 2000 “IEEE Guide for Safety in AC Substation

Grounding”

c. IEEE Standard 81™ -1983 “IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity,

Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System”,

d. IEEE Standard 1100™-2005 – “IEEE Recommended Practice for Powering

and Grounding Electronic Equipment”,

e. IEEE Standard 446™ -1995 “IEEE Recommended Practice for Emergency

and Standby Power Systems for Industrial and Commercial Applications”

(Chapter7).

Gambar 10.5. Sistem proteksi eksternal petir dengan grounding

9.7. SISTEM PROTEKSI INSTALASI Mekanikal-Elektrikal (ME)

PROTEKSI EKSTERNAL

PROTEKSI EKSTERNAL GROUNDING MELIPUTI :

AIR TERMINAL/FINAL

Berfungsi menerima sambaran petir langsung

DOWN CONDUCTOR

Berfungsi menyalurkan /menghantarkan arus petir dari final ke

sistem pertahanan


95

SISTEM PERTAHANAN /Pembumian

Berfungsi membuang, menetralkan arus petir dengan aman ke

tanah

Bonding - untuk mengindari "side flashing” >korosi terjadi pada semua

komponen, sistim penangkal petir tidak lagi menghantar dengan

sempurna

Gambar 10.6. Perangkat Grounding

9.8. Metode Perlindungan Petir

a. Metode Sudut (Protective Angle Metodh)

Proteksi berada di dalam permukaan yang dibentuk dari proyeksi titik

puncak terminasi udara ke tanah dengan sudut (2) dan garis vertical ke segala

arah. Metode sudut proteksi mempunyai batasan geometri.

Gambar 10.7. Metode Sudut

b. Metode Jaring (Mesh Metodh)

metode ini finial batang tegak, konduktor atap, harus membentuk

polygon tertutup. Poligon finial ini harus dilengkapi dengan penghantar

melintang yang menghubungkan finial sehingga membentuk jarring dengan

ukuran sesuai dengan tingkat proteksi, bagian logam dan instalasi harus

terletak di bawah jaring.


96

Gambar 10.8. Metode jaring

9.9. Jenis-jenis Sambaran Petir

a. Sambaran langsung (direct striking )

b. Sambaran tidak langsung

Galvanic coupling (sambungan oleh tanah)

Arus petir akan masuk ke bumi dan akan menyebabkan GPR (

Ground potential Rising ) atau dikenal sebagai kenaikan tegangan

tanah.

Inductive coupling

Pada saat sambaran petir mengenai tower maka akan timbul

medan elektromagnetik dengan kerapatan yang cukup tinggi. Dan akan

menginduksi semua material dalam radius 1 km2, perangkat tidak

mengalami kerusakan karena sudah ada arrester pemotong tegangan.

Capasitif coupling

Ketika suatu perangkat/saluran terkena sambaran petir maka

perangkat/saluran yang lain menjadi netral sehingga ada efek kapasitf

virtual yang timbul diantara perangkat tersebut.

Tabel 10.2. Indeks Faktor Kerusakan Berdasarkan Penggunaan Bangunan


97


98

Tabel 10.3. Indeks Faktor Kerusakan Berdasarkan Konstruksi Bangunan

9.10. Sistim Penangkal Petir

a. Franklin

Sistem Pengaman atau penangkal Petir telah dimulai sejak BENJAMIN

FRANKLIN pada tahun 1752,menemukan teknik penangkal petir

menggunakan interseptor yang dihubungkan ke tanah melalui konduktor

berkembang sampai sistem yang pasif (konvensional) maupun aktif.

Gambar 10.9. Sistim Penangkal Petir Franklin

b. Sangkar Burung Faraday

Terdiri dari komponen – komponen :

Alat penerima logam tembaga (logam bulat panjang runcing ) / spit

Kawat penyalur tembaga Pentanahan / ground sampai dengan bagian

tanah basah

c. Radioaktif

Electrode

Udara disekeliling electrode akan diionisasi akibat pancaran

partikel alpa dari isotop . Electrode akan

terus menerus menciptakan arus ion (Min 108 ion/det)

Coaxial cabel


99

Untuk menghindari kerusakan akibat muatan listrik yang besar

akibat petir, maka Coaxial cabel diberi isolasi sehingga benda-benda

disekitarnya aman.

Pentanahan

Perlu test geografis dari pentanahan. Tahanan bumi max yang

terbaik = 5ohm.

9.11. PROTEKSI INTERNAL

a. EQUIPOTENSIAL BONDING (EB)

Fungsi : mengurangi dan menghilangkan beda potensial akibat sambaran

petir.

b. PERISAI/SHIELDING

Fungsi : mencegah induksi dan radiasi melalui medium udara ke

peralatan/kabel

c. ARESTER

Fungsi : sebagai pemotong pulsa untuk mencegah masuknya pulsa

transient petir secara konduksi melalui kabel/penghantar

9.12. LIGHTNING ARESTER

Fungsi arester sebagai pemotong pulsa arus transient petir

Keadaan normal lightning arester sebagai isolator, pada saat arus transient

masuk arester segera menjadi konduktor yang baik dengan mem bypass arus

petir ke ground

Setelah membebaskan arus transient segera berubah menjadi isolator

tanpa menyebabkan arus daya membuka/menjatuhkan fuse/circuit breaker

Perbedaan jenis arester terletak dalam cara mengubah dirinya menjadi

isolator, harga besaran arus kilat yang dapat dipotong dan tegangan surge

yang diijinkan pada terminalnya

9.13. Beberapa Factor yang Perlu Dipertimbangkan dalam Merencanakan

dan Memasang Penangkal Petir

a. Keamanan secara teknis


100

b. Penampang hantaran-hantaran

c. Pembumian

d. Ketahanan mekanis

e. Ketahanan terhadap korosi

f. Bentuk dan ukuran bangunan yang dilindungi

g. Factor ekonomis

9.14. Sistem Penangkal Petir yang Banyak Dipakai Sekarang

EF (Electrostatic Field)

Ada 3 prinsip penting yang dimiliki penangkal petir moderen

elektrostatik:

a. Penyaluran arus yang sangat kedap atau tertutup dari sekitar dengan

menggunakan terminal penerima dan kabel pengantar khusus yang

bersifat isolasi tinggi.

b. menciptakan electron bebas awal yang besar sebagai streamer

emission pada bagian puncak.

c. Sistem penangkal petir ini terbagi dalam 2 yaitun EF Terminal yang

diletakkan dipuncak bangunan sebagai penangkal petir dan EF Carier

(kabel Penghantar ) yang masuk kedalam tanah. Penggabungan

electrostatic terminal dan electrostatic carrier yang memiliki isolasi

tenggangan tinggi penangkal petir.

9.15. Keuntungan dari System Elektrostatik

a. Non radioaktif

b. Mampu menerima sambaran petir hingga 150 kA

c. Tidak menggunakan radio elemen ,baterey atau solar sel

d. Mengantisipasi secara dini sambaran petir dengan aktif

e. Memberikan efek radius proteksi yang cukup luas.

9.16. ESE (Early Streamer Emission).

Perlu diketahui bahwa dalam pemasangan penangkal petir ini tidak

teralu rumit dan kabel penghantar yang turun ke ground cukup 1 titik saja,

sehingga induksi yang terjadi di struktur bangunan semakin kecil

kemungkinannya.


101

Sistem kerja penangkal petir dengan model ini adalah berusaha untuk

menarik lidah petir dari awan, dimana penangkal petir akan menciptakan

kondisi yang lebih positif dibanding sekelilingnya ( bangunan, pohon, dll )

sehingga luncuran dari awan akan menuju ke penangkal petir tersebut bukan

ke bangunan atau pohon disekitarnya.

Keunggulan ESE system

a. Operasi optimal dalam proses discharge ion positif dan negatif.

b. Mudah dalam pemasangan dan tidak membutuhkan perawatan

khusus.

c. Tahan terhadap arus petir yang tinggi.

d. Terbuat dari bahan 100% stainless stell sehingga tahan terhadap

korosi. Cocok diterapkan pada iklim dengan tingkat kelembapan

yang cukup tinggi seperti di Indonesia.

e. Dapat dipasang pada pabrik, area terbuka seperti lapangan golf,

gedung-gedung perkantoran dan apartement serta sektor-sektor

properti lainnya.

9.17. Grounding BTS

Gambar 10.10. BTS Grounding

Rentang aman (safety range) dapat diperoleh dengan menghitung

radius sambaran petir terhadap tower BTS dengan bangunan lain, yang

ditentukan dengan rumus pada persaman berikut :


102

D = Jarak tower

terhadap bangunan (feet)

h1

= Tinggi tower

BTS (feet)

h2 = Tinggi

bangunan sekitar tower

BTS (feet)

DRAFT BUKU AJAR SISTEM CATU DAYA...

Documents

Transcript of DRAFT BUKU AJAR SISTEM CATU DAYA...