31

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangEnergi listrik merupakan energi utama yang digunakan hampir diseluruh aspek kehidupan manusia. Seiring dengan kemajuan zaman dan teknologi, permintaan energi listrik menjadi semakin meningkat. Bagi penyedia jasa listrik, dalam hal ini PLN harus bisa menyalurkan daya listrik dengan tetap memperhatikan kualitas dari daya listrik yang disalurkan mulai dari proses penyaluran sampai ke konsumen.Kualitas daya listrik mempunyai beberapa parameter penting, seperti nilai tegangan, nilai frekuensi, tingkat kandungan harmonik, nilai kedip tegangan dan flicker. Pada sistem jaringan distribusi tegangan menengah dapat dilakukan perbaikan nilai tegangan yang rendah, tingkat kandungan harmonik yang terlalu tinggi, adanya kedip tegangan serta flicker. Sistem tegangan menengah yang terlalu panjang dan pembebanan yang tinggi membuat nilai tegangan menjadi rendah. Adanya beban non linear pada alat alat modern seperti pemakaian lampu hemat energi membuat kandungan harmonik tinggi. Adanya start asut motor yang besar dan gangguan sementara menyebabkan adanya kedip tegangan. Perubahan beban yang sangat cepat dan terjadi terus menerus, dan menghasilkan arus beban yang besar menyebabkan flicker.Kualitas daya listrik yang kurang baik dapat menyebabkan kegagalan atau tidak beroperasinya peralatan listrik baik pada konsumen maupun pada penyedia energi listrik. Apabila kualitas dari daya listrik yang disalurkan tidak memenuhi standar yang ada maka perlu dilakukan perbaikan. Perbaikan kualitas daya listrik dapat dilakukan dengan menganalisa sebab-sebab yang menyebabkan kualitas daya listrik menjadi buruk.1.2 TujuanTujuan dari penulisan seminar ini adalah :1. Merupakan salah satu syarat kelulusan mata kuliah seminar dalam jenjang Strata-1(S1) pada jurusan Teknik Elektro dan juga dengan seminar ini dapat mengaplikasikan ilmu yang didapat pada perkuliahan.2. Membahas pengenalan mengenai perbaikan kualitas daya listrik yang dapat dilakukan pada jaringan distribusi tegangan menengah.1.3 ManfaatManfaat yang diharapkan dari penulisan seminar ini adalah :1. Hasil pembahasan bisa menjadi bahan referensi dan bahan pertimbangan mengenai kualitas daya listrik khusus nya pada jaringan distribusi tegangan menengah. 2. Untuk mengetahui perbaikan kualitas daya listrik dalam hal ini perbaikan tegangan dan tingkat kandungan harmonik pada jaringan distribusi tegangan menengah.1.4 Rumusan MasalahRumusan masalah pada penulisan seminar perbaikan kualitas daya lisrtik pada jaringan distribusi tegangan menengah adalah :1. Apa definisi kuliatas daya listrik yang dapat terjadi pada jaringan distribusi tegangan menengah?2. Apa sebab sebab buruknya kualitas daya listrik pada jaringan distribusi tegangan menengah?3. Bagaimana cara cara untuk memperbaiki kualitas daya listrik pada jaringan distribusi tegangan menengah khususnya perbaikan tegangan dan tingkat kandungan harmonik agar tetap terjaga dengan baik?1.5 Batasan MasalahPada seminar perbaikan kualitas daya lisrtik pada jaringan distribusi tegangan menengah ini, permasalahan yang dibahas akan dibatasi sebagai berikut : 1. Permasalahan, sebab akibat dari kualitas daya listrik pada jaringan distribusi tegangan menengah yang kurang baik.2. Pengenalan perbaikan kualitas daya listrik pada jaringan distribusi tegangan menengah yang dapat dilakukan yaitu dalam perbaikan tegangan dan tingkat kandungan harmonik.

1.6 Sistematika PenulisanPenulisan seminar ini dibagi menjadi lima bab. Bab satu membahas mengenai latar belakang, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab dua membahas mengenai pengertian sistem distribusi tenaga listrik. Bab tiga membahas mengenai operasi sistem distribusi tegangan menengah. Bab empat membahas mengenai pengenalan perbaikan kualitas daya listrik pada jaringan distribusi tegangan menengah. Bab lima merupakan kesimpulan dari seminar ini.BAB IISISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK2.1 Sistem Distribusi Tenaga ListrikSistem tenaga listrik terdiri dari tiga sub-sistem utama, yaitu sistem pembangkitan, sistem penyaluran, dan sistem instalasi pemanfaat tenaga listrik. Sistem penyaluran dibagi menjadi dua bagian, sistem penyaluran tenaga listrik yang beroperasi pada tegangan tinggi, tegangan ekstra tinggi, dan tegangan ultra tinggi disebut saluran transmisi. Sedangkan, sistem penyaluran tenaga listrik yang beroperasi pada tegangan menengah dan tegangan rendah disebut saluran distribusi. Jaringan distribusi berdasarkan letak jaringan terhadap posisi gardu distribusi, dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu :a. Jaringan distribusi primer (jaringan distribusi tegangan menengah)b. Jaringan distribusi sekunder (jaringan distribusi tegangan rendah)Jaringan distribusi primer (JTM) merupakan suatu jaringan yang letaknya sebelum gardu distribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertegangan menengah (6kV atau 20kV). Hantaran dapat berupa kabel dalam tanah atau saluran / kawat udara yang menghubungkan gardu induk distribusi (sekunder trafo) dengan gardu distribusi atau gardu hubung (sisi primer trafo distribusi).Jaringan distribusi sekunder (JTR) merupakan suatu jaringan yang letaknya setelah gardu distribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertegangan rendah (misalnya 220V atau 380V). Hantaran berupa kabel tanah atau kawat udara yang menghubungkan dari gardu distribusi (sisi sekunder trafo distribusi) ke tempat konsumen. Gardu Induk distribusi merupakan bagian dari sistem distribusi tenaga listrik, dimana pada gardu induk ini tegangan sub-transmisi dari jaringan sub-transmisi diturunkan menjadi tegangan menengah yang digunakan pada jaringan distribusi primer. Gardu ini juga merupakan gardu yang bertugas membagi dalam beberapa penyulang (feeder) dari 150 kV menjadi 20kV.Gardu distribusi merupakan gardu yang menghubungkan antara jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Pada gardu distribusi terdapat transformator step down yaitu transformator yang menurunkan tegangan dari tegangan menengah menjadi tegangan rendah (sesuai kebutuhan konsumen).

2.2 Sistem Distribusi Tegangan MenengahSistem distribusi tegangan menengah atau jaringan distribusi primer merupakan jaringan tenaga listrik yang menyalurkan daya listrik dari gardu induk distribusi ke gardu distribusi. Dari keluaran penyulang, tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer menuju ke pusat-pusat beban melalui SUTM (Saluran Udara Tegangan Menengah) dan SKTM (Saluran Kabel Tegangan Menengah). Tenaga listrik yang disalurkan jaringan distribusi primer bertegangan sebesar 6kV, 12kV, dan 20kV. Tegangan menengah yang digunakan PLN adalah 20kV antar fasa (VL-L). Dalam pengoperasiannya jaringan distribusi primer dibebani sampai batas maksimum, batas yang diijinkan suatu sistem distribusi bergantung pada : Kapasitas transformator daya Kapasitas hantaran arus dari saluran Rugi - rugi tegangan maksimal yang diijinkan Klasifikasi jaringan distribusi primer sebagai berikut :2.2.1 Jaringan Distribusi Primer Menurut Konstruksi Penghantar1. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)Fungsi dari saluran udara tegangan menengah adalah sebagai penyalur daya listrik dari rel tegangan menengah di gardu induk sampai ke sisi tegangan menengah di gardu distribusi atau sampai ke titik sambungan untuk pelanggan tegangan menengah. SUTM dapat berupa jaringan kawat tidak berisolasi dan berisolasi. Bagian utamanya adalah tiang (beton, besi), lengan tiang (cross arm), dan konduktor. Konduktor yang bisa digunakan adalah Bare Copper Conductor (BCC), All Aluminium Alloy Conductor (AAAC), dan All Aluminium Conductor (AAC) berukuran 240 mm2, 150 mm2, 70 mm2, dan 35 mm2. SUTM tidak berisolasi digunakan pada daerah yang jauh dari pusat beban untuk menghemat pemakaian isolasi sehingga lebih ekonomis. Sedangkan pada daerah yang dekat dengan pusat beban menggunakan SUTM berisolasi untuk meminimalisir adanya gangguan. Pada pusat beban biasanya banyak terdapat pohon pohon yang merupakan penyebab dari gangguan sementara. Perlu adanya recloser (PBO) yang dipasang pada SUTM yang sering mengalami gangguan untuk menutup kembali PMT yang trip akibat adanya gangguan.Keuntungan penggunaan SUTM antara lain : Pemasangan lebih mudah dibandingkan dengan sistem hantaran kabel bawah tanah Pemeliharaan jaringan lebih mudah dibandingkan dengan sistem kabel bawah tanah Biaya pemasangan jauh lebih murah Lokasi gangguan langsung dapat dideteksi Mudah untuk perluasan jaringanKerugian penggunaan SUTM antara lain : Mudah mendapat gangguan Pencurian melalui jaringan mudah dilakukan

2. Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM)Saluran kabel tegangan menengah memiliki fungsi yang sama dengan SUTM. Perbedaan paling mendasar adalah SKTM ditanam didalam tanah. Pada dasarnya konfigurasi SKTM terdiri dari dua konfigurasi yaitu konfigurasi radial dan konfigurasi spindel. Konstruksi SKTM terdiri dari komponen komponen peralatan utama yaitu : Kabel tanah hantaran tunggal (Single Core Cable) Kabel tanah 3 hantaran (Three Core Cable)Jenis-jenis isolasi kabel bawah tanah adalah : Kertas (diimpregnasi didalam cairan minyak) PE (Poly Ethylene) XLPE (Cross Linked Poli Ethylene). Jenis-jenis penghantar kabel adalah: Kabel tembaga (Cu) dengan penampang dalam mm2 adalah: 325, 350, 370, 395, 1150 Kabel almunium (Ac) dengan penampang dalam mm2 adalah: 335, 370, 3150, dan 3240Kekurangan - kekurangan SKTM jika dibandingkan dengan SUTM adalah: Sukar untuk menemukan letak titik gangguan, membutuhkan waktu yang lama untuk memperbaiki akibat gangguan serta membutuhkan biaya investasi yang mahal Kurang fleksibel, karena biasanya kabel yang sudah ditanam tidak akan dirubah untuk masa yang akan datangKeuntungan penggunaan SKTM antara lain : Tidak mudah mengalami gangguan Faktor keindahan lingkungan tidak terganggu Tidak mudah dipengaruhi keadaan cuaca, seperti : cuaca buruk, taufan, hujan angin, bahaya petir dan sebagainya Faktor terhadap keselamatan jiwa terjamin

2.2.2 Jaringan Distribusi Primer Menurut Konfigurasi JaringanBerdasarkan konfigurasi jaringan, maka sistem jaringan distribusi tegangan menengah dapat dikelompokan menjadi 4 (empat) macam, yaitu sistem jaringan distribusi pola radial, pola loop, pola spindel, dan pola grid.

2.2.2.1 Jaringan distribusi pola radialJaringan radial merupakan struktur jaringan yang paling sederhana dan mudah pengoperasiannya Jaringan radial merupakan interkoneksi antara gardu distribusi, dimana beberapa gardu distribusi yang terhubung seri disuplai oleh sebuah busbar GI (Gardu Induk). Konfigurasi ini terdiri dari beberapa penyulang yang keluar dari GI dan sumber tegangannya hanya satu arah saja. Dalam penyulang tersebut terdapat gardu gardu distribusi yang dilengkapi oleh trafo penurun tegangan menjadi tegangan rendah. Kelemahan dari jaringan radial ini yaitu, suplai dari GI mengalami gangguan, maka seluruh penyulang yang disuplai oleh GI tersebut akan mengalami padam.

Gambar 2.1 Konfigurasi Jaringan Radial

Spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah : Bentuknya sederhana. Biaya inverstasinya murah. Kualitas pelayanan dayanya relatif jelek, karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar. Kontinuitas pelayanan daya kurang terjamin sebab antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila saluran tersebut mengalami pemadaman total, yaitu daerah saluran sesudah atau dibelakang titik gangguan selama gangguan belum teratasi.

2.2.2.2 Jaringan distribusi pola loopStruktur jaringan loop pada dasarnya merupakan gabungan dari dua struktur radial, dimana kedua ujung jaringan dipasang sebuah pemutus (PMT) atau pemisah (PMS). Jaringan loop merupakan interkoneksi antar gardu distribusi yang membentuk suatu lingkaran tertutup (loop). Susunan rangkaian saluran membentuk ring, yang memungkinkan titik beban terlayani dari dua arah saluran, sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin serta kualitas dayanya menjadi lebih baik, karena drop tegangan dan rugi daya saluran menjadi lebih kecil. Jaringan dengan pola ini biasa dipakai pada sistem distribusi yang melayani beban dengan kebutuhan kontinyuitas pelayanan yang baik (lebih baik dari pola radial).

Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Loop2.2.2.3 Jaringan distribusi pola spindelJaringan pola spindel merupakan pengembangan dari pola radial dan loop terpisah. Beberapa saluran yang keluar dari gardu induk diarahkan menuju suatu tempat yang disebut gardu hubung, kemudian antara gardu induk dan gardu hubung juga dihubungkan dengan satu saluran yang disebut penyulang langsung (express feeder). Penyulang langsung ini berfungsi sebagai cadangan yang akan menyuplai daya ke beban saat salah satu penyulang mengalami gangguan. Jadi sistem ini dalam keadaan normal bekerja secara radial dan dalam keadaan darurat bekerja secara loop melalui penyulang langsung dan gardu hubung.

Gambar. 2.3. Konfigurasi Jaringan Spindel

2.2.2.4 Jaringan distribusi pola gridJaringan ini merupakan jaringan yang strukturnya paling kompleks karena mempunyai gardu distribusi paling banyak dari bentuk jaringan lain dan kelangsungan penyaluran serta kualitas pelayanan sangat diutamakan. Pola jaringan ini mempunyai beberapa rel daya, yang antara rel- rel tersebut dihubungkan oleh saluran penghubung. Setiap gardu distribusi dapat menerima atau mengirim daya dari dan ke rel lain.

Gambar. 2.4 Konfigurasi Jaringan GridKeuntungan dari jenis jaringan ini adalah : Kontinuitas pelayanan lebih baik dari pola radial atau loop Fleksibel dalam menghadapi perkembangan beban Sesuai untuk daerah dengan kerapatan beban yang tinggi

Kerugiannya terletak pada sistem proteksi yang rumit dan mahal dan biaya investasi yang juga mahal.

2.3 Jenis Saluran Tegangan MenengahSaluran distribusi menggunakan sistem arus bolak balik (ABB) tiga fasa. Distribusi primer yaitu tegangan menengah, biasanya menggunakan tiga fasa tiga kawat dan tiga fasa empat kawat.2.3.1 Saluran Tiga Fasa Tiga KawatSistem ABB tiga fasa tiga kawat banyak dipakai pada saluran distribusi primer, yaitu pada penggunaan tegangan menegah bahkan sistem ini juga dipakai untuk saluran transmisi tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi. Gambar 2.5 memperlihatkan sistem ABB tiga fasa tiga kawat sederhana.

Gambar 2.5 Sistem ABB Tiga Fasa Tiga KawatBeban dapat berbentuk bintang ataupun delta dengan masing masing fasa diberi suatu tanda, yaitu R, S, T. Beban dapat juga dipasang antar fasa dan fasa, akan tetapi hai ini akan banyak berpengaruh pada keseimbangan sistem secara menyeluruh. Pada beban seimbang maka seluruh daya adalah sama dengan tiga kali daya tiap fasa. Begitu pula rugi rugi keseluruhan adalah tiga kali rugi rugi tiap fasa.Menurut SPLN 26:1980 pasal empat, dalam sistem distribusi 20 kV, fasa-tiga, 3-kawat yang beroperasi di Indonesia terdapat dua macam tahanan pentanahan netral yaitu tahanan rendah dan tahanan tinggi. Sistem distribusi 20 kV fasa-tiga, 3-kawat dengan tahanan rendah (ditetapkan 12 40 Ohm) adalah suatu jaringan kabel tanah yang dirancang dibangun didaerah perkotaan maupun luar kota yang :a) Padat penduduknyab) Saluran udara akan mengalami kesulitan teknik dalam pembangunannya dan/atauc) Saluran udara akan mengganggu keindahan kota / luar kota.Didaerah perkotaan dan luar kota yang tidak padat penduduknya dapat dibangun dengan saluran udara.Sedangkan sistem distribusi 20 kV fasa-tiga, 3-kawat dengan tahanan tinggi (ditetapkan 500 Ohm) adalah suatu jaringan dengan saluran udara yang dirancang untuk dibangun didaerah perkotaan maupun luar kota yang :a) Padat penduduknyab) Tidak ada kesulitan yang berarti dalam pembangunannya, dan/atauc) Tidak begitu mengganggu keindahan kota / luar kota.

2.3.2 Saluran Tiga Fasa Empat KawatSistem distribusi 20 kV fasa-tiga, 4-kawat ialah sistem distribusi, fasa-tiga bertegangan nominal 20 kV yang terdiri dari tiga hantaran fasa dan satu hantaran netral sedang titik netral sistem ini ditanahkan dengan cara pentanahan langsung pada tiang tiang sepanjang jaringan. Seperti yang diperlihatkan gambar selain fasa fasa R, S, T, terdapat pula kawat netral atau fasa 0. Karena langsung berhubungan dengan pelanggan, yaitu masyarakat, maka untuk keamanan manusia sistem ini dibumikan pada fasa 0.Beban pada pemakai kecil biasanya satu fasa, yaitu antara fasa dan nol. Beban dapat pula dihubungkan antara dua fasa, ataupun tiga fasa. Pada gambar 2.6 memperlihatkan tiga fasa berbentuk bintang dengan titik nol atau di bumikan.

Gambar 2.6 Sistem ABB Tiga Fasa Empat KawatSebagaimana juga berlaku pada sistem tiga fasa tiga kawat, bila beban seimbang, maka daya seluruh sistem adalah tiga kali daya per fasa.

2.4 Daya Listrik dan Faktor DayaTerdapat tiga macam daya listrik yang digunakan untuk menggambarkan penggunaan energi listrik, yaitu daya nyata atau daya aktif, daya reaktif serta daya semu atau daya kompleks. Daya nyata atau daya aktif adalah daya listrik yang digunakan secara nyata, misalnya untuk menghasilkan panas, cahaya atau putaran pada motor listrik. Daya nyata dihasilkan oleh beban beban listrik yang bersifat resistif murni. Besarnya daya nyata sebanding dengan kuadrat arus listrik yang mengalir pada beban resistif dan dinyatakan dalam satuan Watt. (2.1) Di mana : P = daya (Watt)I = arus listrik (Ampere)R = tahanan (Ohm)Daya reaktif dinyatakan dengan satuan VAR (Volt Ampere Reaktan) adalah daya listrik yang dihasilkan oleh beban-beban yang bersifat induktif atau kapasitif. Beban beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif untuk menghasilkan medan magnet. Contoh beban listrik yang bersifat induktif antara lain transformator, motor induksi satu fasa maupun tiga fasa yang biasa digunakan untuk menggerakkan kipas angin, pompa air, lift, eskalator, kompresor, dan lain-lain. Beban beban yang bersifat kapasitif akan membangkitkan daya reaktif. Contoh beban yang bersifat kapasitif adalah kapasitor. Besarnya daya reaktif sebanding dengan kuadrat arus listrik yang mengalir pada beban reaktansi. (2.2)

Di mana : Q = daya reaktif (VAR)X = reaktansi total (Ohm)

Daya kompleks atau daya semu adalah penjumlahan secara vektor antara daya aktif dan daya reaktif.S = P + j |Q|(2.3)Daya kompleks dinyatakan dengan satuan VA (Volt Ampere) adalah hasil kali antara besarnya tegangan dan arus listrik yang mengalir pada beban.S = V I*(2.4)Di mana : S = daya kompleks (VA)V = tegangan (Volt)I* = arus listrik (A)

Hubungan ketiga buah daya listrik yaitu daya aktif P, daya reaktif Q serta daya kompleks S, dinyatakan dengan sebuah segitiga, yang disebut segitiga daya sebagai berikut :

Gambar 2.7. Segitiga Daya

Dari gambar segitiga daya tersebut, hubungan antara ketiga daya listrik dapatdinyatakan sebagai berikut :

(2.5)(2.6) (2.7)(2.8)(2.9)

Untuk sistem tiga fasa daya aktif dan daya reaktif dinyatakan sebagai berikut :(2.10)(2.11)

adalah sudut fasa S, yang merupakan beda sudut antara tegangan dan arus, sehingga didefinisikan sebagai faktor daya (power factor, pf ). Untuk beban yang bersifat induktif, pf lagging di mana arusnya tertinggal dari tegangannya. Dan untuk beban yang bersifat kapasitif, pf leading di mana arusnya mendahului tegangannya.(2.12)

BAB IIIOPERASI SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH

3.1 Operasi Sistem Distribusi Tegangan MenengahOperasi sistem distribusi tegangan menengah merupakan proses atau kegiatan penyaluran tenaga listrik dari rel tegangan menengah gardu induk sampai dengan sisi primer transformator di gardu distribusi. Dalam proses penyaluran tenaga listrik pada saluran tegangan menengah harus memenuhi syarat dan ketentuan sesuai standar yang ada, antara lain memenuhi mutu listrik, keandalan penyaluran, efisiensi operasi dan biaya.Mutu listrik menyangkut nilai frekuensi, nilai tegangan, tingkat kandungan harmonik, nilai tegangan kedip dan flicker. Pengaturan ferkuensi tidak dapat dilakukan pada sistem distribusi, karena pengaturan frekuensi dilakukan pada sistem pembangkitan tenaga listrik.Keandalan penyaluran menyangkut nilai seringnya padam (SAIFI, System Average Interruption Frequency Index.) dan nilai lamanya padam (SAIDI, System Average Interruption Duration Index). Nilai seringnya padam yaitu nilai seringnya rata-rata padam per pelanggan per periode, sedangkan nilai lamanya padam yaitu nilai lamanya rata-rata padam per pelanggan per periode.Efisiensi operasi menyangkut rugi rugi daya menyangkut rugi teknis dan non-teknis, sedangkan keseimbangan beban juga harus memenuhi standar dan ketentuan yang ada. Ketidak-seimbangan yang tinggi akan memengaruhi rugi-rugi dayanya karena adanya arus pada saluran netral. Dalam pengoperasian sistem distribusi tegangan menengah juga harus memerhatikan biaya penyaluran yang ekonomis.3.2 Mutu ListrikMutu listrik adalah tingkat baik buruknya daya listrik yang disalurkan pada sistem tenaga listrik. Baik buruknya disini menyangkut nilai frekuensi, nilai tegangan, tingkat kandungan harmonik, nilai tegangan kedip, dan flicker. Pada sistem distribusi tegangan menengah tidak dapat dilakukan perbaikan nilai frekuensi, hal ini hanya bisa dilakukan pada sistem pembangkitannya. Pada sistem distribusi tegangan menengah, mutu listrik yang dapat diperbaiki adalah nilai tegangan, tingkat kandungan harmonik, nilai tegangan kedip dan flicker.3.2.1 Nilai TeganganNilai tegangan nominal suatu sistem adalah besarnya tegangan yang diterapkan pada sistem, sehingga mutu tegangan operasi mengacu pada tegangan nominal tersebut. Dalam hal ini jaringan distribusi tegangan menengah menggunakan tegangan nominal 20kV. Standar persentase jatuh tegangan yang diizinkan untuk jaringan tegangan menengah adalah -10 % sampai +5 % (SPLN 1 tahun 1995).Menurut SPLN 1:1978, tabel 3.1 memberikan satu seri tegangan menengah standar dari sistem-sistem arus bolak balik fasa tiga bertegangan nominal antara 1 kV sampai dengan 20 kV* beserta satu seri tegangan tertinggi untuk peralatan yang bersangkutan.

Tabel 3.1. Standar SPLN 1:1978 tegangan menengahTegangan Nominal SistemkVTegangan Tertinggi Untuk PeralatankV

3**3,6

67,2

10***12

20/11,524/13,86

* Tercantum dua harga menyatakan sistem fasa-tiga empat kawat** Harga tegangan tidak berlaku untuk sistem distribusi umum*** Tidak dikembangkan lagiDalam menjaga mutu listrik, nilai tegangan harus selalu dijaga sesuai standarnya. Pada jaringan distribusi primer, jatuh tegangan dan rugi daya sebagian besar terjadi di saluran. Jatuh tegangan adalah selisih antara tegangan ujung pengiriman dan tegangan ujung penerimaan. Pada saluran arus bolak balik besarnya jatuh tegangan tergantung dari impedansi dan admitansi saluran serta pada beban dan faktor daya. Jatuh tegangan yang dinyatakan dalam prosentase disebut juga sebagai regulasi tegangan dinyatakan dalam rumus :(3.1) Dimana : |Vs| = Besarnya tegangan ujung pengirim (Volt)|Vr |= Besarnya tegangan ujung penerima (Volt)Faktor penyebab jatuh tegangan pada jaringan distribusi 20 kV sangat dipengaruhi oleh jenis dan panjang penghantar, arus (beban) yang tinggi, dan peralatan.3.2.2 Tingkat Kandungan Harmonik dan THD (Total Harmonik Distorsi) Harmonik merupakan suatu fenomena yang timbul akibat terdistorsinya gelombang sinusoidal secara periodik, Gelombang yang mengandung harmonik dapat dianggap sebagai penjumlahan beberapa gelombang sinusoidal dengan frekuensi frekuensi yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasarnya. Frekuensi kelipatan dari frekuensi dasar ini disebut dengan frekuensi harmonik. Sebagai contoh jika frekuensi dasar suatu sistem tenaga adalah 50 Hz, maka urutan harmonik keduanya adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz (2x50 Hz), harmonik ketiga adalah gelombang dengan frekuensi 150 Hz (3x50 Hz), dan seterusnya. Sebagai contoh pada Gambar 3.1 adalah gelombang harmonik dasar (fundamental), harmonik kedua dan harmonik ke tiga.

Gambar 3.1 Gelombang Harmonik Dasar (Fundamental), Harmonik Kedua dan Harmonik Ketiga.

Pada Gambar 3.2 terlihat adanya gelombang dasar (fundamental), dan gelombang harmonik ketiga, serta bentuk distorsi gelombang yang merupakan hasil penjumlahan dari gelombang dasar dan gelombang harmonik ketiga. Bentuk distorsi gelombang akan lebih kompleks lagi jika semua gelombang yang terjadi dijumlahkan dengan gelombang frekuensi dasar.

Gambar 3.2 Bentuk Gelombang Harmonik Dasar (Fundamental), Harmonik Ketiga, dan Gelombang Fundamental yang Terdistorsi.Gelombang harmonik ini akan berkombinasi dengan gelombang aslinya, sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan penjumlahan antara gelombang murni (dasar) dengan gelombang harmoniknya. Bila harmonik menyatu dengan gelombang frekuensi fundamentalnya, maka mengakibatkan bentuk gelombang yang tidak sinus lagi. Tingkat distorsi harmonik dapat dijelaskan oleh spektrum harmonik berupa besarnya serta dengan sudut fasa dari masing masing komponen harmonik individual. Suatu kuantitas dari tingkat distorsi harmonik adalah Total Harmonik Distorsi, atau disingkat THD. Total Harmonik Distorsi (THD) merupakan indeks yang menyatakan besarnya kandungan arus atau tegangan harmonik, yang didefinisikan pada persamaan berikut :

(3.2)

(3.3)

Batasan tegangan harmonik dan arus harmonik yang dapat ditoleransi sesuai dengan IEEE std 141-1993 terdapat pada tabel1. Batasan distorsi teganganTabel 3.2 Batasan Maksimum Distorsi TeganganStandar IEEESistem TeganganTHD%Standard PLNSistem TeganganTHD%

< 69 kV69 kV s/d 161 kV>161,001 kV5 %2,5 %1,5 %20 kV-70 kV5 %3 %

Sumber : IEEE std 141-1993

2. Batasan distorsi arusTabel 3.3 Batasan Maksimum Distorsi ArusISC / hh 100015,07,06,02,51,420,0

Sumber : IEEE std 141-1993Keterangan :ISC = Arus hubung singkat maksimumI1= Arus bebanh= harmonik ke-hHarmonik pada sistem tenaga listrik disebabkan karena pemakaian beban listrik yang bersifat non linear. Sumber sumber harmonik yang utama adalah tungku busur api (arc furnace), penyearah dan lampu hemat energi. Peralatan tersebut dirancang untuk menggunakan arus listrik secara hemat dan efisien karena arus listrik hanya dapat melalui komponen semi konduktornya selama periode pengaturan yang telah ditentukan, yang dalam proses kerjanya menghasilkan arus dan tegangan nonsinusoidal. Peralatan elektronika yang dapat menimbulkan harmonisa antara lain : Converter Inverter Lampu hemat energi Transformator dan peralatan elektronik lainnyaPengaruh Harmonik pada Komponen Distribusia. Pengaruh Harmonik pada Transformator DistribusiPengaruh utama harmonik sistem tenaga pada transformator adalah panas lebih yang dibangkitkan oleh rugi rugi arus beban yang mengandung harmonik. Pemanasan lebih yang disebabkan oleh harmonik sistem menyebabkan kemampuan pembebanan transformator harus dikurangi atau menggunakan transformator desain khusus untuk arus beban nonsinusoidal. Bila dioperasikan terus pada kondisi ini, umur transformator akan berkurang dan paling buruk akan mengakibatkan kerusakan pada transformator.Rugi rugi transformator umumnya adalah rugi rugi inti dan belitan. Rugi rugi belitan yang terdiri dari I2Rc dan stray losses dibangkitkan oleh arus yang mengalir melalui transformator. Konsentrasi arus eddy juga menjadi lebih tinggi pada ujung ujung belitan transformator karena efek kerapatan medan magnet bocor pada kumparan. Bertambahnya rugi rugi arus eddy karena harmonik, berpengaruh nyata pada temperatur kerja transformator.b. Pengaruh Harmonik pada Kapasitor BankKapasitor banyak dijumpai pada sistem distribusi yang umumnya adalah kapasitor bank tiga fasa dan di[pasang paralel dengan beban. Adanya arus arus beban yang mengandung harmonik pada sistem tenaga listrik, memungkinkan terjadinya masalah seperti resonansi paralel dalam sistem distribusi dengan kapasitor daya. Masalah yang disebabkan bersamaan resonansi paralel adalah pemanasan pada kapasitor bank akibat bertambahnya rugi rugi pada besi, isolasi, dan konduktor disertai dengan kenaikan temperatur. Jika arus harmonik dibiarkan tinggi, maka akan memperpendek umur dan merusak peralatan.c. Pengaruh Harmonik pada Peralatan Pemutus Tenaga dan FusePemutus tenaga dan fuse merupakan peralatan sistem distribusi yang berfungsi sebagai pemutus beban. Arus beban yang terdistorsi dan level gangguan yang rendah kemungkinan mengandung presentase distorsi arus beban yang tinggi. Bila distorsi arus beban terjadi, dapat mengakibatkan kecuraman arus (di/dt) pada zero crossing lebih tinggi dari bentuk gelombang sinusoidal, sehingga membuat pemutusan lebih sulit.

3.2.3 Nilai Tegangan Kedip Menurut standar IEEE 1159-1995, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality, definisi sag / kedip adalah penurunan nilai rms tegangan atau arus pada frekuensi daya selama durasi waktu dari 0,5 cycles (0,01detik) sampai 1 menit. Dan rentang perubahan dari 0,1 sampai 0,9 pu pada harga rms besaran tegangan atau arus. Hal ini menyebabkan lepasnya (trip) peralatan peralatan yang peka terhadap perubahan tegangan.

Gambar 3.3 Kedip Tegangan

Kedip tegangan berbeda dengan tegangan kurang (under voltage). Durasi under voltage lebih dari 1 menit dan dapat dikontrol dengan peralatan regulasi tegangan (voltage regulator). Kedip tegangan dapat disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut, diantaranya :1. Pemikulan beban yang besar atau pengasutan motor berkapasitas besar.2. Perubahan beban yang berlebihan/di luar batas kemampuan sistem daya.Perubahan beban besar secara mendadak atau pengasutan motor (motor starting) dapat menyebabkan kedip tegangan. Nilai dari kedip tegangan (voltage dip) harus diperhatikan agar tidak mempengaruhi kerja dari peralatan-peralatan elektronik ataupun peralatan-peralatan kontrol dalam suatu pabrik / industri.3.2.4 FlickerPerubahan beban yang sangat cepat dan terjadi terus menerus, dan menghasilkan arus beban yang besar yang dapat menyebabkan variasi tegangan sering disebut sebagai flicker. Flicker adalah naik turunnya tegangan dengan periode yang cukup singkat dan terjadi secara berulang-ulang secara periodik. Flicker pertama kali diteliti oleh Utilities Coordinated Research, Inc New York dan diterbitkan pada tahun 1937 dengan judul The Visual Perception and Tolerance of Flicker.Faktor yang menyebabkan terjadinya flicker antara lain dikarenakan adanya arc furnace (tungku api), peralatan dengan busur api (las listrik), dan peralatan elektronika daya yang sebagian besar merupakan beban non-linier.Mempertahankan batas flicker dengan angka Depresi Tegangan Hubung Singkat (DTHS) tidak melebihi 3% tegangan nominal.Tabel 3.4 Batas Maksimum Nilai Depresi Tegangan Hubung Singkat (DTHS)Tingkat Tegangan (kV)Batas Maksimum Nilai DTHS (%)

2070

15032,752,5

Tabel 3.4 menurut peraturan menteri energi dan sumber daya mineral nomor : 04 Tahun 2009 tentang Aturan Distribusi Tenaga Listrik Hal 15.

3.3 Keandalan Penyaluran Tenaga ListrikEnergi listrik yang diterima konsumen sangat dipengaruhi oleh keandalan sistem pendistribusiannya. Keandalan menggambarkan suatu ukuran tingkat ketersediaan / pelayanan penyediaan tenaga listrik dari sistem ke pelanggan. Keandalan penyaluran tenaga listrik sangat dipengaruhi oleh konfigurasi sistem, alat pengaman yang dipasang, dan sistem proteksinya. Konfigurasi yang tepat, peralatan yang handal serta pengoperasian yang baik akan memberikan kerja sistem distribusi yang baik. Keandalan penyaluran tenaga listrik erat kaitannya dengan masalah pemutusan beban yang merupakan akibat adanya gangguan pada sistem. Keandalan sistem distribusi berbanding terbalik dengan tingkat pemutusan beban sistem. Semakin tinggi tingkat pemutusan beban pada sistem maka keandalan sistem semakin berkurang, begitu juga sebaliknya.Keandalan penyaluran menyangkut nilai seringnya padam (SAIFI, System Average Interruption Frequency Index.) dan nilai lamanya padam (SAIDI, System Average Interruption Duration Index). Nilai seringnya padam yaitu nilai seringnya rata- rata padam per pelanggan per periode, sedangkan nilai lamanya padam yaitu nilai lamanya rata-rata padam per pelanggan per periode.Beberapa variabel yang yang mempengaruhi indeks keandalan adalah panjang penyulang dan kerapatan beban, konfigurasi saluran dan tegangan yang disalurkan. Salah satu metode untuk meningkatkan keandalan jaringan distribusi berdasarkan indeks keandalan adalah dengan menambahkan fuse, sectionalizer atau recloser.3.3.1 System Average Interuption Frequency Index (SAIFI)Indeks ini didefinisikan sebagai jumlah rata rata gangguan yang terjadi per pelanggan yang dilayani oleh sistem per satuan waktu (umumnya per tahun). Indeks ini ditentukan dengan membagi jumlah semua gangguan pelanggan dalam satu tahun dengan jumlah pelanggan yang dilayani oleh sistem tersebut. Persamaan untuk SAIFI (rata rata jumlah gangguan per pelanggan) ini dapat dilihat pada persamaan dibawah ini :

(3.4)

Dengan : adalah jumlah pelanggan padam pada padam ke pada suatu wilayah tertentu.adalah jumlah pelanggan pada wilayah tertentu adalah jumlah padam pada periode tertentu3.3.2 System Average Interuption Duration Index (SAIDI)Indeks ini didefinisikan sebagai nilai lamanya rata-rata padam per pelanggan per periode. Indeks ini ditentukan dengan pembagian jumlah dari lamanya gangguan secara terus menerus untuk semua pelanggan selama periode waktu yang telah ditentukan dengan jumlah pelanggan yang dilayani selama periode tertentu.

(3.5)Dengan : adalah jumlah pelanggan padam pada padam ke pada suatu wilayah tertentu. adalah lama padam pada padam ke adalah jumlah pelanggan pada wilayah tertentu adalah jumlah padam pada periode tertentu

3.4 Efisiensi OperasiSetiap peralatan listrik yang digunakan tidak selamanya bekerja dengan sempurna. Semakin lama waktu pemakaian maka akan berkurangnya efisiensi dari peralatan tersebut sehingga akan mengakibatkan rugi-rugi yang semakin besar pula. Efisiensi operasi menyangkut rugi rugi energi listrik yang terdiri dari rugi teknis dan non-teknis, sedangkan keseimbangan beban juga harus memenuhi standar dan ketentuan yang ada. Ketidak-seimbangan yang tinggi akan memengaruhi rugi-rugi dayanya karena adanya arus pada saluran netral. Dalam pengoperasian sistem distribusi tegangan menengah juga harus memerhatikan biaya penyaluran yang ekonomis.

3.4.1 Rugi Rugi Energi ListrikRugi rugi energi listrik terbagi menjadi 2 bagian, yaitu rugi teknis tenaga listrik dan rugi non teknis. Rugi teknis adalah rugi energi yang disebebkan karena adanya arus yang mengalir pada suatu penghantar yang mempunyai nilai tahanan tertentu. Besar rugi rugi energi pada jaringan distribusi dapat ditulis sebagai berikut :PLoss = 3 x |I|2 .R(3.6)Dimana, PLoss= rugi rugi saluran (Watt)R= resistansi saluran per fasa (Ohm)I= arus yang mengalir per fasa (Ampere)

Rugi non teknis tenaga listrik adalah rugi energi yang disebabkan oleh bukan karena faktor teknis antara lain :1. Adanya pencurian atau pemakaian tenaga listrik tanpa melalui alat ukur, mempengaruhi pengukuran dan lain lain yang sifatnya pemakaian listrik tanpa melalui prosedur yang ditetapkan / ilegal.2. Pemeliharaan jaringan yang tidak rutin sehingga banyak pepohonan maupun benang layang layang yang mengenai jaringan telanjang.3. Kesalahan administrasi, seperti prosedur penyambungan baik pelanggan baru maupun lama, kesalahan baca meter yang lebih kecil dari pemakaian.Rugi non teknis tenaga listrik akan mengakibatkan penurunan efisiensi sistem tenaga listrik, yang berarti menurunkan perolehan laba perusahaan, dengan kata lain penigkatan rugi tenaga listrik dapat mempengaruhi pendapatan pada pihak pengusaha tenaga listrik.

3.4.2 Keseimbangan BebanKeseimbangan beban dari fasa banyak adalah beban dimana arus yang mengalir pada beban beban simetris dan beban beban tersebut dihubungkan pada tegangan yang simetris. Dalam analisa sirkuit yang melayani beban beban seperti ini biasanya di asumsikan dipasok oleh tegangan yang simetris. Dengan demikian analisanya dapat dilakukan pada basisi per fasa saja. Beban selalu diasumsikan seimbang pada setiap fasanya, sedangkan pada kenyataannya beban beban tersebut tidak seimbang.Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana: Ketiga vektor arus / tegangan sama besar Ketiga vektor saling membentuk sudut 120 satu sama lain

Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3 yaitu : Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120 satu sama lain. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120 satu sama lain. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120 satu sama lain.

Gambar 3.4 Vektor Diagram ArusGambar 3.4(a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 3.4(b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidak seimbangannya.

BAB IVPERBAIKAN KUALITAS DAYA LISTRIK PADA JARINGAN DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH

4.1 UmumSeperti yang dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa kualitas daya listrik adalah tingkat baik buruknya daya listrik yang disalurkan pada sistem tenaga listrik. Baik buruknya disini menyangkut nilai frekuensi, nilai tegangan, tingkat kandungan harmonik, nilai tegangan kedip, dan flicker. Pada sistem distribusi tegangan menengah tidak dapat dilakukan perbaikan nilai frekuensi, hal ini hanya bisa dilakukan pada sistem pembangkitannya. Pada sistem distribusi tegangan menengah, mutu listrik yang dapat diperbaiki adalah nilai tegangan, tingkat kandungan harmonik, nilai tegangan kedip dan flicker. Perbaikan kualitas daya listrik pada jaringan distribusi tegangan menengah tentunya harus mengetahui penyebab dari berkurangnya kualitas dari energi listrik yang disalurkan, sehingga pelaksaan perbaikan yang dilakukan pun dapat dilakukan dengan efisien.Pada seminar yang berjudul Perbaikan Kualitas Daya Listrik Pada Jaringan Distribusi Tegangan Menengah ini hanya akan dibahas mengenai perbaikan kualitas daya listrik yang menyangkut pada nilai tegangan dengan pembahasan mengenai pemakaian transformator pengubah sadapan berbeban (on load tap changers), dan pemasangan kapasitor dan menyangkut pada tingkat kandungan harmonik dengan pembahasan mengenai pemasangan filter harmonik.

4.2 Perbaikan Kualitas Tegangan pada Jaringan Tegangan MenengahDalam sistem pengusahaan tenaga listrik, berbagai upaya dilakukan untuk memperkecil nilai jatuh tegangan dan rugi-rugi daya yang terjadi pada saluran distribusi. Hal tersebut dilakukan karena selain merugikan perusahaan, juga merugikan pihak pelanggan sebagai pengguna jasa listrik yang selalu menuntut jasa layanan dengan kualitas yang baik.Perbaikan nilai tegangan dilaksanakan untuk menjaga nilai tegangan pada sisi terima agar tetap sesuai dengan tegangan nominalnya. Melaksanakan perbaikan nilai tegangan harus mengetahui penyebabnya terlebih dahulu. Seperti contoh, jika diketahui bahwa ada penyulang yang memiliki saluran yang sangat panjang (melebihi standar ketetapannya) sehingga memiliki tegangan di ujung pengiriman yang sangat rendah. Untuk memperbaikinya, jika memungkinkan dapat dilakukan penambahan gardu induk atau dengan penambahan jaringan baru (kabel ganda). Metode penambahan gardu induk ataupun penambahan jaringan ini pada dasarnya sama dengan memindahkan beban ke sumber yang lain. Dengan penambahan jaringan baru maka kemampuan penyaluran arus akan lebih besar, sehingga tegangan pada sisi terima memiliki nilai yang sesuai dengan tegangan nominalnya yaitu -10 % sampai +5% dari tegangan nominal (SPLN 1 tahun 1995).Berikut ini adalah beberapa upaya memperbaiki tegangan yang harus dilakukan untuk memperkecil jatuh tegangan dan rugi daya adalah :a) Pemakaian transformator pengubah sadapan berbeban (on load tap changers).b) Pemasangan kapasitor paralel dan kapasitor seri dalam saluran distribusi primer.4.2.1 Perbaikan menggunakan transformator pengubah sadapan berbeban (on load tap changer)On load tap changer yang disingkat OLTC merupakan peralatan yang dipasang pada transformator untuk memperbaiki kualitas tegangan pada sisi sekunder dengan memilih rasio tegangan atau merubah tap (menambah atau mengurangi jumlah kumparan) tanpa melakukan pemadaman, dimana rasio tegangan ini ditentukan oleh kumparan tegangan yang dihubungkan dengan tap selector pada OLTC. Pelaksanaan perbaikan tegangan menggunakan transformator pengubah sadapan berbeban ini dilakukan karena perubahan tegangan pada sisi terima yang tidak stabil atau mengalami perubahan yang tidak sesuai dengan standar yang ada. Penyebab jatuh tegangan pada jaringan distribusi 20 kV sangat dipengaruhi oleh jenis dan panjang penghantar, arus (beban) yang tinggi, dan peralatan. Penggunaan OLTC dimaksudkan agar berapapun perubahan tegangan pada sisi kirim, tegangan pada sisi terima akan selalu sama (konstan) sesuai tegangan operasi yang diinginkan.

Gambar. 4.1 On Load Tap ChangerPada metoda ini perbaikan tegangan dengan mengatur tingkat sadapan pada transformator distribusi. Pengaturan posisi tap transformator dilakukan pada sisi sekunder transformator. Dimana ukuran dari tap transformator diatur secara otomatis agar menghasilkan tegangan keluaran sebesar 100% dari tegangan nominal. Perbaikan menggunakan transformator pengubah sadapan berbeban ini dapat dilakukan pada satu atau beberapa penyulang. Metode perbaikan yang tidak menyebabkan tegangan berlebih (overvoltage) pada saat beban ringan, serta dapat menghasilkan perbaikan tegangan yang optimal pada masing - masing bus pada seluruh penyulang saat beban tinggi, merupakan metode perbaikan yang dipilih. Perbaikan tegangan dimaksudkan pada pengurangan rata rata nilai jatuh tegangan dan mengurang rugi rugi daya pada jaringan.Dalam metode ini memerlukan perhatian terutama menyangkut hal - hal sebagai berikut :a) Berapa jumlah transformator yang harus dirubah sadapannya. Hal ini menyangkut efisiensi dalam pengadaan tenaga kerja.b) Posisi sadapan transformator sepanjang penyulang apakah pada posisi yang sama atau ada beberapa transformator yang berbeda. Hal ini memerlukan sistem pemantauan tersendiri agar tidak terjadi kesalahan dalam operasi.c) Berapa lama transformator tersebut akan beroperasi pada posisi sadapan yang baru. Hal ini menyangkut effisiensi tenaga maupun biaya yang dibutuhkan karena seringnya melaksanakan perubahan sadapan trafo.d) Bila transformator tersebut dicatu dari penyulang lain, maka perlu diperhatikan besarnya tegangan primer penyulang tersebut agar nilai tegangan sekundernya tidak berlebihan.

4.2.2 Perbaikan Tegangan Dengan KapasitorPenggunaan kapasitor untuk perbaikan kualitas tegangan disebabkan karena nilai tegangan yang rendah akibat dipengaruhi oleh jenis dan panjang penghantar, arus (beban) yang tinggi, dan peralatan. Penggunaan bank kapasitor ditujukan untuk mengatur daya reaktif yang disuplai ke sistem. Daya reaktif adalah daya yang tidak menghasilkan kerja dan selalu tersimpan dalam sistem, yaitu dalam bentuk energi magnetis. Untuk daya reaktif yang berlebihan, maka faktor daya akan rendah sehingga mempengaruhi jatuh tegangan. Oleh sebab itu diperlukan suatu sumber daya reaktif yang dapat membangkitkan daya reaktif atau dapat pula menyerap kelebihan daya reaktif yang diluar batas.Untuk suatu sistem tegangan menengah yang mempunyai beban yang relatif konstan selama 24 jam dengan faktor yang juga relatif tetap, maka perbaikan tegangan tersebut dapat dilakukan dengan cara memasangkan sejumlah kapasitor daya tetap (fixed capacitor) dengan kapasitas tertentu yang berdasarkan pada besarnya daya reaktif induktif sistem tersebut.Lain halnya jika sistem tersebut mempunyai beban yang besarnya bervariasi. Jika kita mengkompensasi beban induktif pada sistem tersebut dengan memasang kapasitor daya tetap di atas, maka pada saat beban puncak kapasitor tersebut akan membangkitkan daya kapasitif (kVAR yang leading) dengan harga yang maksimum. Sehingga pada saat-saat tertentu dimana besarnya beban induktif berada pada titik yang terendah, maka akan terjadi kelebihan daya kapasitif yang dihasilkan oleh kapasitor daya tetap tersebut sehingga faktor daya pada sistem menjadi leading.

Gambar 4.2 Contoh Kurva Beban Reaktif Harian Suatu Sistem Tegangan MenengahGambar 4.2 ini menggambarkan sebuah contoh kurva beban induktif harian pada suatu sistem tegangan menengah dengan beban yang besarnya bervariasi. Jadi untuk kondisi beban induktif harian seperti pada gambar diatas, kapasitas kapasitor daya yang akan dipasang pada sistem harus diperhitungkan dan diatur sedemikian rupa sehingga pada saat kapasitor tersebut terhubung dengan sistem, kondisi sistem tidak menjadi kapasitif karena kelebihan daya kapasitif yang dihasilkan kapasitor. Oleh karena itu diperlukan suatu alat penghubung dan pemutus pada rangkaian kapasitor tersebut. Hal ini dimaksudkan agar kapasitor itu dapat terhubung dengan sistem pada saat-saat tertentu sesuai dengan besarnya kVAR yang dibutuhkan dan terlepas dari sistem jika kapasitor tidak dibutuhkan lagi oleh sistem. Kapasitor daya yang bekerja dengan cara tersebut disebut sebagai kapasitor variabel atau switching kapasitor. Penggunaan kapasitor pada jaringan dibedakan menjadi dua, yaitu menggunakan kapasitor seri dan kapasitor paralel (kapasitor shunt). Dalam kapasitor seri daya reaktif sebanding dengan kuadrat arus beban, sedang pada kapasitor paralel sebanding dengan kuadrat tegangan. Pemasangan peralatan kapasitor seri dan paralel pada jaringan distribusi mengakibatkan losses akibat aliran daya reaktif pada saluran dapat dikurangi sehingga kebutuhan arus menurun dan tegangan mengalami kenaikan.

4.2.2.1 Perbaikan Tegangan Dengan Menggunakan Kapasitor SeriKapasitor seri dihubungkan secara seri dengan saluran untuk mengkompensasi reaktansi induktif saluran. Pada dasarnya pemakaian kapasitor seri untuk memperbaiki tegangan pada jaringan tenaga listrik adalah berusaha mengurangi susut tegangan dengan cara mengkompensir komponen induktif yang terjadi pada jaringan tersebut. Kapasitor seri tidak digunakan secara luas dalam saluran distribusi , karena adanya berbagai permasalahan (resonansi distribusi, resonansi fero dalam transformator dan resonansi subsinkron selama starting motor) dan sistem yang lebih komplek. Biaya pemasangan kapasitor seri lebih mahal daripada biaya pemasangan kapasitor paralel, dan biasanya kapasitor seri dirancang dengan kapasitas yang lebih besar dengan tujuan untuk mengantisipasi perkembangan beban pada masa mendatang.Gambar 4.3a adalah bagan satu garis dari suatu penyulang, sedangkan gambar 4.3c adalah phasor diagramnya. Bila pada penyulang tersebut diujung penerimanya dipasang kapasitor seri, maka bagan satu garis dari penyulang tersebut terlihat sepeti gambar 4.3b dengan phasor diagramnya pada gambar 4.3d.

Gambar 4.3 Diagram Fasor Tegangan dengan Faktor Daya Mengikut, (a) dan (c) tanpa kapasitor, (b) dan (d) dengan kapasitor seri.

Dari gambar 4.3a dan 4.3c, jatuh tegangan akibat impedansi jaringan dapat dinyatakan sebagai berikut : (Volt)(4.1)Dimana :Vd = Voltage drop / jatuh tegangan (Volt)R = Tahanan dari penyulang (Ohm)XL = Reaktansi induktif dari penyulang (Ohm) I = Arus beban (Ampere) = faktor daya dari ujung penerima = sinus dari faktor daya ujung penerimaDari gambar 4.3b dan 4.3d, hasil jatuh tegangan akibat dipasangnya kapasitor seri, maka persamaannya menjadi sebagai berikut : (Volt)(4.2)Dimana : = Reaktansi kapasitif dari kapasitor seri (Ohm)Bila (XL Xc) = 0, maka besarnya susut tegangan hanya akan dipengaruhi tahanan saluran saja, sehingga nilai jatuh tegangannya akan menjadi lebih kecil jika menggunakan kapasitor. Nilai jatuh tegangan menjadi lebih kecil, maka tegangan pada sisi terima akan mengalami perbaikan nilai tegangan.

4.2.2.2 Perbaikan Tegangan Dengan Menggunakan Kapasitor Shunt (Paralel)Kapasitor shunt adalah kapasitor yang dipasang secara paralel dengan beban dan secara intensip digunakan pada sistem distribusi. Kapasitor shunt mencatu daya reaktif atau arus yang menentang komponen arus beban induktif. Gambar 4.4a adalah bagan satu garis dari suatu penyulang, sedangkan gambar 4.4c adalah phasor diagramnya. Bila pada penyulang tersebut diujung penerimanya dipasang kapasitor paralel, maka bagan satu garis dari penyulang tersebut terlihat sepeti gambar 4.4b dengan phasor diagramnya pada gambar 4.4d.

Gambar 4.4 Bagan satu garis dan diagram satu penyulang dengan Faktor Daya Tertinggal, (a) dan (c) tanpa kapasitor, (b) dan (d) dengan kapasitor paralel.

Sebelum dipasang kapasitor shunt pada ujung saluran, nilai jatuh tegangan pada saluran dengan faktor daya mengikuti dapat dihitung dengan rumus : (Volt)(4.3)Atau (Volt)(4.4)Atau(Volt)(4.5)Atau(Volt)(4.6)

Dimana :Vd = Voltage drop / jatuh tegangan (Volt)R = Tahanan total dari sirkuit penyulang (Ohm)XL = Reaktansi induktif total dari penyulang (Ohm) = Komponen arus aktif (Ampere) = Komponen arus reaktif (Ampere)

Setelah dipasang kapasitor shunt pada ujung saluran, pendekatan jatuh tegangan pada penyulang tersebut dapat dihitung dengan rumus : (Volt)(4.7)

Perubahan jatuh tegangan sebelum dan sesudah dipasang kapasitor shunt dapat dinyatakan sebagai berikut : (Volt)(4.8)

Pemasangan shunt kapasitor akan dapat memberikan pengaruh sebagai berikut :1. Mengurangi komponen arus induktif yang bersifat mengikuti tegangan.2. Menambah level tegangan pada sisi beban.3. Memperbaiki regulasi tegangan.4. Mengurangi rugi rugi daya aktif = |I|2.R dikarenakan berkurangnya arus.5. Mengurangi rugi-rugi daya reaktif = |I|2.X dikarenakan berkurangnya arus.6. Menambah besarnya faktor daya pada sisi sumber.7. Mengurangi beban KVA pada sumber.

Kapasitor shunt yang dipasang pada jaringan akan memperbaiki tegangan pada titik dimana kapasitor tersebut dipasang menuju kearah sisi sumber tegangan. Kapasitor menggambarkan adanya arus yang mendahului tegangan dan arus ini mengalir melalui reaktansi seri pada jaringan yang mengakibatkan adanya kenaikan tegangan pada titik pemasangan yang besarnya sama dengan raktansi jaringan dikalikan arus kapasitor.

4.3 Usaha Perbaikan Gejala HarmonikPenyebab dari adanya gejala harmonik ini adalah pemakaian beban listrik yang bersifat non linear. Sumber sumber harmonik yang utama adalah tungku busur api (arc furnace), penyearah dan lampu hemat energi. Efek harmonik yang timbul pada sistem tenaga listrik tergantung sumber harmonik, letak sumber harmonik, dan karakteristik jaringannya. Gangguan harmonik yang sangat besar dapat mengakibatkan sistem dan peralatan yang mendapat suplai listrik yang telah terdistorsi oleh harmonik sehingga menyebabkan peralatan menjadi lebih panas, isolasi menjadi panas, penurunan kinerja peralatan, dan bahkan dapat mengakibakan kerusakan pada peralatan. Salah satu dampak yang umum dari gejala harmonik adalah panas lebih pada kawat netral dan transformator. Usaha yang dapat dilakukan untuk memperbaiki gejala harmonik yang besar antara lain dengan pemasangan filter harmonik dan filter pasif.

4.3.1 Filter HarmonikTujuan pokok dari filter harmonik adalah untuk mereduksi amplitude frekuensi frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Dengan penambahan filter harmonik pada suatu sistem tenaga listrik yang mengandung sumber-sumber harmonik, maka penyebaran arus harmonik ke seluruh jaringan dapat ditekan sekecil mungkin. Selain itu filter harmonik pada frekuensi fundamental dapat mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan untuk memperbaiki faktor daya sistem. Filter harmonik dipasang secara paralel dengan peralatan yang merupakan beban non linier sumber harmonik.

Gambar 4.5 Rangkaian Filter HarmonikPada Gambar 4.5 dapat dilihat cara pemasangan filter harmonik pada jaringan, dimana filter harmonik dipasang secara paralel dengan peralatan yang merupakan beban non linier sumber harmonik.Terdapat beberapa langkah langkah dalam analisa permasalahan harmonik dengan menggunakan filter (penyaring) harmonik adalah sebagai berikut :1. Mengidentifikasi kondisi harmonik yang buruk.2. Merancang skema solusi dari gangguan harmonik tersebut.3. Pengecekan ulang terhadap kondisi yang baru.

Ada dua metode yang dapat digunakan dalam merancang suatu penyaring harmonik yang mengalir ke dalam sistem tenaga, yaitu yang pertama dengan menggunakan rangkaian penyaringan dengan impedansi tinggi yang dipasang secara seri dengan sistem untuk mengeblok arus harmonik, dan kedua menggunakan rangkaian penyaring dengan impedansi rendah yang dipasang secara paralel dengan sistem membelokkan arus harmonik agar mengalir melalui penyaringan tersebut. Penyaringan yang dipasang secara seri dengan sistem tersebut harus mampu memikul arus beban secara penuh dan rangkaian ini tentunya akan mengisolasi tegangan line. Sebaiknya rangkaian penyaring yang dipasang secara paralel dengan sistem tidak akan memikul arus beban secara penuh dan hanya mengalirkan arus harmonik saja. Dengan pertimbangan bahwa rangkaian penyaring seri jauh lebih mahal dari rangkaian penyaring paralel, dan kenyataan bahwa rangkaian penyaring paralel dapat digunakan sekaligus untuk suatu kompensasi daya reaktif, maka dalam prakteknya lebih banyak digunakan rangkaian penyaring paralel (rangkaian paralel dengan sistem impedansi rendah yang dipasang secara paralel terhadap sistem).

4.3.2 Filter PasifFilter pasif banyak digunakan untuk mengkompensasi kerugian daya reaktif akibat adanya harmonik pada sistem. Penyaring ini selain berfungsi sebagai penyaring harmonik level tertentu, juga sekaligus untuk meningkatkan faktor daya. Rangkaian filter pasif terdiri dari komponen R, L, C. tetapi komponen utama dari filter pasif tersebut yaitu :1. Kapasitor Kapasitor dihubungkan seri atau paralel untuk memperoleh sebuah rating tegangan dan KVAR yang diinginkan. Kapasitor dipilih dengan daya reaktif yang besar dalam per unit volume, supaya rugi-rugi yang terjadi kecil dan mampu dioperasikan pada tegangan tinggi. Untuk mendapatkan rating daya reaktif dari kapasitor adalah dengan menjumlahkan semua daya reaktif pada masing masing frekuensi. 2. Induktor Induktor digunakan dalam rangkaian filter agar mampu menahan selubung frekuensi tinggi.

Rangkaian filter pasif ini (rangkaian seri LC), dirangkai secara paralel terhadap beban non-linier (sumber harmonik) yang terdapat pada sistem.

BAB VKESIMPULAN

Dari penjelasan dan pengamatan yang telah dilakukan pada bab bab sebelumnya, maka dalam seminar dapat diambil kesimpulan bahwa :1. Penggunaan transformator pengubah sadapan berbeban (on load tap changer) dilakukan untuk menjaga nilai tegangan pada sisi terima (sekunder) dengan mengubah kedudukan tap nya, sehingga berapapun tegangan pada sisi kirim (primer) akan menghasilkan tegangan terima (sekunder) yang dibutuhkan sesuai tegangan operasi.2. Switching kapasitor atau variabel kapasitor digunakan untuk mengatur kapasitas kapasitor yang digunakan dengan melihat tingginya beban pada saat tertentu. Pemasangan kapasitor dilakukan baik itu secara seri maupun paralel dilakukan untuk memperbaiki nilai tegangan. Pada sistem distribusi tegangan menengah, pemasangan kapasitor banyak dilakukan secara paralel. Kapasitor paralel dipasang secara paralel dengan beban dan dilakukan untuk mengurangi nilai jatuh tegangan pada saluran.3. Penggunaan filter harmonik dalam perbaikan gejala harmonik yang disebabkan banyaknya beban non-linier dilakukan untuk mereduksi amplitude frekuensi frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Pemasangan filter harmonik banyak dilakukan secara paralel. Filter harmonik dengan impedansi rendah yang dipasang secara paralel dengan sistem akan membelokkan arus harmonik agar mengalir melalui penyaringan tersebut.DAFTAR PUSTAKA

1. Hasan Basri,Ir: Sistem Distribusi Daya Listrik, ISTN, Jakarta, 19972. Djiteng Marsudi,Ir: Operasi Sistem Tenaga Listrik, ISTN, Jakarta, 19903. Fuchs,Edwalds: Power Quality in Power Systems and Electrical Machines, Elsevier, 2008 4. R.C Dugan, M.F. McGranaghan, and H.W. Beaty, Electrical Power System Quality. New York : McGraw-Hill, 19965. Standar SPLN 1:1978 standar tegangan menengah6. Standar IEEE 1159-1995, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality.7. Standar IEEE std 141-1993, Batasan tegangan harmonik dan arus harmonik yang dapat ditoleransi.

I

Z = R + jXL

VK

VT

I

Z = R + j (XL-Xc)

VK

VT

Vk

VT

IZ

IXL

IR Cos

IXL sin

I

IR

Vk

VT

IZ

IXL

IR Cos

IXL sin

I

IR

IXc

a

b

c

d

I

Z = R + jXL

VK

Vk

VT

IZ

IXL

IR Cos

IXL sin

I

IR

a

c

VT

I

XL

VK

VT

Vk

VT

I

IXL

Ix

(Ix-Ic)

I

IR

Ic

'

b

d

I

Ic

Xc

Ic

R