TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem Distribusi Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar (seperti gardu transmisi) dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum yang termasuk ke dalam sistem distribusi antara lain, : 1. Gardu Induk (GI) 2. Jaringan Distribusi Primer 3. Gardu Distribusi (Transformator) 4. Jaringan Distribusi Sekunder Dalam menyalurkan daya listrik dari pusat pembangkit kepada konsumen diperlukan suatu jaringan tenaga listrik. Sistem jaringan ini terdiri dari jaringan transmisi dan jaringan distribusi. Dalam sistem distribusi pokok permasalahan tegangan muncul karena konsumen memakai peralatan dengan tegangan muncul karena konsumen memakai peralatan listrik yang tegangannya sudah ditentukan besarnya. Apabila tegangan sistem terlalu tinggi atau rendah sehingga melewati batas – batas toleransi maka akan mengganggu dan selanjutnya merusak peralatan konsumen. Jika kita meninjau secara umum,ada empat unsur yang terdapat dalam sistem tenaga listrik, yakni: a) adanya unsur pembangkit tenaga listrik yang umumnya tegangan yang dihasilkan berupa Tegangan menengah;
15
Universitas Sumatera Utara
b) suatu sistem transmisi yang dilengkapi dengan adanya perangkat Gardu Induk, karena jaraknya yang biasa jauh, sehingga kita memerlukan penggunaan tegangan tinggi ataupun tegangan ekstra tinggi; c) adanya saluran distribusi, yang biasanya terdiri dari saluran distribusi primer yang dengan tegangan menengah dan saluran distribusi sekunder yang merupakan dengan menggunakan tegangan rendah. d) adanya unsur pemakai tenaga listrik atau konsumen tenaga listrik baik skala industri dengan tegangan menengah, maupun rumah tangga dengan tegangan rendah.
Untuk proses dari Sistem Tenaga Listrik mulai dari pembangkit sampai ke konsumen dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Proses dari Sistem Tenaga Listrik Mulai dari Pembangkit sampai ke konsumen.
16
Universitas Sumatera Utara
Di Indonesia, menurut Abdul Kadir (2006), tegangan yang dihasilkan Pembangkit tenaga listrik berkisar 6KV s.d 20 KV, kemudian karena letak pembangkit tenaga listrik jauh dari konsumen, maka energi listrik harus diangkut melalui saluran transmisi dengan tegangan yang dinaikkan dengan transformator step up menjadi 70 KV, 150 KV, 275 KV dan bahkan untuk tegangan ekstra tinggi 500 KV. Kemudian, setelah mendekat kepada pemakai tenaga listrik, maka tegangan diturunkan dengan tranformator step down menjadi tegangan menengah 20 KV yang dilakukan di GI, ini disebut sebagai saluran distribusi primer, kemudian melalui transformator distribusi diturunkan menjadi tegangan rendah, yakni 220/380 Volt yang kemudian disebut sistem distribusi sekunder. Bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat dengan konsumen adalah sistem distribusi. Juga sistem distribusi adalah bagian sistem tenaga listrik yang paling banyak mengalami gangguan, sehingga masalah utama dalam operasi sistem distribusi adalah mengatasi gangguan. Disamping itu masalah tegangan, bagian – bagian instalasi yang berbeban lebih dan rugi – rugi daya dalam jaringan merupakan masalah yang perlu dicatat dan dianalisa secara terus menerus, untuk dijadikan masukan bagi perencanaan pengembangan sistem dan juga untuk melakukan tindakan – tindakan penyempurnaan pemeliharaan dan penyempurnaan operasi sistem distribusi.
17
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Jenis Sistem Distribusi Sistem distribusi seperti yang diketahui, terdapat dua penggolongan, yaitu distribusi primer yang memakai tegangan menengah, dan distribusi sekunder yang memakai tegangan rendah. 2.1.1.1 Distribusi Primer Distribusi Primer adalah jenis sistem distribusi yang menggunakan tegangan menengah. Pada sistem distribusi primer terdapat beberapa rangkaian sistem distribusi primer,yaitu: i. Sistem Radial, Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah sistem distribusiyang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.
Gambar 2.2. Konfigurasi Jaringan Radial
18
Universitas Sumatera Utara
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang. Bisa dalam bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain. Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.
ii.
Sistem Loop Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti Gambar
2.3. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.
Gambar 2.3. Konfigurasi Sistem Loop
19
Universitas Sumatera Utara
iii.
Sistem Jaringan Spindel Sistem Spindel seperti pada Gambar 2.4. adalah suatu pola kombinasi
jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang (feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH).
Gambar 2.4. Konfigurasi Sistem Spindel Pada sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah penyulang cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu hubung. Pola spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM).
20
Universitas Sumatera Utara
Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel berfungsi sebagai sistem radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM). iv.
Sistem Hantaran Penghubung (Tie Line) Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.5. umumnya digunakan untuk
pelanggan penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain-lain).
Gambar 2.5. Konfigurasi Sistem Tie Line ( Hantaran Penghubung) Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, dan setiap penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang lain.
2.2. Gardu Distribusi Gardu trafo distribusi berlokasi dekat dengan konsumen. Transformator dipasang pada tiang listrik dan menyatu dengan jaringan listrik. Untuk mengamankan transformator dan sistemnya, gardu dilengkapi dengan unit-unit pengaman. Karena tegangan yang masih tinggi belum dapat digunakan untuk mencatu beban secara langsung, kecuali pada beban yang didisain khusus, maka digunakan transformator penurun tegangan ( step down) yang berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah 20kV ke tegangan rendah 400/230Volt. Gardu trafo distribusi ini terdiri dari dua sisi, yaitu : sisi primer
21
Universitas Sumatera Utara
dan sisi sekunder. Sisi primer merupakan saluran yang akan mensuplay ke bagian sisi sekunder. Unit peralatan yang termasuk sisi primer adalah : a. Saluran sambungan dari SUTM ke unit transformator (primer trafo). b. Fuse cut out. c. Ligthning arrester. Gardu trafo distribusi ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Gardu Trafo Distribusi 2.3.
Sistem Tiga Fasa Kebanyakan dari sistem teanga listrik dibangun dengan tiga fase. Yang menjadi
alasana nya didasarkan pada alasan – alasan yang ekonomis dan juga kestabilan aliran daya pada beban. Alasan ekonomis dikarenakan bahwa sistem tiga fasa, penggunaan penghantar untuk transmisi menjadi lebih sedikit, sedangkan untuk kestabilan dikarenakan pada sistem tiga fasa daya yang mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem phasa tunggal, sehingga untuk peralatan dengan catu tiga fasa, daya sistem akan lebih stabil bila dibandingkan dengan peralatan dengan sistem satu fasa. Sistem dari tiga fasa
22
Universitas Sumatera Utara
atau lebih , secara umum akan memunculkan sistem yang lebih kompleks, namun secara prinsip untuk analisa, sistem tetap mudah dilaksanakan. Pada sistem tenaga listrik tiga fasa, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan, dan diserap oleh beban semuanya seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari satu fasa yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fasa dengan fasa lainnya berbeda 1200 listrik, sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 600, dan dapat dihubungkan secara bintang (Y, wye) atau segitiga (delta, Δ,D).
Gambar 2.11 Sistem Tiga Fasa Gambar tersebut menunjukkan fasor diagram darik tegangan fase. Bila fasor – fasor tegangan tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam (arah positif), maka nilai maksimum positif dari fase terjadi berturut – turut untuk fase V1, V2, dan V3. Sistem ini dikenal sevagai sistem yang mempunyai urutan fasa a – b – c. Sistem tiga fasa ini dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fasa.
23
Universitas Sumatera Utara
22.3.1 Hubun ngan Binta ang (Y,wye)) Pada hubbungan binttang (Y,wyee), ujung – ujung u tiap fasa f dihubunngkan menjjadi satu dan menjaddi titik netraal atau bintaang. Tegang gan antara du ua terminal dari tiga termiinal a – b –cc mempuny yai besar maagnitude dan n beda fasa yang berbeeda dengan teganngan tiap
terminaal terhadap titik t
netraal. Tegangann
Va, Vb , Vc disebutt
teganngan “fasa”.
Gamb bar 2.12. H Hubungan Bintang B (Y, wye)
Dengan adanya salu uran / titik nnetralnya, ju uga memben ntuk sistem tegangan tiiga fasa yyang seimbbang dengan n magnitudeenya ( akar 3 dikali magnitude darri tegangan fasa). f Iline = Ifasee Ia = Ib = I c
(1.2)) (1.3))
2.3.22. Hubungaan Segitiga Pada hubbungan segiitiga ( delta ,Δ,D) ketigaa fasa saling g dihubungkkan sehingg ga mem mbentuk hubbungan segittiga 3 Fasa.
24
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13. Hu ubungan Seegitiga (delta,Δ,D)
Dengan tidak adany ya titik netrral, maka beesarnya tegaangan saluraan dihitung antar fasa kkarena tegaangan saluraan dan teganngan fasa mempunyai m besar b magni nitude yang samaa, maka: Vline = V fasa
(1.4)
Tetapi arrus saluran dan arus fassa tidak sam ma dan hubu ungan antarra kedua aru us terseebut dapat diperoleh den ngan mengggunakan hu ukum kircho off, sehinggaa: Iline = aakar 3 Ifase =1,73 = Ifase
(1.5)
2.4. Daya dalaam Sistem Tiga Fasa Daya Sesaaat pada suaatu sumber ssinusoidal satu s fasa jug ga berbentukk sinusoidaal denggan frekuenssi dua kali dari d frekuennsi sumbernya. Maka : P
V I Co os ∅
V I C Cos 2
∅ Watt
(1.6)
Persamaann 1. Diatass dapat diterrapkan padaa setiap phaasa dalam suuatu sistem tiga phasaa seimbang. Stu – satun nya perubahhan yang diiperlukan adalah a adanyya pergesesseran
25
Universitas Sumatera Utara
fasa 1200 diantara fasa – fasanya itu. Sesuai dengan hal tersebut, untuk masing – masing fasa dapat ditulis : P
V I Cos ∅
V I Cos 2
∅ Watt
(1.7)
P
V I Cos ∅
V I Cos 2
∅ Watt
(1.8)
P
V I Cos ∅
V I Cos 2
∅ Watt
(1.9)
Dengan fasa R dipilih sebagai fasa acuan VP dan Ip menyatakan nilai – nilai efektif tegangan fasa, dan arus fasanya serta ∅ menyatakan sudut impedansi beban tiga fasa seimbang yang menyerap daya. Jadi daya sesaat keseluruhannya adalah : P = PR + PS + PT
Watt
(1.10)
P = 3 VPIPCos ∅ - VPIP [ Cos (2ωt- ∅) + Cos (2ωt - ∅ - 1200 ) + Cos ( 2ωt-∅ - 240 0)]
Watt
(1.11)
P = 3 VPIP Cos ∅
Watt
(1.12)
Untuk suatu sistem tiga fasa yang dihubungkan secara Y, maka : V1 = √3 VP I1 = Ip
Volt Ampere
(1.13) (1.14)
Untuk suatu sistem tiga fasa yang dihubungkan secara Δ, maka : V1 = Vp I1 = √3 IP
Volt Ampere
(1.15) (1.16)
26
Universitas Sumatera Utara
Untuk hubungan Y, dengan menggunakan persamaan 1.
dan persamaan 1. maka
didapatkan : P=3
√
I1 Cos ∅ - √3 V1 I1 Cos ∅
Watt
Untuk hubungan Δ, dengan menggunakan persamaan 1.
(1.17)
dan persamaan 1. maka
didapatkan : P=3
√
I1 Cos ∅ - √3 V1 I1 Cos ∅
Watt
(1.18)
Tampak bahwa kedua pernyataan diatas menunjukkan bahwa daya dalam suatu sistem tiga phasa adalah sama, baik untuk hubungan Y ataupun Δ bila dayanya dinyatakan dalam besaran – besaran saluran tetapi perlu diingat bahwa ∅ menyatakan sudut impedansi beban perfasa dan bukan sudut antara V1 dengan I1.
2.5.
Rugi – Rugi Daya Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali dialami rugi-rugi
daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi – rugi pada saluran dan juga rugi – rugi pada transformator yang digunakan. Kedua jenis rugi – rugi daya tersebut memberikan pengarug yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan ke sisi konsumen. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu rugi – rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi perusahaan pengelola listrik.
27
Universitas Sumatera Utara
Yang dimaksud dengan rugi – rugi adalah perbedaan antara daya listrik yang disalurkan (Ps) dengan daya listrik yang terpakai (Pp). Losses (Rugi – Rugi daya) =
x 100 %
(1.19)
a) Rugi – Rugi daya pada penghantar phasa Apabila arus listrik mengalir pada suatu konduktor, maka pada saluran, terjadi rugi – rugi menjadi panas, karena pada saluran tersebut terdapat suatu resistansi. Rugi – Rugi dengan beban terpusat diujung dirumuskan : ∆
I R Cos ∅
∆P
3 I R L
X Sin ∅ L
(1.20) (1.21)
Akan tetapi jika beban tersebut terdistribusi merata di sepanjang saluran distribusi, maka rugi – rugi daya yang timbul adalah :
∆V
∆P
3
R Cos ∅
X Sin ∅ L
R L
(1.22)
(1.23)
dimana : ∆V = Jatuh Tegangan ,V ∆ P = Rugi – Rugi Daya ,Watt I
= Arus yang mengalir pada saluran distribusi , A
28
Universitas Sumatera Utara
R = Tahanan pada Saluran distribusi , Ω/km X = Reaktansi pada saluran distribusi , Ω / km L = Panjang dari saluran distribusi , km Cos ∅ = Faktor daya beban b) Rugi – Rugi Daya Akibat beban tidak seimbang Apabila pembebanan pada setiap fasa pada saluran distribusi tidak seimbang, mengakibatkan arus mengalir pada penghantar netral. Pada penghantar netral terdapat resistansi, maka akan dialiri oleh arus listrik. Hal ini menyebabkan penghantar netral bertegangan yang dapat mengakibatkan tegangan pada transformator distribusi tidak seimbang. Oleh karena arus mengalir pada penghantar netral, maka akan menyebabkan rugi – rugi daya disepanjang penghantar netral, yakni : ∆P
I
R
(1.24)
dimana : ∆P
Rugi
I
Arus yang mengalir pada penghantar Netral , A
R
Rugi Daya pada penghantar netral , Watt
Tahanan pada penghantar Netral , Ω
c) Rugi – Rugi Daya pada Sambungan yang Tidak Baik
29
Universitas Sumatera Utara
Rugi – Rugi ini terjadi karena disepanjang saluran tegangan rendah terdapat beberapa sambungan, yang diantara lain adalah sebagai berikut : 1. Sambungan Jaringan tegangan rendah dengan kabel NYFGBY 2. Percabangan saluran pada jaringan tegangan rendah 3. Percabangan untuk sambungan pelayanan Besar dari rugi – rugi daya akibat dari sambungan ini adalah : ∆P
I R
(1.25)
dimana : ∆P I
Rugi
Rugi daya akibat sambungan , Watt
= Arus yang mengalir pada sambungan , A
R = Besar tahanan pada sambungan
,Ω
30
Universitas Sumatera Utara
