BAB III TINJAUAN PUSTAKA
3.1
Pengertian Sistem Distribusi Tenaga Listrik Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem
distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah; pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan), dan merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan. karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik besar dengan tegangan dari 11 kV sampai 24 kV dinaikkan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 kV ,154 kV, 220 kV atau 500 kV kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan menaikkan tegangan ialah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir (I2.R). Dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar, maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan kecil pula. Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20 kV dengan transformator penurun tegangan pada
11 http://digilib.mercubuana.ac.id/
12 gardu induk distribusi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 220/380 Volt . Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumen-konsumen. Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan. Pada sistem penyaluran daya jarak jauh, selalu digunakan step-up Nilai tegangan tegangan setinggi mungkin, dengan menggunakan trafo-trafo step-up. yang sangat tinggi ini (HV,UHV,EHV) menimbulkan beberapa konsekuensi antara lain: berbahaya
bagi
lingkungan
dan
mahalnya
harga
perlengkapan-
perlengkapannya, selain menjadi tidak cocok dengan nilai tegangan yang dibutuhkan pada sisi beban. Maka, pada daerah-daerah pusat beban tegangan saluran yang tinggi ini diturunkan kembali dengan menggunakan trafo-trafo step-down. Akibatnya, bila ditinjau nilai tegangannya, maka mulai dari titik sumber hingga di titik beban, terdapat bagian-bagian saluran yang memiliki nilai tegangan berbeda-beda.
Gambar 3.1 Sistem Penyaluran Tenaga Listrik
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13 3.2
Pengelompokan Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Untuk kemudahan dan penyederhanaan, lalu diadakan pembagian serta
pembatasan-pembatasan seperti pada Gambar 3.2 : Daerah I :Bagian pembangkitan (Generation) Daerah II :Bagian penyaluran (Transmission), bertegangan tinggi (HV,UHV,EHV) Daerah III :Bagian Distribusi Primer, bertegangan menengah (6 atau 20 kV). Daerah IV :(Di dalam bangunan pada beban/konsumen), Instalasi, bertegangan rendah Berdasarkan pembatasan-pembatasan tersebut, maka diketahui bahwa porsi materi Sistem Distribusi adalah Daerah III dan IV, yang pada dasarnya dapat dikelasifikasikan menurut beberapa cara, bergantung dari segi apa kelasifikasi itu dibuat. Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah: SUTM, terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan per-lengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus. SKTM, terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination, batu bata, pasir dan lain-lain. Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabel-kabel, transformer band, peralatan grounding, dan lain-lain. SUTR dan SKTR terdiri dari: sama dengan perlengkapan/ material pada SUTM dan SKTM. Yang membedakan hanya dimensinya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
Gambar Gam 3.2 Pembagian/Pengelempokan Tegangan Sistem Tenaga Listrik
3.3
Jaringan Sistem Distribusi Sekunder Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari
gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada system distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah system radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15 kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sebagai berikut : Papan pembagi pada trafo distribusi Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai) Alat Pembatas dan pengukur daya (kWH. meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan. Komponen saluran distribusi sekunder seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3 berikut ini :
Gambar 3.3 Komponen Sistem Distribusi
3.4
Gardu Distribusi Gardu listrik pada dasarnya adalah rangkaian dari suatu perlengkapan
hubung bagi atau sering juga disebut kubikel. PHB TM/Kubikel adalah seperangkat peralatan listrik yang dipasang pada gardu induk, gardu distribusi dan gardu hubung; yang berfungsi sebagai pembagi, pemutus, penghubung pengontrol dan proteksi sistem penyaluran tenaga listrik tegangan menengah ; PHB (Peralatan Hubung Bagi) / kubikel untuk tegangan menengah; PHB (Peralatan Hubung Bagi) tegangan rendah/rak tegangan rendah (rak TR).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16 Masing-masing
dilengkapi
gawai-gawai
kendali
dengan
komponen
proteksinya. Jenis-jenis gardu listrik atau gardu distribusi didesain berdasarkan maksud dan tujuan penggunaannya sesuai dengan peraturan Pemda setempat, yaitu: Gardu Distribusi konstruksi beton (Gardu Beton); Gardu Distribusi konstruksi metal clad (Gardu besi); Gardu Distribusi tipe tiang portal, dan Distribusi tipe tiang cantol (Gardu Tiang); Gardu Distribusi mobil tipe kios, dan Gardu Distribusi mobil tipe trailer (Gardu Mobil). Komponen-komponen gardu : PHB sisi tegangan rendah; PHB (pemisah saklar daya); PHB (pengaman transformator); PHB sisi tegangan rendah; Pengaman tegangan rendah; Sistem pembumian; alat-alat indikator. Instalasi perlengkapan hubung bagi tegangan rendah berupa PHB TR atau rak TR terdiri atas 3 bagian, yaitu : Sirkit masuk + sakelar; Rel pembagi; Sirkit keluar + pengaman lebur maksimum 8 sirkit. Instalasi perlengkapan hubung bagi tegangan menengah atau disebut juga PHB TM (kubikel). Berdasarkan fungsi dan nama peralatan yang dipasang PHB TM/kubikel dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17 1. PHB TM/Kubikel PMT (pemutus tenaga) 2. PHB TM/Kubikel LBS (load break switch) 3. PHB TM/Kubikel PMS (pemisah) 4. PHB TM/Kubikel TP ( transformer protection) 5. PHB TM/Kubikel PT ( potential transformer ) 6. PHB TM/Kubikel B1 ( terminal out going )
Spesifikasi mengikuti kapasitas transformator distribusi yang dipakai. Instalasi kabel daya dan kabel kontrol, yaitu KHA kabel daya antara kubikel ke transformator minimal 125 % arus beban nominal transformator. Pada beban konstruksi memakai kubikel TM single core Cu : 3 x 1 x 25 mm2 atau 3x1x35mm 3x1x35mm2. Antara transformator dengan Rak TR memakai kabel daya dengan KHA 125 % arus nominal. Pada beberapa instalasi memakai kabel inti tunggal masing-masing kabel perfasa, Cu 2 x 3 x 1 x 240 mm2 + 1 x 240 mm2.
Gambar 3.4 Contoh Gambar Monogram Gardu Distribusi
3.4.1
Gardu Beton
Yaitu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya terbuat dari beton (campuran pasir, batu dan semen). Gardu beton termasuk gardu jenis pasangan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
18 dalam, karena pada umumnya semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan trafo distribusi terletak di dalam bangunan beton. Dalam pembangunannya semua peralatan tersebut di disain dan diinstalasi di lokasi sesuai dengan ukuran bangunan gardu. Gambar 3.6 memperlihatkan sebuah gardu distribusi konstruksi beton.
Gambar 3.5(a) Bagan Satu garis Gardu Beton
Gambar 3.5(b) Bangunan Gardu Beton Ketentuan teknis komponen gardu beton, komponen tegangan menengah (contoh rujukan PHB tegangan menengah), yaitu : Tegangan perencanaan 25 kV; Power frekuensi withstand voltage 50 kV untuk 1 menit; Impulse withstand voltage 125 kV;
http://digilib.mercubuana.ac.id/
19 Arus nominal 400A; Arus nominal transformator 50A; Arus hubung singkat dalam 1 detik 12,5 kA; Short circuit making current 31,5 kA. Komponen tegangan rendah (contoh rujukan PHB tegangan rendah), yaitu : Tegangan perencanaan 414 Volt(fasa-fasa); Power frekuensi withstand 3 kV untuk 1 menit test fasa-fasa; Impulse withstand voltage 20 kV; Arus perencanaan rel/busbar 800 A, 1.200 A, 1.800 A; Arus perencanaan sirkit keluar 400A; Test ketahanan tegangan rendah. Tabel 3.1 Harga Efektif (RMS) Rel 800 1200 1800
3.4.2
Waktu 0.5 detik 16 kA 25 kA 32 kA
Peak 32 kA 52 kA 72 kA
Gardu Metal Clad (Gardu Besi)
Yaitu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya terbuat dari besi. Gardu besi termasuk gardu jenis pasangan dalam, karena pada umumnya semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan trafo distribusi terletak di dalam bangunan besi. Semua peralatan tersebut sudah di instalasi di dalam bangunan besi, sehingga dalam pembangunannya pelaksana pekerjaan tinggal menyiapkan pondasinya saja. Gambar 3.6 memperlihatkan sebuah gardu distribusi berupa gardu besi berbentuk kios.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
20
Gambar 3.6 Bangunan Gardu Besi 3.4.3
Gardu Tipe Tiang Portal
Gardu
Tiang,
yaitu
gardu
distribusi
yang
bangunan
pelindungnya/penyangganya terbuat dari tiang. Dalam hal ini trafo distribusi terletak dibagian atas tiang. Karena trafo distribusi terletak pada bagian atas tiang, maka gardu tiang hanya dapat melayani daya listrik terbatas, mengingat berat trafo yang relatif tinggi, sehingga tidak mungkin menempatkan trafo berkapasitas besar di bagian atas tiang (± 5 meter di atas tanah). Untuk gardu tiang dengan trafo satu fasa kapasitas yang ada maksimum 50 KVA, sedang gardu tiang dengan trafo tiga fasa kapasitas maksimum 160 KVA (200 kVA). Trafo tiga fasa untuk gradu tiang ada dua macam, yaitu trafo 1x3 fasa dan trafo 3x1fasa. Gambar 8(a) memperlihatkan sebuah gardu distribusi tiang tipe portal lengkap dengan perlengkapan proteksinya dan panel distribusi tegangan rendah yang terletak di bagian bawah tiang (tengah). Gardu portal adalah gardu listrik tipe terbuka (outdoor) yang memakai konstruksi tiang/menara kedudukan transformator minimal 3 meter diatas platform. Umumnya memakai tiang beton ukuran 2x500 daN.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
21
Gam Gambar 3.7(a) Gardu Tiang Tipe Portal dan Midel Panel
Gambar 3.7(b) Bagan Satu Garis Gardu Tiang Tipe Portal
3.4.4
Gardu Tiang Tipe Cantol
Gardu cantol adalah type gardu listrik dengan transformator yang dicantolkan pada tiang listrik besamya kekuatan tiang minimal 500 daN.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
22 Instalasi gardu dapat berupa : 1 Cut out fused 1 lighting arrester 1 panel PHB tegangan rendah dengan 2 jurusan atau transformator completely self protected (CSP - Transformator) Sambungan Gardu Tiang Tipe Cantol ialah : Gardu cantol 1 fasa dengan transformator CSP (completely self protected untuk pelayanan satu fasa. protected) Untuk pelayanan sistem 3 fasa memakai 3 buah trafo 1 fasa dengan titik netral di gabungkan dari tiap-tiap transformator menjadi satu. Instalasi dalam PHB terbagi atas 6 bagian utama. Instalasi switch gear tegangan menengah Instalasi switch gear tegangan rendah Instalasi transformator Instalasi kabel tenaga dan kabel kontrol Instalasi pembumian Bangunan fisik gardu.
Gambar 3.8(a) Bagan Satu Garis Gardu Tiang Tipe Cantol
http://digilib.mercubuana.ac.id/
23
Gambar Gam 3.8(b) Gardu Tiang 3 Fasa Tipe Cantol
Gambar 3.8(c) Elektrode Pentanahan 3.4.5
Gardu Mobil
Yaitu gardu distribusi yang bangunan pelindungnya berupa sebuah mobil (diletakkan diatas mobil), sehingga bisa dipindah-pindah sesuai dengan tempat yang membutuhkan. Oleh karenanya gardu mobil ini padaumumnya untuk pemakaian sementara (darurat), yaitu untuk mengatasi kebutuhan daya yang sifatnya temporer. Secara umum ada dua jenis gardu mobil, yaitu pertama gardu mobil jenis pasangan dalam (mobil boks) dimana semua peralatan gardu berada di dalam bangunan besi yang mirip dengan gardu besi. Kedua, gardu mobil jenis pasangan luar, yaitu gardu yang berada diatas mobil trailer, sehingga bentuk pisiknya lebih panjang dan semua peralatan penghubung/pemutus, pemisah dan trafo distribusi tampak dari luar. Gambar 3.9 memperlihatkan sebuah gardu distribusi berupa gardu mobil pasangan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
24 luar berada diatas trailer. Gardu distribusi jenis trailer ini umumnya berkapasitas lebih besar daripada yang jenis mobil. Hal ini bisa dilihat dari konstruksi peralatan penghubung yang digunakan. Pada setiap gardu distribusi umumnya terdiri dari empat ruang (bagian) yaitu, bagian penyambungan/pemutusan sisi tegangan tinggi, bagian pengukuran sisi tegangan tinggi, bagian trafo distribusi dan bagian panel sisi tegangan rendah. Pada gardu beton dan gardu metal bagian-bagian tersebut tersekat satu dengan lainnya, sedang pada gardu tiang panel distribusi tegangan rendah diletakkan pada bagian bawah tiang. Pada gardu distribusi, system pengaman yang digunakan umumnya berupa arrester untuk mengantipasi tegangan lebih (over voltage), kawat tanah (ground wire) untuk melindungi saluran fasa dari sambaran petir dan sistem pentanahan untuk menetralisir muatan lebih, serta sekring pada sisi tegangan tinggi (fuse cut out) untuk memutus rangkaian jika terjadi arus lebih (beban lebih). Secara visual "Fuse Cut Out" ini dari bawah (jauh) tampak sedang on atau off. Arrester dipasang di bagian luar gardu distribusi, yaitu pada SUTM tempat penyam-bungan ke gardu distribusi. "Fuse cut out" dipasang dekat arrester atau bias juga dipasang di dalam gardu, jika jarak antara titik penyambungan dan gardu distribusi relatif jauh dan saluran cabang menuju gardu distribusi menggunakan kabel tanah. Untuk gardu tiang dan gardu mobil "Fuse Cut Out" di pasang pada bagian atas tiang terdekat (titik jumper). Gambar 10(b) memperlihat kan sebuah pemutus beban 20 kV tipe "Fuse Cut out"
http://digilib.mercubuana.ac.id/
25
Gambar 3.9(a) Gardu mobil Gam
Gambar 3.9(b) Pemutus Beban 20 KV Tipe “fuse cut out” 3.5
Transformator Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi
untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
26 Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus menerus tanpa berhenti). Mengingat kerja keras dari suatu transformator seperti itu maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin. Oleh karena itu transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang benar, baik dan tepat. Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian-bagian transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian yang lainnya. Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator 500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformator (IBT). Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut juga trafo distribusi. Titik netral transformator ditanahkan sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan / proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah atau tahanan tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV nya. Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti: Transformator Mesin (Pembangkit ) Transformator Gardu Induk Transformator Distribusi Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti: Transformator besar Transformator sedang Transformator kecil
http://digilib.mercubuana.ac.id/
27
Gambar 3.10 Trafo Distribusi Kelas 20KV
3.6
Transformator Distribusi Sisip Penyebab timbulnya Drop tegangan adalah: Arus beban puncak (Ampere) Tahanan saluran (Ω/km) Panjang saluran (km) Drop tegangan akan semakin besar jika satu atau lebih dari faktor diatas
nilainya besar. Yang dimaksud dengan drop tegangan disini yaitu drop tegangan ujung pada jaringan tegangan rendah (JTR) yaitu tegangan yang jatuh pada saluran JTR yang menyebabkan jatuhnya/turunnya tegangan pada ujung saluran konsumen. Menurut peraturan SPLN (Standard Peraturan Listrik Negara) drop tegangan ujung yang diperbolehkan adalah= 10% dari tegangan nominal sekunder Trafo Distribusi. Persamaan berikutnya dapat dipergunakan untuk menentukan drop tegangan JTR:
Dimana:
I = arus bebanpuncak (Ampere) r = tahanan penghantar (Ω/km)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
28 l = panjang saluran (km) V lvc = tegangan pada LVC (volt) V ujung = tegangan ujung (volt) Dari persamaan diatas terlihat bahwa apabila :
Maka berarti drop tegangan > 10%, untuk mengatasi ini dapat dilakukan penyisipan Trafo Distribusi. Hal – hal yang harus diperhatikan dalam transformator Distribusi sisip adalah: Rating Trafo Distribusi sisip yang dipilih harus memperhitungkan perkembangan beban dilokasi. Peletakan Trafo Distribusi sisip jarak maksimumnya dari Trafo Distribusi pertama adalah:
http://digilib.mercubuana.ac.id/