BAB II
SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH
Sistem 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 berfungsi untuk 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).
2.1 Sistem Distribusi Tegangan Menengah
Sistem 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 :
2.1.1 Jaringan Distribusi Primer Menurut Konstruksi Penghantar
Jaringan distribusi primer menurut konstruksi penghantarnya dibedakan menjadi
2 macam yaitu sebagai berikut :
1. 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 jaringan
Kerugian 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: 3×25,
3×50, 3×70, 3×95, 1×150
Kabel almunium (Ac) dengan penampang dalam mm2 adalah: 3×35,
3×70, 3×150, dan 3×240
Kekurangan - 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 datang
Keuntungan 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
2.1.2 Jaringan Distribusi Primer Menurut Konfigurasi Jaringan
Struktur atau konfigurasi jaringan distribusi primer pada suatu sistem
distribusi sangat menentukan tingkat keandalan penyaluran ke pelanggan. Adapun
jenis-jenis konfigurasi jaringan primer yang dipakai adalah sebagai berikut:
1. Sistem Radial
Sistem radial adalah konfigurasi jaringan primer dan setiap salurannya
hanya mampu menyalurkan daya dari satu aliran daya. Sistem ini biasa
dipakai untuk melayani daerah dengan tingkat kepadatan beban rendah.
Dengan keuntungannya adalah kesederhanaan dari segi teknis serta
biaya awal pembuatan lebih murah. Sedangakan kelemahannya adalah
kualitas pelayanan kurang terjamin. Kurang terjaminnya kualitas
pelayanan ini karena apabila terjadi gangguan dimana tidak ada alternatiif
penyaluran yang lain.
Gambar 2.1 jaringan distribusi radial
2. Sistem Loop
Sistem konfigurasi loop adalah jaringan yang dimulai dari satu titik pada
rel tegangan menengah pada suatu Gardu Induk (GI) dan direntangkan ke
titik-titik beban (gardu distribusi) dan kemudian kembali lagi ke titik rel
tegangan menengah pada gardu induk semula. Jaringan dengan
konfigurasi loop biasa dipakai pada sistem distribusi yang melayani beban
dengan kontinuitas dan pelayanan yang relatif lebih baik dibanding sistem
radial serta banyak digunakan di daerah industri kecil dan daerah
komersil. Karena sistemnya berbentuk loop maka sering dinamakan
sistem cincin/gelang, dengan keuntungannya adalah daerah padam akan
dapat dibatasi sekecil mungkin karena kedua ujung penyulang
tersambung pada sumber sehingga kontinuitas pelayanan dapat dijamin.
Gambar 2.2 jaringan distribusi loop
3. Sistem Spindel
Salah satu cara meningkatkan keandalan ialah membuat semua
penyulang yang keluar dari gardu induk suatu Gardu Hubung (GH). Pada
sistem spindel ini ada penyulang cadangan khusus yang lebih dikenal
dengan sebutan penyulang ekspres. Penyulang ekspres ini tidak mencatu
gardu-gardu distribusi, tetapi merupakan penyulang penghubung secara
langsung antara gardu induk dengan Gardu Hubung dengan tujuan untuk
menjaga kelangsungan pemasokan tenaga listrik pada pelanggan-
pelanggan bila terjadi gangguan pada suatu penyulang yang memasok
gardu-gardu distribusi. Jadi, penyulang ekspres ini dalam keadaan normal
merupakan kabel yang bertegangan sampai di Gardu Hubung. Luas
penampang kabel dari setiap penyulang, baik yang mencatu gardu-gardu
distribusi maupun penyulang ekspres diambil sama besarnya. Hal ini
dimaksudkan selain mempermudah perhitungan dalam menentukan
keandalan juga dimaksudkan untuk memperkecil jumlah macam ukuran
kabel dalam persedian.
Gambar 2.3 jaringan distribusi spindel
4. Sistem Grid (Network)
Sistem grid merupakan konfigurasi yang kompleks dimana kelangsungan
dan kualitas pelayanan sangat diutamakan, sehingga diperlukan biaya
yang mahal dalam pengadaan material perlengkapannya. Struktur ini
umumnya dipakai pada jaringan tegangan rendah yang kepadatan
bebannya cukup tinggi.
Gambar 2.4 jaringan distribusi sistem grid (network)
2.1.3 Proteksi Sistem Distribusi
Relai pengaman untuk sistem distribusi melindungi sistem dan peralatan
terhadap kerusakan dengan cara menghilangkan gangguan yang terjadi secara
cepat dan tepat. Selain itu relai pengaman tersebut berusaha untuk membatasi
daerah yang terkena gangguan seminimum mungkin sehingga mutu dan keandalan
penyaluran terjamin.
Banyak sekali macam sistem pengaman yang diketahui. Oleh karena itu
pemilihan jenis relai perlu dilakukan dengan seksama, dengan memperhatikan
frekwensi gangguan, pentingnya saluran yang hendak dilindungi, faktor – faktor
tekno-ekonomisnya, kekurangan dan kelebihan jenis yang satu terhadap yang lain,
dsb.
Dalam pemilihan relai dari segi kemampuannya untuk mengaman kan
beberapa pertimbangan perlu diperhatikan:
a. Koordinasi antara kemampuan kembali ke keadaan normal dan
kemampuan mengetahui adanya gangguan. Penting sekali bagi sistem
relai pengaman untuk mengetahui adanya gangguan dan
mengamankannya dengan memperhatikan kemampuan untuk kembali ke
keadaan normal secara otomatis.
b. Kemampuan selektif, yaitu gangguan harus dihilangkan dengan interupsi
terbatas pada daerah seminimum mungkin, sesudah gangguan itu
diketahui degan tepat. Apabila digunakan sistem ”zone-step tripping”
maka dapat dipakai sistem relai arus lebih atau relai arus lebih yang
mengarah ( directional ). Pengaman akan selektif dengan cara setting
yang baik.
c. Kepekaan operasi, relai harus bekerja dengan kepekaan (sensitivity) yang
tinggi, artinya melalui tegangan dan arus yang dicatat maka relai harus
dapat mengetahui gangguan yang sulit sekalipun dan dengan kecepatan
kerja tertentu. Pada prinsipnya relai harus cukup peka terhadap
gangguan, sehingga dapat mendeteksi adanya gangguan di kawasan
pengamannya meskipun dalam kondisi pemberian picu yang minimum.
Hal ini memberi keuntungan dimana kerusakan peralatan yang
diamankan akibat gangguan menjadi kecil. Namun, relai juga harus dapat
membedakan antara arus gangguan atau arus beban maksimum. Relai
juga tidak boleh bekerja karena adanya arus inrush, yang besarnya
seperti arus gangguan yaitu 3 sampai 5 kali arus beban maksimum, yaitu
pada saat pemasukan trafo daya. Dan relai harus dapat membedakan
antara adanya gangguan atau ayunan beban.
d. Waktu bekerja, dalam hal tertentu relai harus bekerja dalam waktu
singkat, dalam hal yang lain relai juga harus bekerja dalam waktu yang
tertunda (time delay). Semuanya ini tergantung kepada batas stabilitas
dari sistem dan kecepatan bekerjanya alat – alat pada sistem tersebut.
Pengaman cadangan (back-up), dalam hal relai utama tidak bekerja, harus ada
pengaman cadangan (back- up relay system) sehingga gangguan tetap dapat
dihilangkan. Sistem pengaman relai cadangan ini bertugas mangamankan
daerahnya sendiri, dan mengamankan daerah – daerah yang bertetangga
dengannya, bila relai dalam daerah – daerah tetangga tersebut tidak bekerja.
2.2 Gardu Distribusi
Pada Gardu distribusi terdapat kumpulan peralatan yang berfungsi untuk
menurunkan tegangan menengah menjadi tegangan rendah atau tegangan
pelayanan dan mendistribusikan kepada konsumen melalui jaringan distribusi
sekunder. Selain itu gardu distribusi menghubungkan tegangan menengah dari satu
gardu distribusi ke gardu distribusi lainnya atau ke gardu hubung. Diagram satu garis
dari suatu gardu distribusi dapat dilihat pada gambar 2.5 di bawah.
Gambar
2.7.
Diagram satu garis Gardu Distribusi.
Fungsi dari masing-masing peralatan utama tersebut diatas adalah sebagai
berikut :
LBS (saklar beban) untuk menghubungkan rel utama pada gardu
dengan kabel keluar (Outgoing Cable) menuju arah gardu distribusi
yang lain atau gardu hubung.
Disconnecting Switch (DS) merupakan saklar pemisah.
Trafo distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan dari tegangan
menengah menjadi tegangan rendah atau tegangan pelayanan. Trafo
distribusi dihubungkan ke rel utama yang di amankan dengan sebuah
fuse (sekring).
Pengaman lebur TR berfungsi sebagai pengaman pada saluran TR.
MS merupakan saklar pengaman utama untuk saluran TR.
Berdasarkan konstruksi pemasangan trafo, gardu distribusi di bagi atas tiga
bagian yaitu :
1. Gardu beton yaitu gardu dimana trafo dan peralatannya terpasang
di dalam bangunan beton.
2. Gardu kios (metal clad), yaitu gardu dimana trafo dan peralatannya
terpasang di dalam kios yang terbuat dari besi.
3. Gardu tiang yaitu gardu dimana menggunakan tiang sebagai tumpuan
trafo. Gardu tiang ada dua jenis yaitu : gardu tiang portal dan gardu
tiang cantol.
Berdasarkan beban yang dilayani, gardu distribusi dapat dikelompokkan
dalam tiga bagian yaitu :
1. Gardu konsumen umum.
Gardu konsumen umum yaitu gardu yang berfungsi untuk melayani
konsumen umum atau konsumen dengan sambungan daya yang kecil.
2. Gardu konsumen khusus.
Gardu konsumen khusus yaitu gardu yang berfungsi untuk melayani
konsumen dengan daya tersambung yang besar yaitu mulai dari 200
kVA ke atas.
3. Gardu konsumen umum dan khusus.
Gardu konsumen umum dan khusus berfungsi untuk melayani
konsumen umum (daya kecil) dan konsumen khusus.
2.3 Sistem Tegangan Rendah
Jaringan Distribusi Tegangan Rendah bermula dari sisi tegangan rendah pada
Transformator Distribusi seperti digambarkan pada gambar 2.6, yakni suatu
Jaringan Distribusi Tegangan Rendah dengan empat jurusan Saluran Udara
Tegangan Rendah (SUTR).
Gambar 2.6. Jaringan Tegangan Rendah dengan empat jurusan (SUTR) *)
SUTR dapat berupa saluran udara dengan konduktor yang telanjang atau
kabel udara. SUTR yang menggunakan kabel udara banyak dikembangkan
pemakainannya oleh PLN karena gangguannya yang lebih sedikit dibandingkan
dengan SUTR yang menggunakan konduktor telanjang.
Masalah utama dalam operasi Jaringan Distribusi Tegangan Rendah adalah
gangguan yang kebanyakan disebabkan oleh pohon/tanaman, kontak-kontak yang
kendor, layang-layang, perbuatan manusia serta kelakuan binatang, dan lain-lain.
Konfigurasi Jaringan Distribusi Tegangan Rendah hanya radial dan
pengamanannya hanya dengan sekering saja. Gangguan pada bagian sambungan
rumah yang ada dalam bangunan rumah pelanggan gangguannya serupa dengan
gangguan pada instalasi pelanggan pada umumnya, yaitu karena kontak yang
kendor, isolasi rusak karena dimakan binatang atau karena gangguan mekanis
lainnya. Pada operasi Jaringan Tegangan Rendah harus diamati secara periodik
beban (arus) yang ada pada setiap fasa dan dijaga agar selalu seimbang.