Jaringan Distribusi Tenaga Listrik

BAB II

JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

II.1. Sistem Tenaga Listrik

Struktur tenaga listrik atau sistem tenaga listrik sangat besar dan kompleks

karena terdiri atas komponen peralatan atau mesin listrik seperti generator,

transformator, beban dan alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling

dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan,

menyalurkan, dan menggunakan energi listrik.

Namun secara mendasar sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan atas 3

bagian utama yaitu :

1. Sistem Pembangkitan

Pusat pembangkit tenaga listrik (electric power station) biasanya terletak

jauh dari pusat-pusat beban dimana energi listrik digunakan.

2. Sistem Transmisi

Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik yang jauh

disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transmisi menuju gardu induk

(GI).

3. Sistem Distribusi

Energi listrik dari gardu-gardu induk akan disalurkan oleh sistem distribusi

sampai kepada konsumen.

Ketiga bagian utama (pembangkitan, transmisi, dan distribusi) tersebut

menjadi bagian penting dan harus saling mendukung untuk mencapai tujuan

utama sistem tenaga listrik yaitu penyaluran energy listrik kepada konsumen.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam Penyaluran Tenaga Listrik

Sebuah sistem tenaga listrik yang baik harus mencakup :

1. Biaya pembangkitan yang minimal.

2. Dapat memenuhi kebutuhan energi konsumen.

3. Menghasilkan energi listrik yang berkualitas dan andal.

II.2. Komponen Jaringan Distribusi Tenaga Listrik

Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga

listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar

(seperti gardu transmisi) dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum yang

termasuk ke dalam sistem distribusi antara lain, :

1. Gardu Induk ( GI )

2. Jaringan Distribusi Primer

3. Gardu Distribusi (Transformator)

4. Jaringan Distribusi Sekunder


II.2.1 Gardu Induk (GI)

Pada bagian ini jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara

langsung, maka bagian pertama dari sistem distribusi tenaga listrik adalah Pusat

Pembangkit Tenaga Listrik dan umumnya terletak di pingiran kota. Untuk

menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat beban (konsumen) dilakukan dengan

jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder.

Jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara tak langsung,

maka bagian pertama dari sistem pendistribusian tenaga listrik adalah Gardu

Induk yang berfungsi menurunkan tegangan dari jaringan transmisi dan

menyalurkan tenaga listrik melalui jaringan distribusi primer.

II.2.2 Jaringan Distribusi Primer

Jaringan distribusi primer merupakan awal penyaluran tenaga listrik dari

Gardu Induk ( GI ) ke konsumen untuk sistem pendistribusian langsung.

Sedangkan untuk sistem pendistribusian tak langsung merupakan tahap berikutnya

dari jaringan transmisi dalam upaya menyalurkan tenaga listrik ke konsumen.

Jaringan distribusi primer atau jaringan distribusi tegangan menengah memiliki

tegangan sistem sebesar 20 kV. Untuk wilayah kota tegangan diatas 20 kV tidak

diperkenankan, mengingat pada tegangan 30 kV akan terjadi gejala-gejala korona

yang dapat mengganggu frekuensi radio, TV, telekomunikasi, dan telepon.

Sifat pelayanan sistem distribusi sangat luas dan kompleks, karena

konsumen yang harus dilayani mempunyai lokasi dan karakteristik yang berbeda.

Sistem distribusi harus dapat melayani konsumen yang terkonsentrasi di kota,


PMT150 kV PMT20 kV

150 kV 20 kV

Trafo Daya

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

PMT20 kV

pinggiran kota dan konsumen di daerah terpencil. Sedangkan dari

karakteristiknya, terdapat konsumen perumahan dan konsumen dunia industri.

Sistem konstruksi saluran distribusi terdiri dari saluran udara dan saluran bawah

tanah. Pemilihan konstruksi tersebut didasarkan pada pertimbangan sebagai

berikut: alasan teknis yaitu berupa persyaratan teknis, alasan ekonomis, alasan

estetika dan alasan pelayanan yaitu kontinuitas pelayanan sesuai jenis konsumen.

Pada jaringan distribusi primer terdapat 4 jenis dasar yaitu :

1. Sistem radial

2. Sistem hantaran penghubung (tie line)

3. Sistem loop

4. Sistem spindel

II.2.2.1 Sistem Radial

Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah sistem

distribusi yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa

penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.

Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial


Penyulang

20 kV 20 kV

PMT20 kV PMT20 kV

Pemutus tenaga

Pemutus tenaga

Trafo Daya

Gardu Konsumen (khusus

150 kV

Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk

konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen

dipasang. Bisa dalam bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari

sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem

yang lain.

Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem

lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama

yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami

gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu

tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan

jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.

II.2.2.2 Sistem Hantaran Penghubung ( Tie Line )

Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.3. umumnya digunakan untuk

pelanggan penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain-

lain).

Gambar 2.3 Konfigurasi Tie Line ( Hantaran Penghubung )


PMT 150 kV

Trafo Daya

150 kV

PMT 20 kV

20 kV

PMT 20 kV

Sakelar Seksi Otomatis

Trafo Distribusi

PMT 20 kV




Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Pemutus Beban

Trafo Distribusi

Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan

Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, dan setiap

penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu

penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke

penyulang lain.

II.2.2.3 Sistem Loop

Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti

Gambar 2.4. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga

dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.

Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Loop

II.2.2.4 Sistem Spindel

Sistem Spindel seperti pada Gambar 5. adalah suatu pola kombinasi

jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang


PMT 150 kV

Trafo Daya

150 kV

PMT 20 kV

20 kV

PMT 20 kV

PMT 20 kV

Pemutus Beban

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

Penyulang Langsung

(feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut

berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH).

Gambar 2.5 Konfigurasi Sistem Spindel

Pada sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif

dan sebuah penyulang cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu

hubung. Pola spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah

(JTM) yang menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah

(SKTM).

Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel berfungsi sebagai sistem

radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang

berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen

tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM).

II.2.3 Gardu Distribusi atau Trafo Distribusi


Gardu distribusi ( Trafo distribusi ) berfungsi merubah tegangan listrik

dari jaringan distribusi primer menjadi tegangan terpakai yang digunakan untuk

konsumen dan disebut sebagai jaringan distribusi sekunder.

Gambar 2.6. Gardu distribusi jenis tiang

Kapasitas transformator yang digunakan pada transformator distribusi ini

tergantung pada jumlah beban yang akan dilayani dan luas daerah pelayanan

beban. Gardu distribusi ( trafo distribusi ) dapat berupa transformator satu fasa

dan juga berupa transformator tiga fasa.

II.2.4 Jaringan Distribusi Sekunder

Jaringan distribusi sekunder atau jaringan distribusi tegangan rendah

merupakan jaringan tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen.

Oleh karena itu besarnya tegangan untuk jaringan distribusi sekunder ini adalah

130/230 V dan 130/400 V untuk sistem lama, atau 380/220 V untuk sistem baru.


Tegangan 130 V dan 220 V merupakan tegangan antara fasa dengan

netral, sedangkan tegangan 400 atau 380 V merupakan tegangan fasa dengan fasa

Gambar 2.7. Jaringan distribusi sekunder 380/220 V

II.3 Tegangan Distribusi

Tegangan untuk jaringan distribusi dapat dibagi menjadi beberapa jenis,

antara lain :

II.3.1. Tegangan Menengah (TM)

Tegangan menengah adalah tegangan dengan rentang 1 kV sampai dengan

30 kV. Untuk negara Indonesia menggunakan tegangan menengah sebesar 20 kV.

Tegangan menengah dipakai untuk penyaluran energi listrik dari GI menuju

gardu-gardu distribusi atau langsung menuju pelanggan tegangan menengah.


II.3.2. Tegangan Rendah (TR)

Tegangan rendah adalah tegangan dengan nilai di bawah 1 kV yang

digunakan untuk penyaluran daya dari gardu distribusi menuju pelanggan

tegangan rendah. Penyalurannya dilakukan dengan menggunakan sistem tiga fasa

empat kawat yang dilengkapi netral. Indonesia sendiri menggunakan tegangan

rendah 380/220 V dimana tegangan 380 V merupakan besar tegangan antar fasa

dan tegangan 220 V merupakan tegangan fasa-netral.

II.4. Penyusutan Energi pada Jaringan Distribusi

Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali mengalami

rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan

juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut

memberi pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang

dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan

menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik pada sisi konsumen.

Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi

pengelola energi listrik.

Daya total (kVA) yang dikirimkan dalam jaringan distribusi terdiri dari

daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVar). Daya aktif adalah daya listrik yang dapat

diubah ke bentuk energi yang lain seperti cahaya dan lain-lain. Daya reaktif

adalah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet.

Diagram vektor hubungan antara daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan

pada Gambar 2.8.


Gambar 2.8 Diagram Vektor Daya

Dari gambar tersebut dapat kita peroleh :

kVA2 = kW2 + kVar2..........................................................(2.1)

kW = kVA Cos φ..............................................................(2.2)

kVar = kVA Sin φ...............................................................(2.3)

Daya listrik pada sistem 3 fasa dapat dirumuskan sebagai berikut :

Daya aktif ( P ) = V . I Cos φ ( kW)............................(2.4)

Daya reaktif ( Q ) = V . I Sin φ ( kVar )........................ (2.5)

Daya total ( S ) = P + jQ ( kVA )........................ (2.6)

S = V . I Cos φ + j V . I Sin φ.............. (2.7)

II.4.1 Rugi –Rugi Saluran

Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar

tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi panas karena pada penghantar

tersebut terdapat resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat pada ujung saluran

distribusi primer dirumuskan sebagai berikut :

V = I ( R cos φ + X sin φ ) L ........................ (2.8)

P = 3 I2 x R x L ........................................... (2.9)

Sedangkan jika beban terdistribusi di sepanjang saluran distribusi primer,

maka rugi-rugi energi yang timbul adalah :


V = (I/2)2 I ( R cos φ + X sin φ ) L............... (2.10)

P = 3 ( I/2) 2 x R x L ................................... (2.11)

dimana I = Arus yang mengalir per fasa (Ampere)

R = Resistansi saluran per fasa (Ohm/km)

X = Reaktansi saluran per fasa (Ohm/km)

Cos φ = Faktor daya beban

L = Panjang saluran (km)

Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi

merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu

sistem tenaga listrik karena dapat memperkecil rugi-rugi daya.

II.4.2 Rugi – Rugi Transformator

Dalam unjuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan.

Rugi - rugi tersebut adalah :

1. Rugi-rugi Tembaga

Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya

tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga pada bagian kumparan trafo,

baik pada bagian primer maupun sekunder. Rugi-rugi tembaga dirumuskan

sebagai berikut :

Pcu = I2 R ................................................................ (2.12)

dimana I = arus yang mengalir (Ampere)

R = resistansi pada kumparan primer atau sekunder (ohm)


2. Eddy Current (Arus Eddy)

Rugi-rugi arus eddy merupakan rugi-rugi panas yang terjadi pada bagian

inti trafo. Perubahan fluks yang dihasilkan tegangan induksi pada inti trafo

(besi) menyebabkan arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan

mengalir pada bagian inti trafo dan akan mendisipasikan energi ke dalam

inti besi trafo yang kemudian menimbulkan panas. Rugi-rugi arus eddy

dapat dirumuskan sebagai berikut :

Pe = Ke . f2. BM2 ..................................................... ( 2.13)

dimana Ke = konstanta arus eddy, tergantung pada volume inti

f = frekuensi jala-jala (Hz)

BM = kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)

3. Rugi-rugi Hysterisis

Rugi-rugi hysterisis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan

pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan

daerah magnetik tersebut dibutuhkan energi. Akibatnya akan

menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi

tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.

Ph = Kh . f2. BM2 ..................................................... ( 2.14)

dimana Kh = konstanta histerysis, tergantung pada bahan inti

f = frekuensi jala-jala (Hz)

BM = kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)

2.5 Keandalan Sistem Distribusi


Fungsi jaringan distribusi ialah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga

listrik dari gardu induk distribusi (distribution substation) kepada pelanggan

listrik dengan mutu pelayanan yang memadai. Salah satu unsur dari mutu

pelayanan adalah kontinuitas pelayanan yang tergantung pada topologi dan

konstruksi jaringan serta peralatan tegangan menengah. Masalah utama dalam

menjalankan fungsi jaringan distribusi tersebut adalah mengatasi gangguan

dengan cepat mengingat gangguan yang terbanyak dalam sistem tenaga listrik

terdapat dalam jaringan distribusi, khususnya jaringan tegangan menengah 20 KV.

Istilah keandalan jaringan distribusi menggambarkan keamanan jaringan

distribusi dalam menghindarkan atau meminimalisasi gangguan-gangguan yang

menyebabkan pemadaman jaringan distribusi. Penyebab gangguan- gangguan

pada jaringan distribusi khususnya jaringan tengangan menengah 20 KV adalah

1. Gangguan akibat alam (petir, angin, hujan)

2. Gangguan peralatan (hubung singkat atau human error)

Keandalan adalah penampilan unjuk kerja suatu peralatan atau sistem

sesuai dengan fungsinya dalam periode waktu dan kondisi operasi tertentu.

2.6 Usaha Peningkatan Kualitas Sistem Distribusi dengan Distributed

Generation (DG)

Sistem tenaga listrik konvensional membangkitkan listrik dengan skala

besar (>100 MW) dan terletak jauh dari pusat beban sehingga memerlukan

saluran tenaga listrik yang panjang. Distributed Generation dapat didefenisikan

sebagai sistem pembangkitan skala kecil (< 10 MW) yang diletakkan dekat

dengan pusat beban dan dapat diinterkoneksikan dengan jaringan distribusi atau


Beban

Beban

Beban

Beban

DG

Sistem Transmisi

DG

dioperasikan secara terpisah . Hal ini membuat DG tidak memerlukan saluran-

saluran transmisi yang panjang dan gardu induk -gardu induk berkapasitas besar

sehingga dapat mencegah pengeluaran modal investasi untuk pembangunan dan

pemeliharaan saluran transmisi dan gardu induk tersebut. Selain dapat mencegah

rugi-rugi di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk (GI), maka

kemungkinan terjadinya gangguan di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk

tersebut dapat ditiadakan sehingga dapat meningkatkan pelayanan jaringan tenaga

listrik. Disamping itu, pembangunan DG memerlukan waktu yang relatif lebih

singkat apabila dibandingkan dengan waktu yang diperlukan membangun

pembangkit listrik konvensional (seperti PLTU atau PLTA).

Gambar 2.9 Sistem Distribusi dengan DG


Jaringan Distribusi Tenaga Listrik

Documents

Transcript of Jaringan Distribusi Tenaga Listrik