Politeknik Negeri Sriwijaya BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

Politeknik Negeri Sriwijaya BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Sistem Distribusi Tenaga Listrik1 Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem

distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar sampai ke konsumen. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit dengan tegangan dari 11 kV sampai 24 kV dinaikkan tegangannya oleh gardu induk menggunakan 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 (𝐼 2 .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 menggunakan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi yang kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi menurunkan tegangannya menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 220V/380V. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumen. Pada sistem penyaluran daya jarak jauh digunakan tegangan setinggi mungkin dengan menggunakan trafo step-up. Nilai tegangan yang sangat tinggi ini menimbulkan beberapa konsekuensi antara lain: berbahaya bagi lingkungan dan mahalnya harga perlengkapannya, selain itu menjadi tidak cocok dengan nilai tegangan yang dibutuhkan pada sisi beban. Oleh karena itu, pada daerah-daerah pusat beban, tegangan saluran yang tinggi ini diturunkan kembali dengan menggunakan trafo step-down. Dalam hal ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan.

1

Suhadi dkk. 2008.Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid 1. Hal 11

6

Politeknik Negeri Sriwijaya

Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik2

Keterangan: TR

= Tegangan Rendah

GIT = Gardu Induk Transmisi GD 2

PP = Power Plan GID = Gardu Induk Distribusi

= Gardu Distribusi

Abdul Kadir. 2000.Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik. Hal 5

7

Politeknik Negeri Sriwijaya Pada gambar 2.1 digambarkan bagian-bagian dari sistem jaringan distribusi tenaga listrik secara umum. Untuk jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari dua bagian besar yaitu : - Jaringan Distribusi Primer, yaitu jaringan tenaga subtransmisi ke gardu distribusi. Jaringan ini merupakan jaringan tegangan menengah (20 kV). - Jaringan

Distribusi

Sekunder,

yaitu

jaringan

tenaga

listrik

yang

menyalurkan daya listrik dari gardu distribusi ke beban/konsumen. Jaringan ini merupakan jaringan tegangan rendah (220 V/380 V).

Setelah saluran transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang merupakan suatu daerah industri atau suatu kota, tegangan melalui gardu induk (GI) diturunkan menjadi tegangan menengah (TM) 20 kV. Setiap gardu induk (GI) merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu. Bebannya berubah-ubah sepanjang waktu sehingga daya yang dibangkitkan dalam pusatpusat listrik selalu berubah. Perubahan daya yang terjadi di pusat pembangkit ini bertujuan untuk mempertahankan tenaga listrik tetap pada frekuensi 50 H . Proses perubahan ini dikoordinasikan dengan Pusat Pengaturan Beban. Tegangan yang diterima di titik-titik beban pada jaringan distribusi lebih kecil dari tegangan yang disalurkan. Hal ini disebabkan adanya rugi tegangan di sepanjang jaringan listrik yang diakibatkan oleh pemakaian beban listrik, panjang saluran, luas penampang saluran, impedansi saluran dan nilai faktor kerja yang buruk. Akibat dari rugi tegangan ini ialah menimbulkan rugi daya dan mempengaruhi efisiensi penyaluran ke konsumen. Baik buruknya suatu sistem distribusi dinilai dari beberapa faktor, diantaranya1:

1

-

Kontinuitas pelayanan

-

Fleksibelitas

-

Kualitas daya

-

Pertimbangan ekonomis

-

Kondisi dan situasi lingkungan

Suhadi dkk. 2008.Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid 1. Hal 25

8

Politeknik Negeri Sriwijaya Suatu sistem distribusi tenaga listrik biasanya harus memenuhi beberapa syarat diantaranya : -

Regulasi tegangan tidak terlampau besar.

-

Gangguan terhadap pelayanan tidak boleh terlalu lama serta daerah yangmengalami gangguan dibatasi.

-

Gangguan terhadap pelayanan (interuption) tidak boleh terlalu sering.

-

Biaya sistem harus serendah mungkin.

-

Sedapat mungkin sistem harus fleksibel (mudah menyesuaikan diri denganperubahan-perubahan beban atau perubahan-perubahan pada sistem) agar tidak menelan biaya terlalu tinggi.

2.2

Jaringan Distribusi Menurut Susunan Rangkaian Susunan rangkaian sistem jaringan distribusi ada beberapa macam, yaitu:

2.2.1

Sistem Radial2 Sistem radial ini merupakan suatu sistem distribusi tegangan menengah

yang paling sederhana, murah, banyak digunakan terutama untuk sistem yang kecil/kawasan pedesaan. Proteksi yang digunakan tidak rumit dan keandalannya paling rendah. Keuntungan : -

Mudah mengoperasikannya.

-

Sistem pemeliharaannya lebih murah.

-

Bentuknya sederhana

Kerugiannya : -

Kualitas pelayanan dayanya relatif jelek karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar.

-

Kontinuitas pelayanannya tidak terjamin, sebab antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila saluran tersebut mengalami gangguan, maka seluruh rangkaian sesudah titik gangguan akan mengalami pemadaman ’’black out’’ secara total.

2


9


Gambar 2.2 Jaringan Distribusi Sistem Radial

2.2.2

Sistem Loop2 Pada sistem loop terbuka, bagian-bagian feeder tersambung melalui alat

pemisah (disconnectors), dan kedua ujung feeder tersambung pada sumber energi. Pada suatu tempat tertentu di feeder, alat pemisah sengaja dibiarkan dalam keadaan terbuka. Pada azasnya, sistem ini terdiri atas dua feeder yang dipisahkan oleh suatu pemisah, yang dapat berupa sekring, alat pemisah dan saklar daya. Terlihat pada gambar 2.4 bila terjadi gangguan, bagian saluran dari feeder yang terganggu dapat dilepas dan disambung pada feeder yang tidak terganggu. Sistem demikian biasanya dioperasikan secara manual dan dipakai pada jaringan yang relatif kecil. Jaringan ini merupakan pengembangan dari sistem radial. Dengan diperlukannya kehandalan yang lebih tinggi dan umumnya sistem ini dapat dipasok dalam satu gardu induk. Dimungkinkan juga dari gardu induk lain tetapi harus dalam satu sistem di sisi tegangan tinggi, karena hal ini diperlukan untuk manuver beban pada saat terjadi gangguan.

2


10

Politeknik Negeri Sriwijaya Keuntungan dan Kerugian : -

Secara teknis lebih baik dari sistem radial karena kualitas dan kontinuitas pelayanan daya lebih baik. (+)

-

Biaya sedikit lebih mahal karena dibutuhkan pemutus beban lebih banyak. (-)

Gambar 2.3 Jaringan Distribusi Sistem Loop 2.2.3

Sistem Ring2 Bila pada titik beban terdapat dua alternatif saluran berasal lebih dari satu

sumber. Jaringan ini merupakan bentuk tertutup, disebut juga bentuk jaringan "loop". Susunan rangkaian penyulang membentuk ring, yang memungkinkan titik beban dilayani dari dua arah penyulang, sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin, serta kualitas dayanya menjadi lebih baik karena susut tegangan dan rugi daya pada saluran menjadi lebih kecil. Keuntungan : -

Jumlah konsumen yang besar bisa dijangkau.

-

Gangguan salah satu sisi penghantar harus sanggup menampung seluruh beban yang terpasang pada sistem, disini erat hubungannya dengan rugi tegangan.

2

Mudah pengoperasian.


11


Gambar 2.4 Jaringan Distribusi Sistem Ring

2.2.4

Sistem Spindel2 Sistem spindle merupakan sistem yang relatif handal karena disediakan

satu buah express feeder yang merupakan feeder/penyulang tanpa beban dari gardu induk sampai gardu hubung/GH refleksi. Sistem ini banyak digunakan pada jaringan SKTM. Sistem ini relatif mahal karena biasanya dalam pembangunannya sekaligus untuk mengatasi perkembangan beban dimasa yang akan datang. Proteksinya relatif sederhana hampir sama dengan sistem open loop. Biasanya ditiap-tiap feeder dalam sistem spindel disediakan gardu tengah (middle point) yang berfungsi untuk titik manufer apabila terjadi gangguan pada jaringan tersebut.

2


12


Gambar 2.5 Jaringan Distribusi Sistem Spindel

2.3

Jaringan Distribusi Primer1 Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder trafo

substation (G.I.) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 kV. Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplay tenaga listrik sampai ke pusat beban. Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer. Berikut adalah gambar bagian-bagian distribusi primer secara umum.

1

Suhadi dkk. 2008.Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid I. Hal 25

13


Gambar 2.6 Bagian-Bagian Sistem Distribusi Primer Keterangan : 1. Transformator daya

4. Gardu Hubung

2. Pemutus tegangan

5. Gardu Distribusi

3. Penghantar

Bagian-bagian sistem distribusi primer terdiri dari : 1. Transformator daya, berfungsi untuk menurunkan tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan menengah atau sebaliknya. 2. Pemutus tegangan, berfungsi sebagai pengaman yaitu pemutus daya. 3. Penghantar, berfungsi sebagai penghubung daya. 4. Gardu hubung, berfungsi menyalurkan daya ke gardu-gardu distribusi tanpa mengubah tegangan. 5. Gardu distribusi, berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah menjadi tegangan rendah.

2.3.1

Jaringan Distribusi Primer Menurut Bahan Konduktornya3 Jaringan distribusi SUTM 20 KV pada umumnya menggunakan jenis

kawat yaitu saluran yang konduktornya tidak dilapisi isolasi sebagai pelindung luar (telanjang). Tipe demikian digunakan pada pasangan luar yang diharapkan terbebas dari sentuhan misalnya untuk jenis kabel yaitu saluran yang 3

Hutauruk, T.S. 1996. Transmisi Daya Listrik. Hal 4

14

Politeknik Negeri Sriwijaya konduktornya dilindungi/dibungkus lapisan isolasi. Bahan konduktor yang paling sering digunakan adalah tembaga (copper) dan aluminium. Tembaga mempunyai kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahannya ialah untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium, dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar aluminium telah menggantikan kedudukan tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat aluminium digunakan campuran aluminium (aluminium alloy). Oleh karena itu ada beberapa macam jenis konduktor, yaitu: -

AAC (All-Aluminium Conduktor) Kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari aluminium.

-

AAAC (All-Aluminium-Alloy Conduktor) Kawat penghantar yang terbuat dari campuran aluminium.

-

ACSR (All Conduktor, Stell-Reinforce) Kawat penghantar aluminium berinti kawat baja.

-

ACAR (Aluminium Conduktor, Alloy- Reinforced) Kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran.

2.4

Jaringan Distribusi Sekunder1 Jaringan distribusi sekunder terletak pada sisi sekunder trafo distribusi,

yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban (Lihat Gambar 2.1). Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sebagai berikut : - Papan pembagi pada trafo distribusi. - Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). 1

Suhadi dkk. 2008.Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid I. Hal 26

15

Politeknik Negeri Sriwijaya - Saluran Layanan Pelanggan (SLP) ke konsumen/pemakai. - Alat Pembatas dan pengukur daya (kWh meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan.

2.5

Parameter Saluran Distribusi Seluruh saluran yang menggunakan penghantar dari suatu sistem tenaga

listrik memiliki sifat-sifat listrik sebagai parameter saluran seperti resistansi, induktansi, kapasitansi dan konduktansi. Oleh karena saluran distribusi memiliki saluran yang tidak begitu jauh (kurang dari 80 km) dan menggunakan tegangan tidak lebih besar dari 69 kV maka kapasitansi dan konduktansi sangat kecil dan dapat diabaikan. Resistansi yang timbul pada saluran dihasilkan dari jenis penghantar yang memiliki tahanan jenis dan besar resistansi pada penghantar tergantung dari jenis material, luas penampang dan panjang saluran. Resistansi penghantar sangat penting dalam evaluasi efisiensi distribusi dan studi ekonomis. Induktansi timbul dari efek medan magnet di sekitar penghantar jika pada penghantar terdapat arus yang mengalir. Parameter ini penting untuk pengembangan model saluran distribusi yang digunakan dalam analisis sistem tenaga.

2.5.1

Resistansi Saluran Nilai tahanan saluran transmisi dipengaruhi oleh resistivitas konduktor,

suhu, dan efek kulit (skin effect). Tahanan merupakan sebab utama timbulnya susut tegangan pada saluran transmisi. Dikenal dua macam tahanan, yaitu tahanan arus searah dan tahanan arus bolak-balik. Tahanan arus searah ditentukan oleh nilai resistivitas material konduktor: Rdc =

𝜌𝑙 𝐴

𝛺 ........................................................................................... (2.1)4

dimana: Rdc = Tahanan arus searah (Ω) 4

Zuhal. 1995. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Hal 155

16

Politeknik Negeri Sriwijaya 𝜌 = Tahanan penis penghantar/resistivitas (Ωm) 𝑙

= Panjang saluran/konduktor (m)

𝐴 = Luas penampang penghantar (m2)

Sehingga didapatkan tahanan arus bolak-balik (AC), Rac = Rdc (1 + YS + YP) .......................................................................... (2.2)5 dimana: YS = skin effect (efek kulit) YP = proximity effect (efek sekitar)

Efek kulit adalah gejala pada arus bolak balik, bahwa kerapatan arus dalam penampang konduktor tersebut makin besar ke arah permukaan kawat. Akan tetapi bila kita hanya meninjau frekuensi kerja (50 Hertz atau 60 Hertz) maka pengaruh efek kulit itu sangat kecil dan dapat diabaikan. Efek sekitar ialah pengaruh dari kawat lain yang berada di samping permukaan kawat yang pertama (yang ditinjau) sehingga distribusi fluks tidak simetris lagi. Tetapi bila radius konduktor kecil terhadap jarak antara kedua kawat maka efek sekitar ini sangat kecil dan dapat diabaikan.

2.5.2

Reaktansi Saluran Dalam hal arus bolak-balik, medan sekeliling konduktor tidaklah konstan

melainkan berubah-ubah dan berkaitan dengan konduktor itu sendiri maupun konduktor lain yang berdekatan oleh karena adanya fluks yang memiliki sifat induktansi. Untuk besarnya reaktansi sangat ditentukan oleh induktansi dari kawat dan frekuensi arus bolak-balik yaitu : XL = 2π.f.L .......................................................................................... (2.3)6 Dimana : XL = reaktansi kawat penghantar (Ω) 5 6

Pabla, A. S. 1991. Sistem Distribusi Daya Listrik. Hal 204 Eugine C. Lister. 1993. Mesin Dan Rangkaian Listrik. Hal 135

17

Politeknik Negeri Sriwijaya f = frekuensi arus bolak-balik (Hz) L = Induktansi kawat penghantar (Henry) 7 Induktansi Saluran4

2.5.3

Suatu penghantar yang membawa arus menghasilkan suatu medan magnetik di sekeliling penghantar. Fluks magnetik saluran merupakan lingkaran konsentris tertutup dengan arah yang diberikan oleh kaidah tangan kanan. Dengan penunjukan ibu jari sebagai arah arus, jari tangan kanan. yang melingkari titik kawat sebagai arah medan magnetik. Apabila arus berubah, fluks berubah dan suatu tegangan diinduksikan dalam rangkaian. Dengan mendefenisikan material magnetik, induktansi L merupakan rasio Iingkup fluks (flux linkage) magnetik total terhadap arus, 𝜆

𝐿 = 𝑙 .................................................................................................. (2.4) Dimana 𝜆 merupakan lingkup fluks dalam weber lilit (weber turn) 𝜆= L=

1 2𝜋

𝜇0 . 𝜇𝑟 In

𝐷−𝑟 𝑟

weber

𝜇0 . 𝜇𝑟 𝜇0 . 𝜇𝑟 𝐷 − 𝑟 + In H 8𝜋 2𝜋 𝑟

4𝜋 𝑥 10−7 𝐷−𝑟 = {1 + 4 In } H/m 8𝜋 𝑟 𝐷−𝑟 = 10−7 {0.5 + 2 In } H/m 𝑟 𝐷−𝑟 = {0.5 + 4.6 𝑙𝑜𝑔10 } 𝑥 10−7 H/m 𝑟 dimana, 𝜇𝑟 = permeabilitas bahan konduktor 𝜇0 = permeabilitas pada udara bebas 4π x 10-7) Pada saluran transmisi 3 phasa, nilai induktansi/phasa adalah sama dengan nilai induktansi per konduktor, yaitu : 𝐿 = {0.5 + 4.6 𝑙𝑜𝑔10

𝐷−𝑟 𝑟

} 𝑥 10−7 H/m ........................................... (2.5)

dimana D adalah jarak antara konduktor dan r adalah radius masing-masing konduktor tersebut. 4

Zuhal. 1995. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Hal 149

18

Politeknik Negeri Sriwijaya Induktansi dihitung dengan konsep Geometric Means Radius (GMR). Karakteristik penghantar dapat dicari dari buku penghantar atau literature pabrik pembuat yang menyediakan nilai induktansi dari suatu penghantar dalam satuan mH/km. Pabrik pembuat penghantar menyediakan karakteristik standard penghantar dengan ukuran penghantar.

2.6

Daya Listrik7 Apabila suatu sumber listrik arus bolak-balik (AC) diterapkan pada

komponen impedansi kompleks Z = R + jX dimana X = 2π.f.L seperti ditampilkan pada gambar 2.7 (a) , menghasilkan fasor tegangan V = |V| ∠ 𝜃, dan fasor arus I = |I| ∠ 𝜃, dalam nilai efektif (rms) seperti digambarkan pada gambar 2.7 (b)

(a)

(b)

Gambar 2.7 Tegangan AC yang diterapkan pada beban dan diagram fasor. (a) Rangkaian R dan X (b) Diagram Vektor I dan V10

Ungkapan daya pada rangkaian diatas adalah perkalian tegangan dan arus VI* yang menghasilkan, VI∗ = |V||I| ∠ 𝜃 VI∗ = |V||I| cos 𝜃 + j|V||I| sin 𝜃 ........................................................ (2.6)

Persamaan diatas menentukan kuantitas daya kompleks dimana bagian realnya merupakan daya nyata P dan bagian imajinernya merupakan daya reaktif Q sedangkan 𝜃 merupakan sudut daya. 7

Kothari, D. P dan I. J. Nagrath. 2008. Power System Engineering. Hal 156

19

Politeknik Negeri Sriwijaya Menurut Smith (1992) konsep daya kompleks memberikan pendekatan lain untuk pemecahan persoalan rangkaian arus AC. Perhitungan yang mengikuti kaidah aljabar kompleks, teknik vektor dan metode grafik dapat diterapkan seperti ditunjukkan pada gambar 2.8

Gambar 2.8 Segitiga Daya Kompleks

Selanjutnya daya kompleks ditandai dengan S dan diberikan melalui, S = VI* ............................................................................................... (2.7) S = P + jQ .......................................................................................... (2.8) magnitud dari S. |S| = √𝑃2 + 𝑄 2 ................................................................................... (2.9)8 𝑄 = √𝑆 2 − 𝑃2 ................................................................................... (2.10)

Persamaan diatas merupakan daya terlihat (apparent power), satuannya dalam volt-ampere dan satuan besarnya dalam kVA atau MVA. Daya terlihat memberikan indikasi langsung dari energi listrik dan digunakan sebagai suatu rating satuan perangkat daya. Dari uraian diatas maka daya listrik dapat dikelompokkan menjadi tiga macam, daya semu, daya aktif (nyata) dan daya reaktif.

2.6.1

Daya Semu Daya semu adalah daya yang melewati suatu saluran penghantar yang ada

pada jaringan transmisi maupun distribusi atau hasil penjumlahan daya aktif dan

8

Subir Ray. 2007. Electrical Power System. Hal 17

20

Politeknik Negeri Sriwijaya daya reaktif. Daya semu ini umumnya tertera di kWh meter. Dimana daya semu ini dibentuk oleh besaran tegangan yang dikalikan dengan besaran arus. Untuk 1∅ : S = 𝑉∅ 𝑥 𝐼∅ * ...................................................................... (2.11) Untuk 3∅ : S = √3 x VL x IL* ............................................................. (2.12) dimana, S = daya semu (VA)

2.6.2

Daya Aktif Daya aktif (daya nyata) adalah daya yang dipakai untuk menggerakkan

berbagai macam seperti : gerakan motor listrik atau mekanik. Daya aktif ini merupakan pembentukkan dari besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor dayanya. Untuk 1∅ : P = 𝑉∅ x 𝐼∅ x cos 𝜑 .......................................................... (2.13) Untuk 3∅ : P = √3 x VL x IL x cos 𝜑 .................................................. (2.14) dimana, P = daya aktif (watt) V = tegangan yang ada (KV) I = besar arus yang mengalir (A) cos 𝜑 = faktor kerja (standard PLN = 0.85)

2.6.3

Daya Reaktif Daya reaktif merupakan daya yang tidak terpakai dalam suatu sistem

tenaga listrik. Adanya daya reaktif juga sering dipengaruhi oleh beban induktif atau kapasitif suatu rangkaian listrik. Untuk 1 ∅ : Q = 𝑉∅ x 𝐼∅ x sin 𝜑 .......................................................... (2.15) Untuk 3 ∅ : Q = √3 x 𝑉𝐿 x 𝐼𝐿 x 𝑠𝑖𝑛 𝜑 ................................................. (2.16) Dimana Q = daya reaktif (VAR) sin 𝜑 = faktor kerja (tergantung besarnya 𝜑)

2.7

Model Saluran Distribusi Saluran distribusi digambarkan melalui suatu model ekivaien dengan

mengambil parameter rangkaian pada suatu basis per fasa. Tegangan terminal

21

Politeknik Negeri Sriwijaya digambarkan dari satu saluran ke netral, arus dari satu fasa saluran sehingga sistem distribusi tiga fasa berkurang menjadi ekivalen sistem distribusi fasa tunggal. Menurut Stevenson (1995) model saluran distribusi digunakan untuk menghitung tegangan, arus dan aliran daya yang dipengaruhi oleh panjang saluran. Model saluran distribusi diperoleh dengan mengalikan impedansi saluran persatuan panjang dengan panjang saluran. Z = (r + j𝜔L)l .................................................................................... (2.17)2 Z = R + jX .......................................................................................... (2.18)2

Dimana r dan L merupakan resistansi dan induktansi perfasa per-satuan panjang, dan l merupakan panjang saluran. Model saluran distribusi pada suatu basis perfasa ditunjukkan pada gambar (2.9). VS dan Is merupakan tegangan dan arus pada ujung kirim saluran, VR dan IR merupakan tegangan dan arus pada ujung penerima saluran.

Gambar 2.9 Model Saluran Distribusi Keterangan : Vs = tegangan sumber/ pada ujung pengirim (Volt) VR = tegangan pada sisi penerima/beban (Volt) IR = arus pada ujung penerima (A) IS = arus pada ujung pengirim (A) ZL = (R + jX ) impedansi beban (Ω)

2


22

Politeknik Negeri Sriwijaya Jika daya terlihat (apparent power) tiga fasa didistribusikan ke beban pada sisi penerima, arus ujung pengirim diperoleh melalui,

IS =

𝑆𝑆(3∅) ∗ 3𝑉𝑠 ∗

........................................................................................ (2.19)9

Dimana: 𝑆𝑆(3∅) = daya terlihat tiga fasa pada sisi pengirim (MVA) VS

= tegangan sisi pengirim (kV)

Oleh karena arus rangkaian saluran distribusi merupakan hubungan seri dimana kapasitansi shunt saluran diabaikan maka arus ujung pengirim dan ujung penerima adalah sama. IS = IR ................................................................................................................................................ (2.20)

2.8

Rugi Tegangan Saluran Rugi tegangan (voltage losses) adalah perbedaan tegangan kirim dan

tegangan terima karena adanya impedansi pada penghantar. Berdasarkan SPLN 72:1987 sebuah jaringan tegangan menengah (JTM) dengan kriteria rugi tegangan yang dapat diijinkan tidak boleh lebih dari 5% dan minimum -10% (ΔV ≥ 5%). Besarnya rugi tegangan pada saluran transmisi tersebut diukur pada titik yang paling jauh (ujung). Adapun penyebab jatuh tegangan (drop tegangan) adalah : -

Jauhnya jaringan, jauhnya transformator dari gardu induk.

-

Rendahnya tegangan yang diberikan GI atau rendahnya tegangan transformator distribusi.

-

Sambungan penghantar yang tidak baik , penjumperan saluran distribusi tidak tepat sehingga bermasalah di sisi TM dan TR.

9

-

Jenis penghantar dan konektor yang digunakan.

-

Arus yang dihasilkan terlalu besar.

Carlos, 2008. Rugi Daya Aktif Saluran Pada Jaringan Distribusi Daya Listrik Karya Ilmiah. Tidak Diterbitkan.

23

Politeknik Negeri Sriwijaya Berdasarkan rangkaian ekivalen saluran pada gambar (2.9) dan uraian dari persamaan (2.17) sampai (2.20) dapat digambarkan diagram fasor arus dan tegangan untuk beban dengan sudut daya tertinggal (lagging) seperti ditunjukkan pada gambar (2.10).

Gambar 2.10 Diagram fasor saluran distribusi.

Rugi tegangan saluran merupakan tegangan jatuh (voltage drop) sepanjang saluran dan dapat ditentukan, atau 𝑉𝑍 = 𝐼𝑆 × 𝑍𝐿 ............................................................................. (2.21)9 Tegangan sisi penerima atau tegangan sampai ke beban merupakan tegangan sisi pengirim dikurangi tegangan jatuh saluran, 𝑉𝑅 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑍 ................................................................................... (2.22)9 Besar persentase susut tegangan pada saluran distribusi primer dapat dihitung dengan. %𝑉𝑟𝑢𝑔𝑖 = 2.9

𝑉𝑍 𝑉𝑆

x 100% ....................................................................... (2.23)

Rugi Daya Saluran9 Berdasarkan gambar (2.9), rugi daya saluran timbul oleh karena adanya

komponen resistansi dan reaktansi saluran dalam bentuk rugi daya aktif dan reaktif. Rugi daya aktif yang timbul pada komponen resistansi saluran distribusi akan terdisipasi dalam bentuk energi. Sedangkan rugi daya reaktif akan 9

Carlos, 2008. Rugi Daya Aktif Saluran Pada Jaringan Distribusi Daya Listrik. Karya Ilmiah. Tidak Diterbitkan.

24

Politeknik Negeri Sriwijaya dikembalikan ke sistem dalam bentuk medan magnetik dan atau medan listrik. Arus yang mengalir pada saluran akan menghasilkan rugi daya terlihat saluran, 𝑆𝑍(3∅) = 3. 𝑉𝑍 𝐼𝑆 ∗ ............................................................................... (2.24)

Rugi daya terlihat yang dihasilkan pada saluran terdiri dari rugi daya aktif dan rugi daya reaktif yang ditulis dalam bentuk bilangan kompleks dimana rugi daya aktif sebagai bilangan real dan rugi daya reaktif sebagai bilangan imajiner, 𝑆𝑍(3∅) = 𝑃𝑍(3∅) + 𝑗𝑆𝑍(3∅) ................................................................... (2.25)

Berdasarkan diagram fasor pada gambar (2.10), rugi daya aktif perfasa dapat ditentukan dari variable arus, tegangan dan sudut perbedaan fasa jatuh tegangan dan arus saluran. 𝑃𝑍 = 𝑉𝑍 𝐼𝑆 cos ∅ ................................................................................. (2.26) 𝑃𝑅 = 𝑃𝑆 − 𝑃𝑍 ..................................................................................... (2.27) Sudut perbedaan fasa antara jatuh tegangan dan arus saluran, cos ∅ disebut juga sebagai sudut daya saluran atau faktor daya.

2.10

Efisiensi Penyaluran Efisiensi penyaluran adalah perbandingan antara daya nyata yang diterima

dengan daya nyata yang disalurkan atau dengan kata lain perhitungan efisiensi ini berguna untuk mengetahui seberapa persenkah energi listrik tersebut diterima setelah didalam penyalurannya terdapat rugi-rugi. Adapun untuk mendapatkan nilai efisiensi itu adalah sebagai berikut : Setelah tegangan jatuh saluran dihitung dari persamaan (2.21), rugi daya terlihat total saluran dapat diperoleh melalui persamaan (2.25). Daya terlihat pada sisi penerima dapat ditentukan, 𝑆𝑅(3∅) = 𝑆𝑆(3∅) − 𝑆𝑍(3∅) ................................................................... (2.28)

dimana daya terlihat merupakan resultan vektor dari daya nyata dan daya reaktif, sehingga dapat dituliskan,

25

Politeknik Negeri Sriwijaya 𝑆𝑅(3∅) = 𝑃𝑅(3∅) + 𝑗𝑄𝑅(3∅) ................................................................. (2.29)7 𝑆𝑆(3∅) = 𝑃𝑆(3∅) + 𝑗𝑄𝑆(3∅) ................................................................... (2.30)7 Dan efisiensi saluran dapat diperoleh,

𝜂=

𝑃𝑅(3∅) 𝑃𝑆(3∅)

x 100% ...................................................................... (2.31)8

Dimana : PR = daya yang diterima (kW) PS = daya yang disalurkan (kW)

7

Kothari, D. P dan I. J. Nagrath. 2008. Power System Engineering. Hal 207

8

Subir Ray. 2007. Electrical Power System. Hal 100

Politeknik Negeri Sriwijaya BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents