Buku Sistem Distribusi Tenaga Listrik 422zi

DAMAN SUSWANTO

SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK UNTUK MAHASISWA TEKNIK ELEKTRO

Edisi Pertama, 2009

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG i

ii

Kata Pengantar Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan dan kesehatan sehingga penyusunan buku teks Sistem Distribusi Tenaga Listrik ini dapat diselesaikan dengan baik. Dewasa ini pendistribusian tenaga listrik menjadi penting, mengingat kebutuhan akan energi listrik oleh konsumen energi listrik makin lama makin meningkat. Apalagi dengan berkembangnya teknologi dan ilmu pengetahuan dewasa ini, menuntut kebutuhan akan energi listrik makin meningkat. Buku ini berisi bahan kuliah yang diberikan pada mahasiswa di semester 3 yang membahas tentang konsep dasar jaringan distribusi, klasifikasi jaringan distribusi, perencanaan jaringan distribusi, peralatan jaringan distribusi, analisis andongan jaringan distribusi, analisis gangguan jaringan distribusi, analisis peramalan dan kebutuhan energi listrik, dan jaringan distribusi bawah tanah. Pada kesempatan ini penulis berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis, sehingga dapat menyelesaikan buku ini. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Drs. H. Jalius Jama, M.Ed., Ph.D. dan Bapak Dr. Agamuddin, M.Ed. yang telah menganjurkan dan memotivasi penulis untuk membuat buku bidang studi ini. Dan tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada Bapak Ali Basrah Pulungan ST, MT. (Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang), yang telah meluangkan waktunya untuk mengoreksi dan memberi saran tentang isi materi buku teks ini. Penulis menyadari bahwa ”tak ada gading yang tak retak”, maka dengan kerendahan hati penulis mengharapkan saran, komentar atau kritik untuk lebih penyempurnaan buku teks ini dimasa datang Padang, Juli 2009 Penulis

iii

iv

DAFTAR ISI Halaman Muka ....................................................................................................................... Kata Pengantar ....................................................................................................................... Daftar Isi .................................................................................................................................. Daftar Gambar......................................................................................................................... Daftar Tabel ............................................................................................................................

i iii v ix xv

BAB 1.

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI ............................................ A. Pendahuluan ................................................................................................ B. Perbedaan Jaringan Transmisi Dengan Distribusi ................................ C. Sistem Pendistribusian Tenaga Listrik ..................................................... D. Struktur Jaringan Distribusi ...................................................................... E. Persyaratan Sistem Distribusi Tenaga Listrik .........................................

1 1 2 3 4 7

BAB 2.

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI ................................................... A. Pendahuluan ................................................................................................ B. Berdasarkan Ukuran Tegangan................................................................. C. Berdasarkan Ukuran Arus Listrik ............................................................ D. Berdasarkan Sistem Penyaluran................................................................ E. Berdasarkan Konstruksi Jaringan.............................................................. F. Berdasarkan Bentuk Jaringan ....................................................................

11 11 11 15 17 18 20

BAB 3.

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI ............................................ A. Pendahuluan ................................................................................................ B. Faktor-Faktor Dasar Perencanaan Distribusi ......................................... C. Model Perencanaan Sistem Distribusi...................................................... D. Prosedur Pemasangan Jaringan Distribusi ..............................................

27 27 28 33 35

BAB 4.

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI ................................... A. Pendahuluan ................................................................................................ B. Klasifikasi Tiang Penyangga Jaringan Distribusi .................................. C. Ukuran Tiang Penyangga .......................................................................... D. Standarsasi Konstruksi Jaringan Distribusi Tegangan Rendah ........... E. Standarisasi Konstruksi Jaringan Distribusi Tegangan Menengah .....

37 37 37 48 49 54

BAB 5.

ISOLATOR JARINGAN DISTRIBUSI ........................................................ A. Pendahuluan ................................................................................................ B. Bahan-Bahan Isolator Jaringan................................................................... C. Jenis Isolator Jaringan ……………………………………………………. D. Karakteristik Isolator Jaringan .................................................................. E. Penggunaan Isolator Pada Jaringan Distribusi........................................

63 63 63 71 76 80

BAB 6.

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI ............................. A. Pendahuluan .............................................................................................

83 83

v

B. C. D.

Bahan Kawat Penghantar Jaringan ..................................................... Bentuk Kawat Penghantar Jaringan .................................................... Karakteristik Kawat Penghantar Jaringan .........................................

83 86 89

BAB 7.

ANALISIS ANDONGAN JARINGAN DISTRIBUSI .......................... A. Pengertian Andongan Jaringan ........................................................... B. Metode Pengukuran dan Pengecekan Andongan Jaringan ............ C. Andongan dan Panjang Gawang ........................................................ D. Perhitungan Andongan Simetris ......................................................... E. Perhitungan Andongan Tak Simetris .................................................

91 91 91 95 96 100

BAB 8.

ALAT PENGAMAN JARINGAN DISTRIBUSI .................................... A. Pendahuluan .......................................................................................... B. Jenis Gangguan Pada Jaringan Distribusi........................................... C. Alat Pengaman Jaringan Distribusi .................................................... D. Penempatan Alat Pengaman Pada Jaringan ......................................

115 115 116 118 132

BAB 9.

GARDU DISTRIBUSI .................................................................................. A. Pendahuluan .......................................................................................... B. Macam-Macam Gardu Distribusi ........................................................ C. Transfomator Distribusi ........................................................................ D. Transformator Tenaga ........................................................................... E. Kenaikan Suhu Pada Transformator .................................................. F. Jaringan Distribusi Primer ....................................................................

137 137 138 140 147 161 162

BAB 10.

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI .......................... A. Pendahuluan .......................................................................................... B. Sistem Pentanahan Netral .................................................................... C. Tahanan Jenis Tanah ............................................................................. D. Metode Pengukuran Tahanan Jenis Tanah ........................................ E. Elektroda Pentanahan ........................................................................... F. Konduktor Pentanahan ......................................................................... G. Sistem Pentanahan Pada Jaringan Distribusi ....................................

167 167 168 171 173 176 180 180

BAB 11.

KARAKTERISTIK BEBAN TENAGA LISTRIK ................................... A. Pendahuluan .......................................................................................... B. Klasifikasi Beban Listrik ....................................................................... C. Karakteristik Umum Beban Listrik .................................................... D. Kurva Beban dan Beban Puncak .........................................................

185 185 185 186 197

BAB 12.

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTUHAN ENERGI LISTRIK............................................................................................................. A. Pendahuluan .......................................................................................... B. Karakteristik Beban .............................................................................. C. Metode Peramalan ................................................................................ D. Model Peramalan .................................................................................. E. Analisis Peramalan ...............................................................................

201 201 201 204 206 207

vi

F. G. H. I. J.

Peramalan Kebutuhan Energi Elektrik .............................................. Perkiraan Kebutuhan Energi Listrik .................................................. Metode Ramalan Beban Secara Sektoral ........................................... Definisi dan Istilah ................................................................................ Biaya Energi Listrik ..............................................................................

216 224 226 232 238

BAB 13.

ANALISIS GANGGUAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI........... A. Pendahuluan ........................................................................................ B. Jenis Gangguan .................................................................................... C. Penyebab Gangguan ........................................................................... D. Analisis Gangguan .............................................................................. E. Komponen Simetris ............................................................................. F. Gangguan Pada Jaringan Distribusi .................................................

245 245 247 248 252 264 270

BAB 14.

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH..................................... A. Pendahuluan ...................................................................................... B. Perbandingan Antara Saluran Udara dan Saluran Bawah Tanah C. Kabel Saluran Bawah Tanah D. Konstruksi Saluran Bawah Tanah ..................................................... E. Pengaman Kabel Bawah Tanah ......................................................... F. Pelacakan Lokasi Gangguan ..............................................................

273 273 274 276 289 297 298

DAFTAR REFERENSI

vii

viii

DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 1. Sistem Pendistribusian Tenaga Listrik 1 2. Diagram Garis Sistem Tenaga Listrik 2 3. Perbedaan Jaringan Distribusi dan Transmisi Dari Segi Penyangga Jaringan 3 4. Sistem Pendistribusian Langsung dan Tak Langsung 4 5. Gardu Induk ............................................................................................................. 5 6. Jaringan Distribusi Primer 20 kV 5 7. Gardu Distribusi Jenis Tiang 6 8. Jaringan Distribusi sekunder 220 V 7 9. Konstruksi Jaringan Horizontal 19 10. Konstruksi Jaringan Vertikal 19 11. Sistem Jaringan Radial Terbuka 20 12. Sistem Jaringan Radial Paralel 21 13. Sistem Jaringan Tertutup 22 14. Sistem Jaringan Network/Mesh 24 15. Sistem Jaringan Interkoneksi 25 16. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Peramalan Beban 29 17. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pengembangan Gardu 30 18. Prosedur Pemilihan Gardu 31 19. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Lokasi Gardu 31 20. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pemilihan Level Tegangan 31 21. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Lintasan Penyulang Primer 32 22. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Jumlah Penyulang Keluar 32 23. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pemilihan Ukuran Konduktor 33 24. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Investasi Pengembangan Distribusi 33 25. Diagram Alir Proses Perencanaan Sistem Distribusi 34 26. Tiang Kayu Dalam Betuk Segi Empat 38 27. Tiang Kayu Dalam Bentuk Bulat 39 28. Konstruksi Tiang Kayu Yang Digunakan Pada Jaringan Distribusi 41 29. Ukuran Tiang Baja Sambungan 42 30. Ukuran Tiang Baja Jenis Mannasmenn 42 31. Penompang Tiang Beton Praktekan 43 32. Tiang Listrik Dalam Konstruksi Horizontal 45 33. Tiang Listrik Dalam Konstruksi Vertikal 46 34. Simbol Untuk Tiang Singgung (Tangent) 46 35. Simbol Untuk Tiang Ujung (Deadend) 47 36. Simbol Untuk Tiang Sudut (Angle Pole) 47 37. Simbol Untuk Tiang Penegang (Tensio Pole) 50 38. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Penyangga TR-1 50 39. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Sudut TR-2 50 40. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Awal/Akhir TR-3 51 41. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Penyangga Pada Persimpangan TR-4 51 42. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Penegang TR-5 52 ix

43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87.

Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Pencabangan TR-6 Konstruksi Pemasangan SKUTR Dengan Existing TR-7 Konstruksi Pemasangan SKUTR Dengan Ajustable TR-8 Konstruksi Pemasangan SKUTR Trafo Tiang TR-9 Konstruksi Pemasangan SKUTR Pada Tiang Trafo TR-10 Konstruksi Tiang Penyangga TM-1 SUTM Konstruksi Tiang Sudut TM-2 SUTM Konstruksi Tiang Penegang TM-3 SUTM Konstruksi Tiang Akhir TM-4 SUTM Konstruksi Tiang Penegang TM-5 SUTM Konstruksi Tiang Belokan TM-6 SUTM Konstruksi Tiang Belokan TM-9 SUTM Konstruksi Tiang Opstijg Kabel TM-11 SUTM Konstruksi Tiang Akhir Dengan Arrester TM-15 SUTM Konstruksi Tiang Portal (Single Arm) TM-16 SUTM Konstruksi Tiang Portal (Double Arm) TM-16A SUTM Konstruksi Tiang LBS TM-19 SUTM Isolator Jenis Pasak Isolator Jenis Pos Isoator Gantung Jenis Clevis dan Jenis Ball and Socket Isolator Jenis Cincin Isolator Jenis Pasak Tipe A Isolator Jenis Sangga

52 52 53 53 54 54 55 56 56 57 58 59 60 61 62 62 63 72 73 74 75 80 81

Bentuk Kawat Penghantar Jaringan Bentuk Andongan Jaringan Distribusi Cara Mengecek Andongan Dengan Metode Papan Bidik Bentuk Papan Bidik Berbentuk T Bentuk Papan Target Bidik Pengecekan Andongan Dengan Metode Dynamometer Alat Ukur Dyamometer Pemasangan Dynamometer Pada Tiang Penyangga Posisi Dynamometer Dari Depan Posisi Dynamometer Dari Belakang Andongan Pada Daerah Mendatar Bentuk Andongan Simetris Penjumlahan Beban Kawat Penghantar Secara Vektor Bentuk Andongan Horizontal Mendatar Bentuk Andongan Horizontal Melintasi Sungai Dengan Ketinggian Berbeda Bentuk Andongan Horizontal Melintasi Perbukitan Dengan Ketinggian Berbeda Kondisi Andongan Diatas Lembah Bersungai Bentuk Andongan Horizontal Melintasi Lembah Bersungan Dengan Ketinggian Berbeda

88 91 92 92 92 93 93 93 93 94 96 96 99 101 104

106

Bentuk Andongan Vertikal Mendatar

107 x

105 106

88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104. 105. 106. 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. 114. 115. 116. 117. 118. 119. 120. 121. 122. 123. 124. 125. 126. 127. 128. 129. 130.

Bentuk Andongan Vertikal Melintasi Sungai Dengan Ketinggian Berbeda Bentuk Andongan Vertikal Melintasi Perbukitan Dengan Ketinggian Berbeda Bentuk Andongan Vertikal Melintasi Lembah Bersungai Dengan Ketinggian Berbeda Bentuk Pengaman Celah Batang (Rod Gap) Rangkaian Pengaman Celah Batang (RodbGap) Pengaman Tanduk Api (Arcing Horn) Pengaman Tabung Pelindung (Protector Tube) Arus Melalui Arrester Tegangan dan Arus Pelepasan Pada Arrester Lightning Arrester Jenis Thyrite Rangkaian dan Karakteristik Pengaman Arrester Jenis Katup (Valve) Pengaman Arrester Jenis Katup (Valve) Pengaman Arester Katup (Valve) Jenis Saluran Pengaman Arrester Jenis Expulsion Pengaman Fuse Cut Out Penempatan Pengaman Fuse Cut Out dan Arrester Pada Jaringan Penempatan Pengaman Arrester Pada TiangPenyangga Jaringan Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Opstijg Cable Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Akhir Jaringan Penempatan Pengaman Fuse Cut Out dan Arrester Pada Tiang Trafo Double Pole Penempatan Pengaman Fuse Cut Out dan Arrester Pada Tiang Single Pole Konstruksi Gardu Distribusi Konstruksi Gardu Kios Konstruksi Gardu Portal Konstruksi Gardu Kontrol Konstruksi Gardu Distribusi Jenis Konvensionil Konstruksi Gardu Distribusi Tipe CSP Konstruksi Gardu Distribusi Tipe Subway Konstruksi Trafo Tipe Network Konstruksi Trafo Tipe Network Protector Pandangan Depan Trafo Pounted Rangkaian Transformator Satu Fasa Rangkaian Transformator Tiga Fasa Rangkaian Transformator Tiga Fasa Hubungan ∆−∆ Vektor Untuk Tegangan Sephase dengan Arus Rangkaian Transformator Tiga Fasa Hubungan Y−Y Rangkaian Transformator Tiga Fasa Hubungan ∆−Y Rangkaian Transformator Tiga Fasa Hubungan Y−∆ Sistem Netral Tidak Diketanahkan ....................................................................... Pentanahan Netral Langsung ................................................................................ Fasa Tegangan Tanah Pada Pentanahan Netral Dengan Tahanan .................. Gangguan Fasa T ke Tanah Pada Pentanahan Netral Langsung ..................... Rangkaian Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan Metode Tiga Titik ..... xi

111 112 113 118 118 119 121 122 122 125 126 126 127 128 131 132 133 133 134 134 135 137 139 139 140 141 142 143 144 145 146 147 153 154 155 157 159 160 168 169 170 171 174

131. 132. 133. 134. 135. 136. 137. 138. 139. 140. 141. 142. 145. 146. 147. 148. 149. 150. 151. 152. 153. 154. 155. 156. 157. 158. 159. 160. 161. 162. 163. 164. 165. 166. 167. 168. 169. 170. 171. 172. 173. 174. 175. 175.

Rangkaian Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan Metode Empat Titik ... Elektroda Batang dan Lapisan-Lapisan Tanah Disekeliling Elektroda ............. Pentanahan Dengan Dua Batang Konduktor (Hubungan Paralel) .................... Elektroda Plat Dipasang Vertikal ………………………………………………… Jenis-Jenis Elekroda Pita dan Cara Pemasangannya ............................................ Pentanahan Netral Pada Tiang Lurus (Tangent) .................................................. Pentanahan Netral Pada Tiang Akhir (deadend) ................................................. Sistem Pentanahan Langsung Pada Tiang Baja .................................................... Pentanahan Arrester Pada Tiang Lurus (Tangent) ............................................... Pentanahan Arrester dan Fuse Cut Out Pada Tiang Trafo Single Pole ………. Pentanahan Arrester dan Fuse Cut Out Pada Tiang Trafo Double Pole ……... Pentanahan Capasitor Bank Pada Tiang Lurus .................................................... Sistem Pentanahan Pada Konstruksi Opstijg Cable ............................................. Beban Puncak Harian (30 Hari) ............................................................................... Kurva Beban Puncak Bulanan ................................................................................. Kurva Beban Tahunan .............................................................................................. Perubahan Kebutuhan Maksimum Terhadap Waktu .......................................... Dua Nilai Ekstrem Untuk Faktor Diversitas ......................................................... Kurva Beban Harian ................................................................................................. Kurva Lama Beban .................................................................................................... Kurva Beban Industri ................................................................................................ Kurva Beban Transpor Kota ……………………………………………………… Kurva Beban Penerangkan Kota ............................................................................. Kurva Beben Rumah Tangga ................................................................................... Kurva Beban Metropolitan ....................................................................................... Prubahan Kebutuhan Maksimum Terhadap Waktu ........................................... Kurva Pendekatan …………………………………………………………………. Pola Perkembangan Beban Listrik Pada Satu Daerah, Kurva S ………………. Kurva Trend Gompertz …………………………………………………………… Kurva Beban ……………………………………………………………………… Grafik Chronologis dan Grafik Durasi ................................................................... Kurva Durasi Beban .................................................................................................. Grafik Metode Garis dan Metode Pengumpulan Biaya ...................................... Grafik Energi Yang Digunakan …………………………………………………... Persentase Gangguan Berdasarkan Sebab ............................................................. Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ketanah Untuk Netral Tidak Ditanahkan ...................................................................................................... Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah .............................. Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah .............. Vektor Diagram Arus dan Tegangan Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah ..................................................................................................................... Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah .............................. Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ............................................... Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Dengan Vektor Diagram Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa …………………………….... Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ……………………………… xii

175 177 177 178 179 181 181 182 182 183 183 184 184 188 188 189 190 193 194 195 198 199 199 199 199 202 227 228 231 233 236 236 239 241 246 254 255 256 257 257 258 258 258 260

176. 177. 178. 179. 180. 181. 182. 183. 184. 185. 186. 176. 177. 178. 179. 180. 181. 182. 183. 184. 185. 186. 187. 188. 189. 190. 191. 192. 193. 194. 195. 196. 197. 198. 199. 200. 201. 202. 203. 204. 205. 206.

Rangkaian Gangguan Hubung Sikat Fasa ke Fasa ............................................... Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat Fasa – Fasa ............................................... Diagram Vektor Arus dan Tegangan Untuk Gangguan Hubung Singkat Fasa – Fasa .................................................................................................................. Rangkaian Hubung Singkat Fasa – Fasa ................................................................ Rangkaian dan Rumus Gangguan Hubung Singkat Fasa – Fasa ....................... Rangkaian dan Vektor Diagram Gangguan Hubung Singkat Fasa-Fasa ke Tanah ........................................................................................................................... Rangkaian Hubung Singkat Tiga Fasa ................................................................... Vektor Diagram Untuk Komponen Simetris ......................................................... Vektor Diagram Untuk Komponen Simetris ......................................................... Vektor Diagram Untuk Komponen Simetris ......................................................... Diagram Urutan Positif dan Urutan Nol Pada Transformator Terhubung Delta – Wye ................................................................................................................ Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Fasa ke Ground .................................... Rangkaian Gangguan Hubung Singkat Fasa ke Fasa ke Ground ...................... Kabel Netral Konsentris …………………………………………………………... Bagian Utama Dari Kabel ......................................................................................... Bagian Pelengkap Dari Kabel .................................................................................. Konstruksi Kabel Ikat ............................................................................................... Konstruksi Kabel H ................................................................................................... Kabel Sintentis Inti Tunggal .................................................................................... Kabel Sintentis Inti Tiga ........................................................................................... Kabel Minyak Bentuk Bulat ..................................................................................... Kabel Minyak Datar ……………………………………………………………….. Kabel Minyak Dengan Saluran Minyak ................................................................. Kabel Minyak Dengan Tahanan .............................................................................. Jenis Kabel S.L. dan S.A. ........................................................................................... Teknik Pemasangan Kabel Bawah Tanah Pada Ruangan Saluran Kabel ......... Konstruksi Penarikan Kabel Tanah ........................................................................ Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Dibawah Jalan Raya ................................ Pemasanan Kabel Tanah Pada Jembatan Beton .................................................... Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Dengan Kabel Telekomunikasi dan Kabel Listrik ………………………………………………………………………... Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Dibawah Rel Kereta Api ......................... Konstruksi Penanaman Kabel Bawah Tanah Dibawah Jalan Raya Aspal ........ Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Melintasi Jalan Raya ................................ Konstruksi Lintasan Kabel Tanah Diatas Sungai ................................................. Konstruksi Kabel Tanah Menyeberangi Pipa Atau Kabel ................................... Konstruksi Penyambunga Secara Simplex Puling Grip ...................................... Konstruksi Penyambungan Secara Duplex Puling Grip ..................................... Konstruksi Penyambungan Kabel Bawah Tanah Degan Pelindung Isolasi PE XLP, dan EPR ............................................................................................................. Terminating Kabel Bawah Tanah Pada Tiang Opstijg Cable ............................. Terminating Kabel NA2XSEFGbY .......................................................................... Indikator Gangguan ……………………………………………………………….. Gambar Keluaran Alat GPR ..................................................................................... xiii

260 261 261 262 262 262 263 265 267 268 269 270 270 277 279 279 282 282 283 283 284 284 284 284 285 290 290 291 293 293 294 294 294 295 295 296 296 296 297 297 298 299

207. 208.

Hasil Akuisisi Data Alat GPR .................................................................................. Alat Pelacak Gangguan Kabel Tanah .....................................................................

xiv

299 299

DAFTAR TABEL Tabel Halaman 1. Perbedaan Antara Jaringan Distribusi Dengan Jaringan Transmisi .................. 2 2. Nilai Stadar Tegangan Nominal dan Tegangan Tinggi Peralatan ..................... 12 3. Standar Tegangan Jaringan Transmisi dan Distribusi ......................................... 15 4. Perbandingan Kekuatan Tiang Kayu ..................................................................... 40 5. Ukuran Tiang Kayu .................................................................................................. 40 6. Standar Spesifikasi Tiang Beton Pratekan ............................................................. 44 7. Ukuran Tiang dan Jarak Antar Tiang Menurut Peraturan AVE D210 .............. 48 8. Nilai Konstante Dielektrikum Beberapa Bahan Isolator ...................................... 73 9. Sifat-Sifat Logam Penghantar Jaringan .................................................................. 82 10. Ukuran Tingi Tiang Dengan Panjang Gawang ..................................................... 91 11. Ukuran Tinggi Menara dan Panjang Gawang ..................................................... 91 12 Tegangan Sistem dan Panjang Celah ...................................................................... 116 13. Klasifikasi Batas Suhu ............................................................................................... 155 14. Susut Umur Transformator Distribusi ................................................................... 156 15. Tahanan Jenis Tanah ................................................................................................. 172 16. Faktor Permintaan Untuk Beberapa Tipe Pelanggan ………………………… 235 17. Faktor Divesitas ……………………………………………………………………. 235 18. Jumlah Fase Yang Mengalami Gangguan .............................................................. 250 19. Frekuensi Gangguan Yang Terjadi Pada Saluran Udara ..................................... 264 20. Data Gangguan Pada Gardu Induk Simpang Haru ............................................. 272 21. Karakteristik Bahan Isolasi ....................................................................................... 289

xv

DAFTAR ISTILAH, SINGKATAN DAN SIMBOL 1 1.

Perbedaan Antara Jaringan Distribusi Dengan Jaringan Transmisi ................

1

1.

Perbedaan Antara Jaringan Distribusi Dengan Jaringan Transmisi ................

1

DAFTAR LAMPIRAN 1.

1

1.

Perbedaan Antara Jaringan Distribusi Dengan Jaringan Transmisi ................

1

1.

Perbedaan Antara Jaringan Distribusi Dengan Jaringan Transmisi ................

1

FORMAT BUKU DISTRIBUSI Margin Top Left Gutter

: 4,5 cm : 3,5 cm : 0 cm

Bottom : 4,5 cm Right : 3,5 cm Gutter position : Left

Portrait Mulitiple page Apply to

: Normal : Whole document

Paper Kertas Width Height

: A4 : 21 cm : 29,7 cm

: 21 cm : 29,7 cm

First page Defaut tray (automatically)

Other pages Defaut tray (automatically)

xvi

Mulitiple page Apply to

: Normal : Whole document

Layout Section start : New page From edge header : 3, 5 cm From edge footer : 3,5 cm

21-07-2009

Nomor gambar Nomor halaman Nomor tabel Daftar pustaka

Periksa / Edit Penggantian gambar

xvii

DAFTAR GAMBAR & TABEL Bab 1

Judul Konsep Dasar Jaringan Distribusi

Halaman 1 − 10 (10h)

1 6

Nomor Gambar 2 3 4 7 8

5

Nomor Tabel 1

2

Klasifikasi Jaringan Distribusi

11 − 26 (16h)

9 14

10 15

11

12

13

3

Perencanaan Jaringan Distribusi

27 − 36 (10h)

16 21

17 22

18 23

19 24

20 25

4

Tiang Penyangga Jaringan Distribusi

37 − 62 (31h)

26 31 36 41 46 51 56

27 32 37 42 47 52 57

28 33 38 43 48 53 58

29 34 39 44 49 54 59

5

Isolator Jaringan Distribusi

63 − 82 (20h)

60 65

61 66

62 67

63

6

Kawat Penghantar Jaringan Distribusi

83 − 90 (8h)

68

7

Analisis Andongan Jarigan Distribusi

91 − 114 (24h)

69 74 79 84 89

70 75 80 85 90

71 76 81 86

72 77 82 87

73 78 83 88

10

8

Alat Pengaman Jaringan Distribusi

115 − 136 (21h)

91 96 101 106

92 97 102 107

93 98 103 108

94 99 104

95 100 105

12

9

Gardu Distribusi

137 − 165 (29h)

109 114 119 124

110 115 120 125

111 116 121

112 117 122

113 118 123

13

10

Sistem Pentanahan Jaringan Distribusi

166 − 182 (17h)

126 131

127 132

128 133

129 134

130

15

11

Karakteristik Beban Tenaga Listrik

183 − 206 (25h)

135 140

136 141

137 142

138 143

139 144

xviii

2

3

30 35 40 45 50 55

4 7

5

64

8 9 11

14

6

Bab 12

Judul Analisis Kebutuhan dan Perkiraan Beban

Halaman 207 − 248

13

Analisis Gangguan Pada Jaringan Distribusi

249 − 254 (6h)

14

Jaringan Distribusi Bawah Tanah

15

Analisis Jaringan Distribusi

BAB 15.

145 150

146 151

147 152

154 159

Nomor Gambar 155 156 157 160 161 162

158

163 168

164 169

167 172

165 170

148 153

166 171

149

Nomor Tabel 16 17

(8h)

ANALISIS JARINGAN DISTRIBUSI ............................................... A. Pendahuluan ........................................................................................ B. Drop Tegangan dan Regulasi Tegangan.......................................... C. Efisiensi Jaringan Distribusi ....................................................... D. Analisis Jaringan Terbuka (Radial)................................................... E. Analisis Jaringan Tertutup (Loop).................................................... F. Analisis Jaringan Paralel ................................................................ G. Analisis Jaringan Interkoneksi



xix

18

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

1

BAB 1 KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Sistem penyaluran tenaga listrik dari pembangkit tenaga listrik ke konsumen (beban), merupakan hal penting untuk dipelajari. Mengingat penyaluran tenaga listrik ini, prosesnya melalui beberapa tahap, yaitu dari pembangkit tenaga listrik penghasil energi listrik, disalurankan ke jaringan transmisi (SUTET) langsung ke gardu induk. Dari gardu induk tenaga listrik disalurkan ke jaringan distribusi primer (SUTM), dan melalui gardu distribusi langsung ke jaringan distribusi sekuder (SUTR), tenaga listrik dialirkan ke konsumen. Dengan demikian sistem distribusi tenaga listrik berfungsi membagikan tenaga listrik kepada pihak pemakai melalui jaringan tegangan rendah (SUTR), sedangkan suatu saluran transmisi berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik bertegangan ekstra tinggi ke pusat-pusat beban dalam daya yang besar (melalui jaringan distribusi). Pada gambar 1 dibawah ini dapat dilihat, bahwa tenaga listrik yang dihasilkan dan dikirimkan ke konsumen melalui Pusat Pembangkit Tenaga Listrik, Gardu Induk, Saluran Transmisi, Gardu Induk, Saluran Distribusi, dan kemudian ke beban (konsumen tenaga listrik).

Gambar 1. Sistem pendistribusian tenaga listrik.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

1

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

2

Sistem pembangkit (generation plant) terdiri dari satu atau lebih unit pembangkit yang akan mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik dan harus mampu menghasilkan daya listrik yang cukup sesuai kebutuhan konsumen. Sistem transmisi berfungsi mentransfer energi listrik dari unit-unit pembangkitan di berbagai lokasi dengan jarak yang jauh ke sistem distribusi, sedangkan sistem distribusi berfungsi untuk menghantarkan energi listrik ke konsumen, seperti ditunjukkan pada gambar 2 dibawah ini.

Gambar 2. Diagram Garis Sistem Tenaga Listrik

B. Perbedaan Jaringan Distribusi Dengan Jaringan Transmisi Untuk membedakan antara jaringan transmisi dan jaringan distribusi dapat dilihat pada tabel 1 yang dipandang dari berbagai segi sudut pandang. Tabel 1. Perbedaan Antara Jaringan Distribusi dengan Jaringan Transmisi No

Dari segi

Distribusi

Transmisi

1

Letak Lokasi Jaringan

Dalam kota

Luar kota

2

Tegangan Sistem

< 30 kV

> 30 kV

3

Bentuk Jaringan

Radial, Loop, Paralel Interkoneksi

Radial dan Loop

4

Sistem Penyaluran

Saluran Udara dan Saluran Bawah Tanah

Saluran Udara Saluran Bawah Laut

5

Konstruksi Jaringan

Lebih rumit dan beragam

Lebih sederhana

6

Analisis Jaringan

Lebih kompleks

Lebih sederhana

7

Komponen Rangkaian Yang Diperhitungkan

Komponen R dan L

Komponen R, L, & C

8

Penyangga Jaringan

Tiang Jaringan

Menara Jaringan

9

Tinggi Penyangga Jaringan

Kurang dari 20 m

30 - 200 m

10

Kawat Penghantar

BCC, SAC, AAC, & AAAC

ACSR dan ACAR

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

2

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

11

Kawat Tarikan

12

Isolator Jaringan

13

Besarnya Andongan

14

Fungsinya

15 16

3

Dengan kawat tarikan

Tanpa kawat tarikan

Jenis pasak (pin) Jenis post (batang) Jenis gantung Jenis cincin

Jenis gantung

0-1m

2-5m

Menyalurkan daya ke konsumen

Menyalurkan daya ke Gardu Induk

Bahan penyangga

Baja, besi, kayu

Baja

Jarak antar tiang

40 – 100 m

150 – 350 m

(a)

(b) Gambar 3. Perbedaan jaringan distribusi dan transmisi dari segi penyangga jaringan. a. Jaringan Distribusi, b. Jaringan Transmisi

C. Sistem Pendistribusian Tenaga Listrik Sistem jaringan tenaga listrik adalah penyaluran energi listrik dari pembangkit tenaga listrik (power station) hingga sampai kepada konsumen (pemakai) pada tingkat tegangan yang diperlukan. Sistem tenaga listrik ini terdiri dari unit pembangkit, unit transmisi dan unit distribusi. Sistem pendistribusian tenaga listrik dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu sistem pendistribusian langsung dan sistem pendistribusian tak langsung.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

3

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

1.

2.

4

Sistem Pendistribusian Langsung Sistem pendistribusian langsung merupakan sistem penyaluran tenaga listrik yang dilakukan secara langsung dari Pusat Pembangkit Tenaga Listrik, dan tidak melalui jaringan transmisi terlebih dahulu. Sistem pendistribusian langsung ini digunakan jika Pusat Pembangkit Tenaga Listrik berada tidak jauh dari pusat-pusat beban, biasanya terletak daerah pelayanan beban atau dipinggiran kota. Sistem Pendistribusian Tak Langsung Sistem pendistribusian tak langsung merupakan sistem penyaluran tenaga listrik yang dilakukan jika Pusat Pembangkit Tenaga Listrik jauh dari pusat-pusat beban, sehingga untuk penyaluran tenaga listrik memerlukan jaringan transmisi sebagai jaringan perantara sebelum dihubungkan dengan jaringan distribusi yang langsung menyalurkan tenaga listrik ke konsumen.

Gambar 4. Sistem pendistribusian langsung dan tak langsung

D. Struktur Jaringan Distribusi Sistem distribusi tenaga listrik terdiri dari beberapa bagian, yaitu : 1.

Gardu Induk atau Pusat Pembangkit Tenaga Listrik Pada bagian ini jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara langsung, maka bagian pertama dari sistem distribusi tenaga listrik adalah Pusat Pembangkit Tenaga Listrik. Biasanya Pusat Pembangkit Tenaga Listrik terletak di pingiran kota dan pada umumnya berupa Pusat Pembangkit Tenaga Diesel (PLTD). Untuk menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat beban (konsumen) dilakukan dengan jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

4

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

5

Jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara tak langsung, maka bagian pertama dari sistem pendistribusian tenaga listrik adalah Gardu Induk yang berfungsi menurunkan tegangan dari jaringan transmisi dan menyalurkan tenaga listrik melalui jaringan distribusi primer.

Gambar 5. Gardu Induk

2.

Jaringan Distribusi Primer Jaringan distribusi primer merupakan awal penyaluran tenaga listrik dari Pusat Pembangkit Tenaga Listrik ke konsumen untuk sistem pendistribusian langsung. Sedangkan untuk sistem pendistribusian tak langsung merupakan tahap berikutnya dari jaringan transmisi dalam upaya menyalurkan tenaga listrik ke konsumen. Jaringan distribusi primer atau jaringan distribusi tegangan tinggi (JDTT) memiliki tegangan sistem sebesar 20 kV. Untuk wilayah kota tegangan diatas 20 kV tidak diperkenankan, mengingat pada tegangan 30 kV akan terjadi gejala-gejala korona yang dapat mengganggu frekuensi radio, TV, telekomunikasi, dan telepon.

Gambar 6 Jaringan distribusi primer 20 kV

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

5

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

6

Sifat pelayanan sistem distribusi sangat luas dan komplek, karena konsumen yang harus dilayani mempunyai lokasi dan karaktristik yang berbeda. Sistem distribusi harus dapat melayani konsumen yang terkonsentrasi di kota, pinggiran kota dan konsumen di daerah terpencil. Sedangkan dari karaktristiknya ada konsumen perumahan dan konsumen dunia industri. Sistem konstruksi saluran distribusi terdiri dari saluran udara dan saluran bawah tanah. Pemilihan konstruksi tersebut didasarkan pada pertimbangan sebagai berikut: alasan teknis yaitu berupa persyaratan teknis, alasan ekonomis, alasan estetika dan alasan pelayanan yaitu kontinuitas pelayanan sesuai jenis konsumen. 3.

Gardu Pembagi/Gardu Distribusi Berfungsi merubah tegangan listrik dari jaringan distribusi primer menjadi tegangan terpakai yang digunakan untuk konsumen dan disebut sebagai jaringan distribusi skunder. Kapasitas transformator yang digunakan pada Gardu Pembagi ini tergantung pada jumlah beban yang akan dilayani dan luas daerah pelayanan beban. Bisa berupa transformator satu fasa dan bisa juga berupa transformator tiga fasa.

Gambar 7. Gardu distribusi jenis tiang

4.

Jaringan Distribusi Sekunder Jaringan distribusi sekunder atau jaringan distribusi tegangan rendah (JDTR) merupakan jaringan tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen. Oleh karena itu besarnya tegangan untuk jaringan distribusi sekunder ini 130/230 V dan 130/400 V untuk sistem lama, atau 230/400 V untuk sistem baru. Tegangan 130 V dan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

6

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

7

230 V merupakan tegangan antara fasa dengan netral, sedangkan tegangan 400 V merupakan tegangan fasa dengan fasa.

Gambar 8. Jaringan distribusi sekunder 220 V

E. Persyaratan Sistem Distriusi Tenaga Listrik Dalam usaha meningkatkan kualitas, keterandalan, dan pelayanan tenaga listrik ke konsumen, maka diperlukan persyaratan sistem distribusi tenaga listrik yang memenuhi alasan-alasan teknis, ekonomis, dan sosial sehingga dapat memenuhi standar kualitas dari sistem pendistribusian tenaga listrik tersebut. Adapun syarat-syarat sistem distribusi tenaga listrik tersebut adalah : 1.

Faktor Keterandalan Sistem a. Kontinuitas penyaluran tenaga listrik ke konsumen harus terjamin selama 24 jam terus-menerus. Persyaratan ini cukup berat, selain harus tersedianya tenaga listrik pada Pusat Pembangkit Tenaga Listrik dengan jumlah yang cukup besar, juga kualitas sistem distribusi tenaga listrik harus dapat diandalkan, karena digunakan secara terus-menerus. Untuk hal tersebut diperlukan beberapa cadangan, yaitu cadangan siap, cadangan panas, dan cadangan diam. 1). Cadangan siap adalah suatu cadangan yang didapat dari suatu pembangkit yang tidak dibebani secara penuh dan dioperasikan sinkron dengan pembangkitlain guna menanggulangi kekurangan daya listrik.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

7

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

8

2). Cadangan panas adalah cadangan yang disesuaikan dari pusat pembangkit tenaga termis dengan ketel-ketel yang selalu dipanasi atau dari PLTA yang memiliki kapasitas air yang setiap saat mampu untuk menggerakkannya. 3). Cadangan diam adalah cadangan dari pusat-pusat pembangkit tenaga listrik yang tidak dioperasikan tetapi disediakan untuk setiap saat guna menanggulangi kekurangan daya listrik. b. Setiap gangguan yang terjadi dengan mudah dilacak dan diisolir sehingga pemadaman tidak perlu terjadi. Untuk itu diperlukan alatalat pengaman dan alat pemutus tegangan (air break switch) pada setiap wilayah beban. c. Sistem proteksi dan pengaman jaringan harus tetap dapat bekerjadengan baik dan cepat. 2.

Faktor Kualitas Sistem a. Kualitas tegangan listrik yang sampai ke titik beban harus memenuhi persyaratan minimal untuk setiap kondisi dan sifat-sifat beban. Oleh karena itu diperlukan stabilitas tegangan (voltage regulator) yang bekerja secara otomatis untuk menjamin kualitas tegangan sampai ke konsumen stabil. b. Tegangan jatuh atau tegangan drop dibatasi pada harga 10 % dari tegangan nominal sistem untuk setiap wilayah beban. (Lihat IEC Publication 38/1967). Untuk itu untuk daerah beban yang terlalu padat diberikan beberapa voltage regulator untuk menstabilkan tegangan. c. Kualitas peralatan listrik yang terpasang pada jaringan dapat menahan tegangan lebih (over voltage) dalam waktu singkat.

3.

Faktor Keselamatan Sistem dan Publik a. Keselamatan penduduk dengan adanya jaringan tenaga listrik harus terjamin dengan baik. Artinya, untuk daerah padat penduduknya diperlukan rambu-rambu pengaman dan peringatan agar penduduk dapat mengetahui bahaya listrik. Selain itu untuk daerah yang sering mengalami gangguan perlu dipasang alat pengaman untuk dapat meredam gangguan tersebut secara cepat dan terpadu. b. Keselamatan alat dan perlengkapan jaringan yang dipakai hendaknya memiliki kualitas yang baik dan dapat meredam secara cepat bila terjadi gangguan pada sistem jaringan. Untuk itu diperlukan jadwal pengontrolan alat dan perlengkapan jaringan secara terjadwal dengan baik dan berkesinambungan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

8

KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI

9

4.

Faktor Pemeliharaan Sistem a. Kontinuitas pemeliharaan sistem perlu dijadwalkan secara berkesinam-bungan sesuai dengan perencanaan awal yang telah ditetapkan, agar kualitas sistem tetap terjaga dengan baik. b. Pengadaan material listrik yang dibutuhkan hendaknya sesuai dengan jenis/ spesifikasi material yang dipakai, sehingga bisa dihasilkan kualitas sistem yang lebih baik dan murah.

5.

Faktor Perencanaan Sistem Perencanaan jaringan distribusi harus dirancang semaksimal mungkin, untuk perkembangan dikemudian hari.

Persyaratan sistem distribusi seperti diatas hanya bisa dipenuhi bila tersedia modal (investasi) yang cukup besar, sehingga sistem bisa dilengkapi dengan peralatan-peralatan yang mempunyai kualits tinggi. Selain pemeliharaan sistem yang berkesinambungan sesuai jadwal yang ditentukan, seringkali berakibat fatal pada sistem jaringan justru karena kelalaian dalam cara pemeliharaan yang sebenarnya, disamping peren-canaan awal yang kurang memenuhi syarat. Untuk sistem tenaga listrik yang besar (power utility) biaya untuk sistem distribusi bisa mencapai 50 % - 60 % investasi keseluruhan yang diperlukan untuk sistem tenaga listrik. Apalagi sistem distribusi merupakan bagian yang paling banyak mengalami gangguan-gangguan sehingga bisa mengganggu kontinuitas aliran tenaga listrik pada konsumen.



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

9

KONSEP

DASAR

JARINGAN

DISTRIBUSI

10

DAMAN

10

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

11

BAB 2 KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan dari berbagai segi, antara lain adalah : 1. Berdasarkan ukuran tegangan 2. Berdasarkan ukuran arus 3. Berdasarkan sistem penyaluran 4. Berdasarkan konstuksi jaringan 5. Berdasarkan bentuk jaringan B. Berdasarkan Ukuran Tegangan Berdasarkan ukuran tegangan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat dibedakan pada dua sistem, yaitu (a). sistem jaringan distribusi primer, dan (b). sistem jaringan distribusi sekunder. a.

Sistem jaringan distribusi primer Sistem jaringan distribusi primer atau sering disebut jaringan distribusi tegangan tinggi (JDTT) ini terletak antara gardu induk dengan gardu pembagi, yang memiliki tegangan sistem lebih tinggi dari tegangan terpakai untuk konsumen. Standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 6 kV, 10 kV, dan 20 kV (sesuai standar PLN). Sedangkan di Amerika Serikat standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 2,4 kV, 4,16 kV, dan 13,8 kV.

b.

Sistem jaringan distribusi sekunder Sistem jaringan distribusi sekunder atau sering disebut jaringan distribusi tegangan rendah (JDTR), merupakan jaringan yang berfungsi sebagai penyalur tenaga listrik dari gardu-gardu pembagi (gardu distribusi) ke pusat-pusat beban (konsumen tenaga listrik). Besarnya standar tegangan untuk jaringan ditribusi sekunder ini adalah 127/220 V untuk sistem lama, dan 220/380 V untuk sistem baru, serta 440/550 V untuk keperluam industri. Besarnya tegangan maksimum yang diizinkan adalah 3 sampai 4 % lebih besar dari tegangan nominalnya. Penetapan ini sebanding dengan besarnya nilai tegangan jatuh (voltage drop) yang telah ditetapkan berdasarkan PUIL 661 F.1, bahwa rugi-rugi daya pada

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

12

suatu jaringan adalah 15 %. Dengan adanya pembatasan tersebut stabilitas penyaluran daya ke pusat-pusat beban tidak terganggu. c.

Tegangan Lebih Pada sistem jaringan tenaga listrik seringkali terjadi perubahan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan maksimumnya, baik lebih tinggi untuk sesaat yang berupa tegangan lebih peralihan (transient over voltage) maupun lebih tinggi secara bertahan yang berupa tegangan lebih stasioner. Pada umumnya tegangan lebih ini ditimbulkan oleh dua sebab, yaitu disebabkan kerana sistem itu sendiri dan sebab luar sistem. Tegangan lebih yang disebabkan oleh sistem itu sendiri biasanya terjadi karena : a. Adanya gangguan hubung singkat (short circuit) pada kawat penghantar jaringan. b. Putusnya kawat penghantar yang panjangnya melebihi batas tertentu. c. Adanya kerja hubung yang terjadi karena penutupan atau pembukaan saklar (switch) dengan cepat, atau tak serempaknya pemutusan saklar pemutus jaringan pada rangkaian tiga fasa. Tegangan lebih yang disebabkan dari luar sistem, biasanya terjadi karena d. Adanya gangguan yang disebabkan peristiwa alamiah yang tidak dapat dikendalikan oleh manusia, seperti sambaran petir. Tabel 2. Nilai Standar Tegangan Nominal & Tegangan Tinggi Peralatan Tegangan Nominal (kV) 6 10 20 30 66 110 150 220 380 500 750

Tegangan Tinggi Peralatan (kV) 7,2 12 24 36 72,5 123 170 245 420 525 765

Sumber : Keputusan Dirjen Tenaga Listrik No. 08/K/1970 tanggal 16 Januari 1970 dan No. 39/K/1970 tanggal 16 Mei 1970, dan IEC No. 38/1967.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

13

Tegangan lebih yang disebabkan karena sambaran petir ini berjalan dengan cepat dengan bentuk gelombang yang berubah-ubah (tak periodik), sehingga dikenal dengan tegangan lebih peralihan (transient over voltage). Sedang untuk tegangan lebih yang disebabkan dari sistem itu sendiri biasanya bertahan cukup lama yang berbentuk sama dengan tegangan sistem, sehingga dikenal dengan tegangan lebih stasioner atau tegangan lebih periodik. Besarnya tegangan lebih periodik ini dapat mencapai 120 sampai 200 % dari tegangan nominalnya, sedangkan dari tegangan lebih peralihan bisa mencapai hingga 500 % dari tegangan nominalnya. Hal ini disebabkan karena pengaruh panjang jaringan, sehingga besarnya dibatasi oleh rambatannya sepanjang jaringan tersebut melalui beberapa tiang. Karena besarnya tegangan lebih peralihan ini, maka perencanaan isolasi dari peralatan jaringan kebanyakan berdasarkan tegangan lebih peralihan tersebut. Hal ini dilakukan agar peralatan jaringan dapat mengatasi gangguan tegangan lebih tersebut. Makin dekat peralatan jaringan dengan pusat gangguan (sumber petir), makin besar kemungkinan terkena sambaran petir. Oleh karena itu kemampuan menahan tegangan sistem bagi peralatan-peralatan jaringan harus lebih tinggi. d.

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Standar Tegangan Perbedaan tegangan pada jaringan transmisi dan jaringan distribusi untuk setiap negara sangat berlainan. Biasanya tiap-tiap negara menentukan standar tegangan sendiri-sendiri. Pemilihan standar tegangan ini tergantung pada faktor-faktor : a. Faktor tekno-ekonomis, karena dengan adanya perubahan tegangan akan menimbulkan persoalan-persoalan teknis yang ditimbulkan dan diperlukan modal (investasi) yang cukup besar, sehingga menghasilkan sistem yang dilengkapi dengan peralatanperalatan yang mempunyai kualitas tinggi. b. Faktor kepadatan penduduk, Makin padat suatu daerah, makin tinggi beban pelayanannya. Dan ini akan mengganggu kestabilan tegangan. c. Faktor besarnya tenaga listrik yang harus disalurkan dari Pusat Pembangkit Tenaga Listrik ke Pusat-Pusat Beban (load centers). d. Faktor jarak penyaluran tenaga listrik yang harus ditempuh untuk memindahkan tenaga listrik tersebut secara ekonomis. Makin dekat daerah pelayanan, tegangannyapun tidak akan besar.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

e.

f.

14

Faktor perencanaan jangka panjang, bila terjadi perubahanperubahan dan penambahan-penambahan pada beban dikemudian hari. Faktor kemajuan teknologi dari masing-masing negara. Dengan perkembangan teknologi makin pesat maka setiap terjadi perubahan tegangan diperlukan penelitian baru.

Masalah standar tegangan merupakan masalah yang kompleks. Karena bila tegangan jaringan distribusi dinaikkan (dari 6 kV hingga 20 kV) berarti perlu perubahan kualitas isolator, penambahan biaya peralatan, perubahan kualitas gardu distribusi (pembagi), dan sebagainya. Semua dilakukan dengan memperhitungkan daya yang disalurkan, jarak penyaluran, bentuk/konfiguarsi jaringan, keandalan (realibility) sistem, biaya peralatan, dan standarisasi peralatan yang digunakan untuk setiap perubahan tegangan tertentu. Sehingga penentuan tegangan merupakan bagian dari perencanaan sistem secara keseluruhan. e.

Masalah Standar Tegangan Permasalahan standar tegangan merupakan masalah yang kompleks. Karena bila tegangan jaringan distribusi dinaikkan (dari 6 kV hingga 20 kV) berarti perlu : perubahan kualitas isolator, penambahan biaya peralatan, perubahan kualitas gardu distribusi (pembagi), dan sebagainya. Semua dilakukan dengan : memperhitungkan daya yang disalurkan, jarak penyaluran, bentuk/konfiguarsi jaringan, keandalan (realibility) sistem, biaya peralatan, dan standarisasi peralatan yang digunakan untuk setiap perubahan tegangan tertentu. Sehingga penentuan tegangan merupakan bagian dari perencanaan sistem secara keseluruhan. Tabel 4 di bawah ini memperlihatkan perbedaan tegangan standar untuk beberapa negara. Tegangan sistem merupakan tegangan normal yang harus dapat dipertahankan oleh sistem jaringan untuk jangka waktu tak terbatas, sehingga dapat dibedakan suatu sistem dengan sistem yang lain. Tegangan sistem ini biasanya memiliki dua harga, yaitu tegangan nominal dan tegangan maksimum.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

15

Tabel 3 Standar Tegangan Jaringan Transmisi dan Distribusi Negara

1. Indonesia

2. Inggris

3. Amerika Serikat

Jaringan Transmisi 30 kV 70 kV 150 kV 275 kV 500 kV 66 kV 132 kV 275 kV 138 kV 150 kV 287 kV 345 kV 500 kV 765 kV

Jaringan Distribusi 6 kV 20 kV

6,6 kV 11 kV 33 kV

13 kV 23 kV

Tegangan nominal merupakan tegangan dasar atau tegangan perencanaan yang dapat dipergunakan dan disalurkan secara berkesinambungan sehingga peralatan jaringan dapat bekerja dengan baik tanpa mengalami gangguan. Pada jaringan distribusi untuk sistem Ketenger (Jawa Tengah) tegangan nominal untuk jaringan distribusi primer ditetapkan sebesar 23 kV untuk tegangan line-toline, dan tegangan 13,283 kV untuk tegangan line-to-ground pada rangkaian tiga fasa hubungan bintang (Υ). Tegangan maksimum merupakan batas maksimum tegangan yang dapat dipertahankan untuk tidak mengganggu stabilitas penyaluran daya dan peralatan jaringan pada waktu terjadi gangguan, sehingga kontinuitas pelayanan pada pusat beban (load center) tidak terganggu untuk jangka waktu yang tak terbatas. Pada peralatan pelindung petir (lightning arrester) tegangan maksimum ini merupakan tegangan dasar (rated voltage). Karena saat terjadi gangguan akibat sambaran petir, maka saat itu akan terjadi pelepasan tegangan (voltage discharge) sehingga tegangan maksimum sistem dapat dipertahankan dan stabilitas tegangan nominal dapat mengalir tanpa mengalami gangguan. C. Berdasarkan Ukuran Arus Listrik Berdasarkan ukuran arus listrik maka sistem jaringan distribusi dapat dibedakan dalam dua macam, yaitu (a) jaringan distribusi arus bolak-balik

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

16

(AC), dan (b) jaringan distribusi arus searah (DC). Kedua sistem jaringan distribusi tersebut dapat dibedakan sebagai berikut. a.

Jaringan Distribusi AC Keuntungannya a. Mudah menstransformasikan tegangannya, naik maupun turun. b. Dapat mengatasi kesulitan dalam menyalurkan tenaga listrik untuk jarak jauh. c. Dapat langsung digunakan untuk memparalelkan beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik. d. Dapat menyalurkan tiga atau empat tegangan dalam satu saluran, karena menggunakan sistem tiga fasa. Sistem tiga fasa ini mempunyai kelebihan dibandingkan sistem satu fasa, yaitu : a. Daya yang disalurkan lebih besar b. Nilai sesaat konstan c. Medan magnit putarnya mudah diadakan Kerugiannya a. Untuk tegangan tinggi sering terjadi arus pemuatan (charging current). b. Memerlukan stabilitas tegangan untuk kondisi dan sifat beban yang berubah-ubah. c. Memerlukan tingkat isolasi yang tinggi untuk tegangan tinggi. d. Terjadinya efek kulit (skin effect), induktansi, dan kapasitansi untuk tegangan tinggi.

b.

Jaringan Distribusi DC Jaringan distribusi arus searah (DC) dewasa ini jarang digunakan, walaupun ada biasanya untuk daerah-daerah tertentu. Penggunaan jaringan DC ini dilakukan dengan jalan menyearahkan terlebih dahulu arus bolak-balik ke arus searah dengan alat penyearah Converter, sedangkan untuk merubah kembali dari arus bolak-balik ke arus searah digunakan alat Inverter. Walaupun demikian, sistem distribusi DC ini mempunyai keuntungan maupun kerugiannya, yaitu Keuntungannya a. Isolasinya lebih sederhana, b. Daya guna (efisiensi) lebih tinggi, karena faktor dayanya = 1 c. Tidak ada masalah stabilisasi dan perubahan frekuensi untuk penyaluran jarak jauh.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

17

d.

Tidak ada masalah arus pengisian (charging current) untuk tegangan tinggi, e. Dianggap ekonomis bila jarak penyaluran lebih besar dari 1000 km untuk saluran udara, dan lebih besar 50 km untuk saluran bawah tanah. Kerugiannya a. Pengubahan arus AC ke DC atau kebalikannya menggunakan peralatan Converter atau Inverter, memerlukan biaya yang tinggi karena peralatan tersebut harganya mahal. b. Pada saat beban naik dan jarak penyaluran makin panjang, maka tegangan drop makin tinggi. Dari kedua sistem ini yang banyak digunakan dewasa ini adalah sistem distribusi arus bolak-balik (AC). D. Berdarkan Sistem Penyaluran Berdasarkan sistem penyalurannya, jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu dengan : a. saluran udara (overhead line) dan b. saluran bawah tanah (underground cable). Saluran udara merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kawat penghantar yang ditompang pada tiang listrik. Sedangkan saluran bawah tanah merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kabelkabel yang ditanamkan di dalam tanah. a.

Saluran Udara (Overhead Lines) Keuntungannya a. Lebih fleksibel dan leluasa dalam upaya untuk perluasan beban. b. Dapat digunakan untuk penyaluran tenaga listrik pada tegangan diatas 66 kV. c. Lebih mudah dalam pemasangannya. d. Bila terjadi gangguan hubung singkat, mudah diatasi dan dideteksi. Kerugiannya a. Mudah terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir, badai, tertimpa pohon, dsb. b. Untuk wilayah yang penuh dengan bangunan yang tinggi, sukar untuk menempatkan saluran, c. Masalah efek kulit, induktansi, dan kapasitansi yang terjadi, akan mengakibatkan tegangan drop lebih tinggi.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

d.

b.

18

Ongkos pemeliharaan lebih mahal, karena perlu jadwal pengecatan dan penggantian material listrik bila terjadi kerusakan.

Saluran Bawah Tanah (Underground Lines) Keuntungannya a. Tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir, badai, tertimpa pohon, dsb. b. Tidak mengganggu pandangan, bila adanya bangunan yang tinggi, c. Dari segi keindahan, saluran bawah tanah lebih sempurna dan lebih indah dipandang, d. Mempunyai batas umur pakai dua kali lipat dari saluran udara, e. Ongkos pemeliharaan lebih murah, karena tidak perlu adanya pengecatan. f. Tegangan drop lebih rendah karena masalah induktansi bisa diabaikan. Kerugiannya a. Biaya investasi pembangunan lebih mahal dibanding-kan dengan saluran udara, b. Saat terjadi gangguan hubung singkat, usaha pencarian titik gangguan tidak mudah (susah), c. Perlu pertimbangan-pertimbangan teknis yang lebih mendalam di dalam perencanaan, khususnya untuk kondisi tanah yang dilalui. d. Hanya tidak dapat menghindari bila terjadi bencana banjir, desakan akar pohon, dan ketidakstabilan tanah.

E. Berdasarkan Konstruksi Jaringan Melihat bentuk konstruksi jaringan distribusi tenaga listrik saluran udara, maka dikenal 2 macam konstruksi, yaitu : a.

Konstruksi Horizontal Keuntungannya a. Tekanan angin yang terjadi, terfokus pada wilayah cross-arm (travers) b. Dapat digunakan untuk saluran ganda tiga fasa Kerugiannya a. Lebih banyak menggunakan cross-arm (travers) b. Beban tiang (tekanan ke bawah) lebih berat. c. Lebih banyak menggunakan isolator

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 9. Konstruksi Jaringan Horizontal

b.

Konstruksi Vertikal Keuntungannya a. Sangat cocok untuk wilayah yang memiliki bangunan tinggi b. Beban tiang (tekanan ke bawah) lebih sedikit c. Isolator jenis pasak (pin insulator) jarang digunakan d. Tanpa menggunakan cross-arm (travers) Kerugiannya a. Tekanan angin merata di bagian tiang b. Terbatas hanya untuk saluran tunggal tiga fasa

Gambar 10. Konstruksi Jaringan Vertikal

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

19

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

F.

20

Berdasarkan Bentuk Jaringan a.

Sistem Radial Terbuka Keuntungannya a. Konstruksinya lebih sederhana b. Material yang digunakan lebih sedikit, sehingga lebih murah c. Sistem pemeliharaannya lebih murah d. Untuk penyaluran jarak pendek akan lebih murah Kelemahannya a. Keterandalan sistem ini lebih rendah b. Faktor penggunaan konduktor 100 % c. Makin panjang jaringan (dari Gardu Induk atau Gardu Hubung) kondisi tegangan tidak dapat diandalkan d. Rugi-rugi tegangan lebih besar e. Kapasitas pelayanan terbatas f. Bila terjadi gangguan penyaluran daya terhenti. Sistem radial pada jaringan distribusi merupakan sistem terbuka, dimana tenaga listrik yang disalurkan secara radial melalui gardu induk ke konsumen-konsumen dilakukan secara terpisah satu sama lainnya. Sistem ini merupakan sistem yang paling sederhana diantara sistem yang lain dan paling murah, sebab sesuai konstruksinya sistem ini menghendaki sedikit sekali penggunaan material listrik, apalagi jika jarak penyaluran antara gardu induk ke konsumen tidak terlalu jauh.

Gambar 11. Sistem Jaringan Radial Terbuka

Sistem radial terbuka ini paling tidak dapat diandalkan, karena penyaluran tenaga kistrik hanya dilakukan dengan menggunakan satu

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

21

saluran saja. Jaringan model ini sewaktu mendapat gangguan akan menghentikan penyaluran tenaga listrik cukup lama sebelum gangguan tersebut diperbaiki kembali. Oleh sebab itu kontinuitas pelayanan pada sistem radial terbuka ini kurang bisa diandalkan. Selain itu makin panjang jarak saluran dari gardu induk ke konsumen, kondisi tegangan makin tidak bisa diandalkan, justru bertambah buruk karena rugi-rugi tegangan akan lebih besar. Berarti kapasitas pelayanan untuk sistem radial terbuka ini sangat terbatas. b.

Sistem Radial Paralel Keuntungannya a. Kontinuitas pelayanan lebih terjamin, karena menggunakan dua sumber b. Kapasitas pelayanan lebih baik dan dapat melayani beban maksimum c. Kedua saluran dapat melayani titik beban secara bersama d. Bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi dapat menggantikannya, sehingga pemadaman tak perlu terjadi. e. Dapat menyalurkan daya listrik melalui dua saluran yang diparalelkan Kelemahannya a. Peralatan yang digunakan lebih banyak terutama peralatan proteksi b. Biaya pembangunan lebih mahal

Gambar 12. Sistem Jaringan Radial Paralel

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

22

Untuk memperbaiki kekurangan dari sistem radial terbuka diatas maka dipakai konfigurasi sistem radial paralel, yang menyalurkan tenaga listrik melalui dua saluran yang diparalelkan. Pada sistem ini titik beban dilayani oleh dua saluran, sehingga bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi dapat menggantikan melayani, dengan demikian pemadaman tak perlu terjadi. Kontinuitas pelayanan sistem radial paralel ini lebih terjamin dan kapasitas pelayanan bisa lebih besar dan sanggup melayani beban maksimum (peak load) dalam batas yang diinginkan. Kedua saluran dapat dikerjakan untuk melayani titik beban bersama-sama. Biasanya titik beban hanya dilayani oleh salah satu saluran saja. Hal ini dilakukan untuk menjaga kontinuitas pelayanan pada konsumen. c.

Sistem Rangkaian Tertutup (Loop Circuit)

Gambar 13. Sistame Jaringan Tertutup

Keuntungannya a. Dapat menyalurkan daya listrik melalui satu atau dua saluran feeder yang saling berhubungan b. Menguntungkan dari segi ekonomis c. Bila terjadi gangguan pada salauran maka saluran yang lain dapat menggantikan untuk menyalurkan daya listrik d. Konstinuitas penyaluran daya listrik lebih terjamin e. Bila digunakan dua sumber pembangkit, kapasitas tegangan lebih baik dan regulasi tegangan cenderung kecil f. Dalam kondisi normal beroperasi, pemutus beban dalam keadaan terbuka

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

g. h. i.

23

Biaya konstruksi lebih murah Faktor penggunaan konduktor lebih rendah, yaitu 50 % Keandalan relatif lebih baik

Kelemahannya a. Keterandalan sistem ini lebih rendah b. Drop tegangan makin besar c. Bila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan akan lebih jelek Sistem rangkaian tertutup pada jaringan distribusi merupakan suatu sistem penyaluran melalui dua atau lebih saluran feeder yang saling berhubungan membentuk rangkaian berbentuk cincin. Sistem ini secara ekonomis menguntungkan, karena gangguan pada jaringan terbatas hanya pada saluran yang terganggu saja. Sedangkan pada saluran yang lain masih dapat menyalurkan tenaga listrik dari sumber lain dalam rangkaian yang tidak terganggu. Sehingga kontinuitas pelayanan sumber tenaga listrik dapat terjamin dengan baik. Yang perlu diperhatikan pada sistem ini apabila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan untuk sistem rangkaian tertutup ini kondisinya akan lebih jelek. Tetapi jika digunakan titik sumber (Pembangkit Tenaga Listrik) lebih dari satu di dalam sistem jaringan ini maka sistem ini akan benyak dipakai, dan akan menghasilkan kualitas tegangan lebih baik, serta regulasi tegangannya cenderung kecil. d.

Sistem Network/Mesh Sistem network/mesh ini merupakan sistem penyaluran tenaga listrik yang dilakukan secara terus-menerus oleh dua atau lebih feeder pada gardu-gardu induk dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang bekerja secara paralel. Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu dan merupakan sistem yang paling baik serta dapat diandalkan, mengingat sistem ini dilayani oleh dua atau lebih sumber tenaga listrik. Selain itu junlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder. Keuntungannya a. Penyaluran tenaga listrik dapat dilakukan secara terus-menerus (selama 24 jam) dengan menggunakan dua atau lebih feeder b. Merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu c. Tingkat keterandalannya lebih tinggi d. Jumlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

e. f. g.

24

Dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki tingkat kepadatan yang tinggi Memiliki kapasitas dan kontinuitas pelayanan sangat baik Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu kontinuitas pelayanan

Kelemahannya a. Biaya konstruksi dan pembangunan lebih tinggi b. Setting alat proteksi lebih sukar

Gambar 14. Sistem Jaringan Network/mesh

Sistem ini dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki kepadatan tinggi dan mempunyai kapasitas dan kontinuitas pelayanan yang sangat baik. Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu kontinuitas pelayanan. Sebab semua titik beban terhubung paralel dengan beberapa sumber tenaga listrik. e.

Sistem Interkoneksi Keuntungannya a. Merupakan pengembangan sistem network / mesh b. Dapat menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik c. Penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terus-menerus (tanpa putus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas d. Memiliki keterandalan dan kualitas sistem yang tinggi e. Apabila salah satu Pembangkit mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit lainnya.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

25

f.

Bagi Pusat Pembangkit yang memiliki kapasitas lebih kecil, dapat dipergunakan sebagai cadangan atau pembantu bagi Pusat Pembangkit Utama (yang memiliki kapasitas tenaga listrik yang lebih besar) g. Ongkos pembangkitan dapat diperkecil h. Sistem ini dapat bekerja secara bergantian sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan i. Dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit j. Dapat menjaga kestabilan sistem Pembangkitan k. Keterandalannya lebih baik l. Dapat di capai penghematan-penghematan di dalam investasi Kelemahannya a. Memerlukan biaya yang cukup mahal b. Memerlukan perencanaan yang lebih matang c. Saat terjadi gangguan hubung singkat pada penghantar jaringan, maka semua Pusat Pembangkit akan tergabung di dalam sistem dan akan ikut menyumbang arus hubung singkat ke tempat gangguan tersebut. d. Jika terjadi unit-unit mesin pada Pusat Pembangkit terganggu, maka akan mengakibatkan jatuhnya sebagian atau seluruh sistem. e. Perlu menjaga keseimbangan antara produksi dengan pemakaian g. Merepotkan saat terjadi gangguan petir

Gambar 15. Sistem Jaringan Interkoneksi

Sistem interkoneksi ini merupakan perkembangan dari sistem network/mesh. Sistem ini menyalurkan tenaga listrik dari beberapa

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

26

Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang dikehendaki bekerja secara paralel. Sehing-ga penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terusmenerus (tak terputus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas. Hanya saja sistem ini memerlukan biaya yang cukup mahal dan perencanaan yang cukup matang. Untuk perkembangan dikemudian hari, sistem interkoneksi ini sangat baik, bisa diandalkan dan merupakan sistem yang mempunyai kualitas yang cukup tinggi. Pada sistem interkoneksi ini apabila salah satu Pusat Pembangkit Tenaga Listrik mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit lain. Untuk Pusat Pembangkit yang mem-punyai kapasitas kecil dapat dipergunakan sebagai pembantu dari Pusat Pembangkit Utama (yang mempunyai kapasitas tenaga listrik yang besar). Apabila beban normal sehari-hari dapat diberikan oleh Pusat Pembangkit Tenaga listrik tersebut, sehingga ongkos pembangkitan dapat diperkecil. Pada sistem interkoneksi ini Pusat Pembangkit Tenaga Listrik bekerja bergantian secara teratur sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan. Sehingga tidak ada Pusat Pembangkit yang bekerja terus-menerus. Cara ini akan dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit dan dapat menjaga kestabilan sistem pembangkitan.



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KLASIFIKASI JARINGAN DISTRIBUSI

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

27

27

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

BAB 3 PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Perencanaan sistem distribusi energi listrik merupakan bagian yang esensial dalam mengatasi pertumbuhan kebutuhan energi listrik yang cukup pesat. Perencanaan diperlukan sebab berkaitan dengan tujuan pengembangan sistem distribusi yang harus memenuhi beberapa kriteria teknis dan ekonomis. Perencanaan sistem distribusi ini harus dilakukan secara sistemik dengan pendekatan yang didasarkan pada peramalan beban untuk memperoleh suatu pola pelayanan yang optimal. Perencanaan yang sistemik tersebut akan memberikan sejumlah proposal alternatif yang dapat mengkaji akibatnya yang secara langsung berhubungan dengan aspek keandalan dan ekonomis. Tujuan umum perencanaan sistem distribusi ini adalah untuk mendapatkan suatu fleksibilitas pelayanan optimum yang mampu dengan cepat mengantisipasi pertumbuhan kebutuhan energi elektrik dan kerapatan beban yang harus dilayani. Adapun faktor-faktor lain yang dapat menjadi input terkait dalam perencanaan sistem distribusi ini antara lain adalah : pola penggunaan lahan pada regional tertentu, faktor ekologi dan faktor geografi. Perencanaan sistem distribusi ini harus mampu memberikan gambaran besarnya beban pada lokasi geografis tertentu, sehingga dapat ditentukan dengan baik letak dan kapasitas gardu-gardu distribusi yang akan melayani areal beban tersebut dengan mempertimbangkan minimisasi susut energi dan investasi konstruksi, tanpa mengurangi kriteria, teknis yang diperlukan. Perencanaan sistem distribusi ini dapat dilakukan dalam perioda jangka pendek, jangka menengah dan jangka panjang. Perencanaan jangka panjang harus selalu diaktualisasi dan dikoordinasikan dengan perencanaan jangka menengah dan dikoreksi oleh perkembangan jaringan distribusi kondisi eksisting. Efektifitas perencanaan sistem distribusi ini makin diperlukan bula dikaitkan dengan makin tingginya investasi terhadap energi, peralatan dan tenaga kerja. Di samping itu perencanaan yang baik akan memberikan kontribusi besar terhadap pengembangan sistem distribusi. Kondisi ini disebabkan pada kenyataan sistem distribusi merupakan ujung tombak dari pelayanan energi listrik karena langsung berhubungan dengan konsumen sehingga adanya gangguan pada sisi distribusi akan berakibat langsung pada konsumen. Sedangkan adanya gangguan pada sisi transmisi ataupun sisi

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

28

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

pembangkit belum tentu menyebabkan terjadinya proses interupsi disisi konsumen. Perencanaan sistem distribusi dimulai dari sisi konsumen. Pola kebutuhan, tipe dan faktor beban dan karakteristik beban yang dilayani akan menentukan tipe sistem distribusi yang akan dipakai. Kelompok-kelompok beban tersebut akan dilayani oleh jaringan sekunder. Sekelompok jaringan sekunder ini akan dilayani oleh trafo-trafo distribusi yang selanjutnya sejumlah trafo ini akan memberikan gambaran pembebanan pada jaringan primer. Jaringan distribusi ini akan mendapat masukan energi dari trafo-trafo gardu induk. Sistem beban pada jaringan distribusi ini akan menentukan pula lintasan dan kapasitas saluran distribusi. Dengan demikian setiap langkah proses perencanaan sistem distribusi merupakan input bagi langkah proses berikutnya. B. Faktor-Faktor Dasar Perencanaan Distribusi 1.

Peramalan beban Perencanaan sistem distribusi memerlukan prakiraan (forecasting) beban masa depan. Kualitas dan akurasi perencanaan sistem tergantung pada kualitas dan akurasi data dan prakiraan beban. Dalam perencanaan sistem distribusi meliputi penentuan ukuran, lokasi dan perubahan waktu masa depan, seperti sejumlah komponen-komponen sistem (substation, saluran, penyulang, dan sebagainya). Lokasi geografis beban-beban dianalisa menggunakan pendekatan area yang kecil (small area), yang mana dibagi daerah pelayanan utilitas ke dalam sejumlah area kecil dan prakiraan beban pada setiap salah satunya, oleh sebab itu akan dapat ditentuan dimana dan berapa banyak yang akan dikembangkan. Ada dua metode untuk membagi sistem ke dalam area kecil , yaitu : (a) Melaksanakan prakiraan dalam perihal penyulang, substation, atau wilayah (zone) ditetapkan oleh komponen-komponen distribusi, atau (b) Melaksanakan prakiraan dalam perihal grid seragam (uniform grid), berbasis pada pemetaan sistem koordinasi. Setiap metode mempunyai kelebihan dan kekurangan. Metodologi berbasis grid (b) memerlukan pertimbangan data input, tidak hanya historis rekaman beban dalam setiap blok grid, tetapi juga ekonomi, sosial, demografis dan penggunakan informasi pertanahan, untuk memperoleh hasil yang akurat. Untuk kebanyakan utilitas, adalah sulit untuk memperoleh data-data yang lengkap tersebut di atas. Prakiraan distribusi beban dengan menggunakan metode (a) di atas hanya diperlukan data historis beban beberapa tahun, yang mana dengan mudah didapat pada setiap utilitas. Batas pertambahan atau pengurangan

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

29

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

beban akan dievaluasi dengan memperhatikan terhadap elemen-elemen penting lainnya, seperti termasuk pertanahan, air, seperti faktor-faktor ekonomi dan sosial, bahwa akan memberi pengaruh yang kuat pada kecendrungan prakiraan beban. Pada gambar 1 memberikan gambaran faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam proses peramalan beban. Seperti yang diharapkan, pertumbuhan beban mempunyai korelasi yang kuat dengan aspek pengembangan komunitas dan pengembangan lahan. Sedangkan output peramalan beban tersebut dapat berupa kerapatan beban yang dinyatakan dalam dalam KVA per satuan luas layanan sistem distribusi energi listrik untuk skala jangka panjang. Dan bila peramalan dilakukan dalam skala jangka pendek maka diperoleh output lebih detail dan dinyatakan dengan besaran kerapatan beban KVA per satuan luas layanan yang diasosiasikan dengan koordinat grid atau luasan yang diminati. Penggunaan sistem grid dengan koordinat-koordinatnya merupakan suatu metoda yang banyak digunakan baik pada proses peramalan beban jangka pendek. Dengan berdasar pada besarnya kerapatan beban pada masing-masing grid tersebut dapat ditentukan pula pola dan lintasan jaringan distribusi serta area layanan masing-masing trafo distribusi.

Gambar 16. Faktor – faktor yang mempengaruhi peramalan beban

2.

Pengembangan Gardu Seperti halnya dengan peramalan beban, maka pengembangan gardu juga dipengaruhi oleh beberapa faktor dasar dominan. Kondisi eksisting jaringan distribusi serta konfigurasinya merupakan faktor yang mendampingi pertumbuhan beban, kerapatan beban dalam proses penentuan pengembangan gardu atau melakukan konstruki gardu baru. Faktor – faktor dasar tersebut tersebut digambarkan sebagai berikut :

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

30

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 17. Faktor – faktor yang mempengaruhi pengembangan gardu

3.

Pemilihan Letak Gardu Letak gardu dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jarak dari pusat beban, jarak dari jaringan sub-transmisi yang ada dan adanya batasan – batasan seperti tersedianya lahan, investasi yang harus digunakan, dan aturan penggunaan lahan. Lokasi ideal gardu mengikuti pandangan – pandangan sebagai berikut : a. Lokasi gardu tersebut sebanyak mungkin melingkupi sejumlah beban b. Dapat memberikan level tegangan yang baik c. Mampu memberikan akses yang baik untuk incoming saluran sub transmisi dan out going penyulang primer. d. Mempunyai ruang yang cukup untuk pengembangan e. Tidak bertentangan dengan aturan tata guna lahan f. Dapat meminimisasi jumlah konsumen yang terpengaruh terhadap adanya gangguan g. Kemudahan instalasi. Di samping faktor – faktor yang mempengaruhi pemilihan letak gardu tersebut, terdapat juga proses pentahapan yang dilakukan dalam rangka pemilihan lokasi gardu. Proses pemilihan tersebut diberikan dalam gambar 3 dan 4. Seleksi awal terhadap lokasi gardu tersebut didasarkan pada aspek safety, engineering, sistem perencanaan, institusional, ekonomi dan faktor estetika.

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

31

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

AREA PELAYANAN

CALON AREA GARDU

ASPEK LOKASI TAK BISA DIGUNAKAN

LOKASI ALTERNATIF GARDU

LOKASI YG HARUS DIEVALUASI KEMBALI

LOKASI PROPOSAL

KEAMANAN REKAYASA PERENCANAAN SISTEM INSTITUSIONAL EKONOMI ESTETIKA

Gambar 18. Prosedur Pemilihan Gardu

Gambar 19. Faktor – faktor yang mempengaruhi lokasi gardu

4.

Pemilihan Level Tegangan Penyulang Primer Faktor – faktor dasar dalam menentukan level tegangan pada penyulang primer diberikan sebagai berikut :

Gambar 20. Faktor – faktor yang mempengaruhi pemilihan level tegangan

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

32

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

5.

Pembebanan Penyulang Primer Pembebanan penyulang primer adalah pembebanan penyulang tersebut pada kondisi beban puncak dan di ukur di sisi gardu. Faktor – faktor yang mempengaruhi disain pembebanan penyulang tersebut antara lain : a. Rapat beban penyulang b. Pola bembebanan c. Laju pertumbuhan beban d. Keperluan reverse capacity kondisi darurat e. Kontinuitas pelayanan f. Kualitas pelayanan g. Keandalan pelayanan h. Level tegangan pada penyulang primer i. Tipe dan biaya konstruksi j. Lokasi dan kapasitas gardu distribusi k. Guna pengaturan tegangan Sedangkan faktor – faktor yang mempengaruhi pemilihan lintasan jaringan primer tersebut diberikan dalam gambar 21, 22 dan 23.

Gambar 21. Faktor – faktor yang mempengaruhi lintasan penyulang primer TEGANGAN PENYULANG PRIMER

KERAPATAN BEBAN

PANJANG PENYULANG

KAPASITAS BAWAH

JUMLAH PEYULANG KELUAR

BATASAN PENYULANG

UKURAN KONDUKTOR

DROP TEGANGAN

UKURAN KONDUKTOR

Gambar 22. Faktor – faktor yang mempengaruhi jumlah penyulang keluar

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

33

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 23. Faktor – faktor yang mempengaruhi pemilihan ukuran konduktor

6.

Faktor-Faktor Investasi Secara umum, sistem distribusi didisain dengan berdasar pada minimisasi biaya investasi tapi teknis sistem distribusi tersebut masih dipenuhi. Adapun faktor investasi yang mempengaruhi pengembangan sistem distribusi diberikan pada gambar 9.

Gambar 24. Faktor – faktor yang mempengaruhi investasi pengembangan sistem distribusi

C. Model Perencanaan Sistem Distribusi Secara umum, perencanaan sistem distribusi melibatkan beberapa faktor penting pada masing – masing sub problem perencanaan distribusi tersebut. Maka perencanaan sistem distribusi berkaitan dengan sejumlah variabel dan persamaan matematis serta sejumlah kriteria pembatas. Model matematis yang berkembang saat ini adalah : a. Lokasi gardu optimum b. Model pengembangan gardu c. Model penentuan kapasitas optimum trafo d. Model optimisasi transfer beban antara gardu dengan pusat beban AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

34

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

e.

Model optimisasi ukuran dan lintasan penyulang untuk mensupply beban Semua model yang berkembang tersebut mempunyai fungsi untuk meminimisasi investasi. Adapun metoda matematis yang mendukung model tersebut adalah : a. Metoda dekomposisi yang mampu memilah problem besar menjadi sub problem dan masing – masing sub problem dicari solusinya secara tersendiri. b. Metoda programa linear dan integer yang mampu melinearisasi faktor – faktor pembatas. c. Metoda programa dinamik. Masing –masing metoda dilakukan dalam proses perencanaan tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan. Khusus pada perencanaan jangka panjang, sejumlah variabel yang dimasukan dan hal ini akan memberikan sejumlah alternatif pengembangan sistem distribusi yang layak dan setelah itu akan dilakukan pemilihan sistem distribusi yang optimum. Gambaran proses perencanaan sistem distribusi diberikan pada diagram alir gambar 10.

Gambar 25. Diagram alir proses perencanaan sistem distribusi

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

35

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

D. Prosedur Pemasangan Jaringan Distribusi Prosedur pengerjaan pemasangan jaringan distribusi itu terdiri dari beberapa prosedur yaitu: 1. Survey. Kegiatan pengumpulan data dan pemetaan wilayah, termasuk kondisi topografi rute jaringan, posisi bangunan, jumlah bangunan, serta kemungkinan pelebaran jalan atau perombakan bangunan, 2. Sticking. Kegiatan menentukan titik tiang, span, angle pole, guy wire, overhead pole, lokasi anchor, penomoran tiang, kondisi tanah tempat berdirinya tiang, penentuan pondasi tiang, dan lokasi transformator. 3. Structure Data Sheet. Kegiatan pembuatan peta wilayah pembangunan jaringan distribusi berdasarkan data yang diperoleh dari hasil survey. 4. Resticking. Kegiatan pengecekkan kembali lokasi tiang yang telah direncanakan sebelumnya. 5. Pole Setting. Kegiatan mendirikan tiang penyangga jaringan berdasarkan peta lokasi tiang yang telah ditetapkan dari hasil resticking. 6. Framing. Kegiatan pemasangan peralatan jaringan pada tiang penyangga jaringan, seperti pemasangan cross-arm (traves), isolator, guy wire (kawat tarikan), dan peralatan lainnya seperti pole bracket, band steel pole, dan klem begel travers. 7. Anchor Setting. Merupakan kegiatan pemasangan anchor (angkor), khususnya untuk tiang sudut, tiang overhead, tiang akhir, dan tiang awal. 8. Grounding. Merupakan kegiatan pemasangan kawat ground, klem jepit, dan elektroda batang. 9. Insulator Setting. Merupakan kegiatan pemasangan isolator. 10. Stringing Setting. Merupakan kegiatan penarikan kawat penghantar dan mengecek lebar andongan kawat penghantar tersebut. 11. Transformer Setting. Merupakan kegiatan pemasangan transformator step down, lemari bagi tegangan rendah, fuse cut-out, arrester, grounding dan kelengkapan lainnya. 12. Painting. Kegiatan pengecatan tiang. Merupakan kegiatan pengecatan tiang khususnya tiang baja. 13. Trimming. Merupakan kegiatan pemotongan pohon disekitar tiang jaringan dan kawat jaringan sesuai ketentuan yang telah ditetapkan. 14. Repairing And Clean Up. Merupakan kegiatan perbaikan jika terjadi pemasangan yang tidak sesuai dengan ketentuan, dan memperindah tiang dengan memasang tanda penghalang panjat (pada SUTM) dan pemberian nomor tiang. 15. Final Check. Merupakan kegiatan pengecekan tahap akhir sebelum jaringan tersebut dialiri arus listrik. ” Jadi dalam pekerjaan pemasangan jaringan distribusi, secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu: AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

36

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

1. 2. 3.

Perencanaan jaringan distribusi Pemasangan jaringan distribusi sesuai perencanaan. Pengecekan kelayakan jaringan distribusi tersebut.

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

37

AMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

PERENCANAAN JARINGAN DISTRIBUSI

37

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

BAB 4 TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Tiang listrik pada jaringan distribusi digunakan untuk saluran udara (overhead line) sebagai penyangga kawat penghantar agar penyaluran tenaga listrik ke konsumen atau pusat pusat beban dapat disalurkan dengan baik. Persyaratan suatu tiang penyangga yang digunakan untuk penompang jaringan distribusi tenaga listrik adalah : a. Mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi b. Mempunyai umur yang panjang c. Nudah pemasangan dan murah pemeliharaannya d. Tidak terlampau berat e. Harganya murah f. Berpenampilan menarik g. Mudah dicabut dan dipasang kembali Tiang listrik pada jaringan distribusi digunakan untuk saluran udara (overhead line) sebagai penyangga kawat penghantar agar penyaluran tenaga listrik ke konsumen atau pusat pusat beban dapat disalurkan dengan baik.

B. Klasifikasi Tiang Penyangga Jaringan Distribusi 1.

Berdasarkan bahannya Jenis tiang jaringan distribusi yang digunakan untuk jaringan distribusi tenaga listrik ada beberapa macam, yaitu : a.

Tiang Kayu (Wood Pole) Tiang kayu banyak digunakan sebagai penyangga jaringan karena konstruksinya yang sederhana dan biaya investasi lebih murah bila dibandingkan dengan tiang jenis yang lain. Selain itu tiang kayu merupakan penyekat (isolator) yang paling baik sebagai penompang saluran udara terhadap gangguan hubung singkat. Jenis kayu yang digunakan sebagai tiang listrik diambil dari jenis tertentu. Untuk Indonesia yang memiliki berjuta-juta hektar hutan kayu dari berbagai jenis, yaitu kayu untuk jaringan distribusi dari jenis kayu : ulin (Eusidiraxylon Zwageri), kayu jati (Tectona Grandis), kayu rasamala (Altanghia Exelsa Novanla). Sedangkan di Amerika Serikat jenis tiang kayu yang digunakan dari jenis kayu den (douglas fir), kayu cemara (yellow pine), dan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

38

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

kayu aras (western red cendar), kayu Ulin (Eusidiraxylon Zwageri), kayu Jati (Tectona Grandis), kayu Rasamala (Altanghia Exelsa Novanla), kayu Den (Douglas Fir), kayu Cemara (Yellow Pine), dan kayu Aras (Western Red Cender). Kebaikan Tiang Kayu ini adalah mempunyai konstruksi yang sederhana, biaya investasi lebih murah, merupakan bahan penyekat (isolasi) yang baik buat penompang jaringan, dapat dibentuk menurut konstruksi, biaya perawatan rendah dan bebas dari gangguan petir Kelemahan Tiang Kayu ini adalah tergantung pada persediaan kayu yang ada, perlu pengawetan terlebih dahulu, umur lebih pendek : 10 - 12 tahun bila tak diawetkan dan 20 - 30 tahun bila diawetkan, tidak dapat menyangga beban secara aman, dan apalagi bila terjadi satu atau dua kawat terputus.

Gambar 26. Tiang kayu dalam bentuk segiempat

Sebelum digunakan tiang kayu ini diawetkan dulu agar tahan lama. Penggunaan tiang kayu yang tidak diawetkan dianggap tidak ekonomis, karena kayu akan cepat lapuk oleh sebangsa/sejenis cendawan (jamur) yang menempel pada kayu tersebut. Dimana cendawan lebih senang hidup menempel pada kayu apabila dalam DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

39

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

keadaan lembab (basah). Dengan diadakan pengawetan umur tiang kayu akan berkisar antara 25 sampai 30 tahun lebih, apalagi bila digunakan jenis kayu ulin, kayu jati, dan kayu rasamala akan sangat memuaskan sesuai pengalaman selama ini. Terutama kayu ulin memiliki kekerasan dan kekuatan yang baik tanpa diawetkan. Sedangkan jenis kayu lain apabila tidak diawetkan akan mempunyai umur hanya 10 sampai 12 tahun. Penggunaan tiang kayu ini ternyata menghasilkan penghematan biaya investasi yang tidak kecil dibandingkan tiang baja. Apalagi Indonesia tersedia banyak sekali persediaan kayu. Walaupun demikian biaya pengangkutan untuk mendatangkan kayu ulin dari hutan-hutan di Kalimantan cukup tinggi. Begitu pula untuk biaya pemeliharaan tiang, khususnya tiang yang tidak mengalami pengawetan sebelumnya.

Gambar 27. Tiang kayu dalam bentuk bulat

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

40

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Tabel 4 : Perbandingan Kekuatan Tiang Kayu Jenis Kayu

Tiang Den Tiang Cemara Tiang Aras Tiang Damar Tiang Rasamala Tiang Ulin

Persentase Kelembaban

Berat Jenis

Elastisitas Modulus

Ketegangan Serat

Kekuatan tindas

(%)

2 (g/cm ) 0,47 0,51 0,33 0,45 0,80 1,04

2 (kg/cm ) 137.000 127.000 79.000 4.000 92.000 184.000

2 (kg/cm ) 548 548 422

2 (kg/cm ) 522 498 353 295 598 734

12 12 12 15,7 14,7 15,5

575 1.113

Tabel 5 : Ukuran Tiang Kayu Tinggi Tiang (m) 9

10

11

12

13

14

Diameter Bagian Atas (m) 15 20 20 15 20 20 15 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

15

20

16

20

17

20

Diameter Bagian Bawah (m) 20 25 30 20 25 30 20 25 30 20 25 30 20 25 30 20 25 30 20 25 30 20 25 30 20 25 30

Kedalaman tiang dihitung seperenam dari tinggi tiang.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

Kedalaman Pondasi (m) 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,80 1,80 1,80 2,00 2,00 2,00 2,15 2,15 2,15 2,30 2,30 2,30 2,50 2,50 2,50 2,65 2,65 2,65 3,00 3,00 3,00

41

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 28. Konstruksi tiang kayu yang digunakan pada jaringan distribusi

b.

Tiang Baja (Steel Pole) Tiang baja yang digunakan berupa pipa-pipa baja bulat yang disambung dengan diameter yang berbeda dari pangkal hingga ujungnya. Pada umumnya ukuran penampang bagian pangkal lebih besar dari ukuran penampang bagian atasnya (ujung). Melihat konstruksinya yang lebih kokoh, lurus dan bentuknya lebih indah dibandingkan dengan tiang kayu, tiang baja ini banyak dipakai. Walaupun ongkos pengangutan dan pemeliharaan tiang baja ini lebih mahal , tetapi bila dibanding-kan dengan tiang kayu maka tiang baja ini lebih banyak dipilih untuk penyangga kawat penghantar jaringan distribusi, terutama untuk jaringan distribusi tegangan tinggi. Hal ini disebabkan beban penompang pada jaringan distribusi tegangan tinggi lebih besar bila dibandingkan beban penompang pada jaringan distribusi tegangan rendah. Tiang baja bulat sangat banyak digunakan untuk penopang jaringan listrik SUTM dan SUTR. Disamping penggunaan jenis lainnya seperti: tiang kayu, tiang beton bertulang, tiang beton bertulang dan tiang konstruksi baja. Tiang baja bulat ukuran 12 m dan 14 m digunakan untuk keper1uan-keperluan khusus. Seperti untuk tiang penopang jaringan 20 kV yang melintasi jaringan 6 kV yang berada di bawah 20 kV tersebut. Tiang baja bulat ukuran 11 m sering dipakai untuk penopang jaringan SUTM. Tiang baja bulat ukuran 9 m digunakan untuk penopang jaringan SUTR. baja bulat ukuran 8 m digunakan untuk tiang penyangga kawat pada penguat tiang jenis (schoer kontra mast).baja bulat ukuran 3 m dipakai pada penyambungan tiang 9 m ada untuk jaringan SUTR, dimana akan dipasangkan jaringan di atas jaringan SUTR tersebut..

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

42

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 29. Ukuran Tiang Baja Sambungan

Gambar 30. Ukuran Tiang Baja Jenis Mannasmann

c.

Tiang Beton 1. Tiang Beton Bertulang Tiang jenis ini lebih mahal dari pada tiang kayu tetapi lebih murah dari pada tiang baja bulat. Tiang ini banyak digunakan untuk mendistribusikan tenaga listrik di daerah pedesaan dan daerah terpencil atau di tempat-tempat yang sulit dicapai. Karena tiang beton bertulang dapat dibuat di tempat tiang tersebut akan didirikan. Tiang beton bertulang juga dipilih jika dikehendaki adanya sisi dekoratif. Untuk penbuatan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

43

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

beton bertulang digunakan campuran beton 1 : 1,5 : 3 dengan kerikil yang seragam berukuran diameter 15 mm. Tiang beton bertulang memiliki umur yang sangat panjang dengan perawatan yang sederhana, tetapi tiang ini berukuran besar dan cukup berat. Kelemahannya tiang ini cendrung hancur jika ditabrak kendaraan. 2.

Tiang Beton Pratekan Jenis tiang ini lebih mahal dari tiang beton bertulang. Pemasangannya lebih sulit dibandingkan dengan tiang kayu karena sangat berat. Tiang beton bertulang memiliki umur yang sangat panjang dengan perawatan yang sangat sederhana. Tiang jenis ini tidak perlu di cat untuk pengawetannya, karena tidak akan berkarat. Kelemahan jenis tiang ini cendrung hancur jika terlanggar oleh kendaraan.

Gambar 31. Penampang Tiang Beton Pratekan

Berikut ini. tabel standar specifikasi tiang beton pratekan dijelaskan sebagai berikut.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

44

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Tabel 6 Standar Spesifikasi Tiang Beton Praktekan Type

1 9-16-100 9-16-200 9-19-350 9-19-500 11-19-200 11-19-350 11-19-500 11-22-850 11-22-1200 12-19-200 12-19-350 12-19-500 13-19-350 13-19-500 13-22-850 13-22-1200 14-19-350 14-19-500

2.

Rancangan Beban (daN)

Momen Lentur (KnM)

A (a)

B (b)

C (c)

D (d)

E (e)

F (f)

G (g)

H (h)

Value a3

Berat Nominal

2 100 200 350 500 200 350 500 850 1200 200 350 500 350 500 850 1200 350 500

3

4 9 9 9 9 11 11 11 11 11 12 12 12 13 13 13 13 14 14

5 7,5 7,5 7,5 7,5 9,1 9,1 9,1 9,1 9,1 10 10 10 10,8 10,8 10,8 10,8 11,6 11,6

6 1,5 1,5 1,5 1,5 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 2 2 2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,4 2,4

7 160 160 190 190 190 190 190 220 220 190 190 190 190 190 220 220 190 190

8 260 260 290 290 311 311 311 341 341 323 323 323 334 334 364 364 346 346

9 280 280 310 310 337 337 337 337 337 350 350 350 363 363 393 393 367 367

10 40 40 45 45 45 45 50 60 60 45 45 50 45 50 60 60 45 45

11 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15

12 0,204 0,024 0,261 0,261 0,341 0,341 0,283 0,484 0,484 0,415 0,415 0,415 0,426 0,463 0,604 0,604 0,459 0,459

13 512 524 660 671 850 858 926 1243 1292 1063 1063 1063 1076 1185 1553 1616 1159 1159

14,2 24,85 35,5 30,68 43,83 74,52 105,20 19,2 33,6 48 36,52 52,17 88,68 125,2 39,43 56,33

Berdasarkan sifatnya Menurut sifatnya tiang listrik dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu tiang kaku (rigid), tiang lentur (flexible), dan tiang setengah lentur (semi flexible). Tiang kaku direncanakan untuk menahan beban penompang yang diperkirakan besar (berat), sedangkan tiang lentur dan setengah lentur direncanakan untuk menahan beban penompang tidak terlalu berat atau lebih ringan. Untuk tiang kayu yang memiliki sifat lentur biasanya tidak digunakan untuk saluran feeder utama (jaringan distribusi primer) yang memiliki beban penompang lebih besar, tetapi banyak digunakan untuk jaringan distribusi tegangan rendah. Untuk tiang yang memiiki sifat setengah lentur banyak digunakan untuk jaringan distribusi sekunder atau untuk tiang service (pelayanan) pada konsumen. Tiang yang mempunyai sifat lentur dan setengah lentur ini banyak sekali kerugiannya dan diperlukan perencanaan yang lebih teliti sebelum digunakan. Khususnya dalam merencanakan ketegangan (stress) kawat yang menompang di antara jarak tiang (span). Kalau tidak akan terjadi kelenturan ke arah tegangan (stress) kawat yang terkencang.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

45

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Hal ini bisa terjadi pula apabila salah satu atau dua kawat yang menompang pada tiang di antara span tersebut putus. Dan kelenturan tiang akan mengarah ke span yang kawatnya tidak putus. Kesulitan lain apabila mengukur ketegangan kawatnya (sag) bila tidak sesuai dengan beban yang menompang pada tiang akan mengakibatkan kejadian yang sama. Atau bila pondasi tiang tidak kokoh akan mengakibatkan tiang menjadi miring atau amblas ke dalam tanah. 3.

Berdasarkan konstruksinya Melihat bentuk konstruksi jaringan distribusi tenaga listrik saluran udara, maka dikenal 2 macam konstruksi, yaitu : a. Tiang horizontal Keuntungannya a. Tekanan angin yang terjadi, terfokus pada wilayah cross-arm (travers) b. Dapat digunakan untuk saluran ganda tiga fasa

Gambar 32. Tiang dalam konstruksi horizontal

Kerugiannya a. Lebih banyak menggunakan cross-arm (travers) b. Beban tiang (tekanan ke bawah) lebih berat. c. Lebih banyak menggunakan isolator b.

Tiang vertikal Keuntungannya a. Sangat cocok untuk wilayah yang memiliki bangunan tinggi b. Beban tiang (tekanan ke bawah) lebih sedikit c. Isolator jenis pasak (pin insulator) jarang digunakan d. Tanpa menggunakan cross-arm (travers)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

46

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Kerugiannya a. Tekanan angin merata di bagian tiang b. Terbatas hanya untuk saluran tunggal tiga fasa

Gambar 33. Tiang dalam konstruksi vertikal

4.

Berdasarkan fungsinya a. Tiang Singgung (tangent pole) Tiang singgung ini digunakan untuk saluran yang lurus, dan diterapkan untuk sudut line tidak kurang dari 5 derajat. Fungsi tiang singgung ini untuk menyangga kawat penghantar dan isolator yang memiliki beban penompang yang lebih ringan. Sehingga tidak ada gaya yang ditimbulkan oleh tarikan kawat pada sudut kurang dari 5 derajat. Isolator yang dipakai untuk tiang singgung ini biasanya dari jenis pasak (pin type insulator) dan isolator jenis pos saluran (line post insulator).

Gambar 34. Simbol untuk tiang singgung (tangent)

b.

Tiang Ujung (deadend pole) Pada ujung-ujung jaringan tenaga listrik dipasang tiang-tiang penarik yang berfungsi merentangkan kawat penghantar. Jika kekuatan tarik pada tiang ujung ini lebih besar maka digunakan dua buah atau kadang-kadang tiga buah kawat tarikan (guy wire). Hal ini dimaksudkan untuk mengimbangi kekuatan tarik kawat penghantar. Jenis isolator yang dipasang pada tiang ujung ini sesuai

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

47

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

dengan kekuatan tarik yang lebih besar, dipakai isolator jenis gantung (suspension type insulator).

Gambar 35. Simbol untuk tiang ujung (deadend)

c.

Tiang Sudut (angle pole) Tiang sudut digunakan untuk saluran yang memiliki sudut lebih besar dari 5 derajat. karena sudut yang terjadi biasanya lebih besar, maka tiang sudut diperkuat dengan suatu kawat tarikan (gay wire) sebagai penahan gaya tarikan dari kawat penghantar yang membuat sudut tersebut. Sudut yang diperke-nankan adalah (a) sudut kecil antara 5 derajat sampai 10 derajat, dan (b) sudut besar antara 10 derajat sampai 60 derajat. Pembagian sudut ini menetukan isolator yang dipasangkan pada tiang tersebut. Karena tiap-tiap isolator mempunyai kekuatan mekanis sendiri-sendiri. Untuk sudut kecil (5 - 10 derajat), pada tiang sudut dipasang isolator jenis pasak (pin type insulator) yang dipasang secara ganda. Sebab bila dipasang tunggal tidak memungkinkan kekuatannya pada tarikan sudut sampai 10 derajat. Sedangkan untuk sudut besar (10 - 60 derajat) karena kekuatan tarik dari kawat penghantar lebih besar maka tiang sudut besar ini digunakan isolator jenis gantung (suspension type insulator).

Gambar 36. Simbol untuk tiang sudut (angle pole)

d.

Tiang Penegang (tension pole) Tiang penegang ini biasanya digunakan untuk memperkuat tegangan kawat (stress) pada tiang-tiang sudut yang kawat tarikannya (guy wire) menghadap ke jalan raya atau sungai, sehingga tidak memung-kinkan meletakkan kawat tarikan di tengah jalan raya atau di tengah sungai. Oleh sebab itu untuk tidak mengganggu lalu lintas jalan raya, maka digunakan tiang penegang tersebut. Karena fungsi tiang penegang ini hanya untuk memperkuat

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

48

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

tegangan kawat maka tidak digunakan isolator. Tetapi bila letak tiang penegang ini di daerah padat beban maka tiang penegang ini dapat dialihkan fungsinya sebagai tiang service (pelayanan) dengan menggunakan kabel service yang terbungkus isolasi yang digantungkan pada kawat penegang dan isolator jenis pasak (pin type insulator).

Gambar 37. Simbol untuk tiang penegang (tension pole)

C. Ukuran Tiang Penyangga Hal-hal yang harus diperhatikan mengenai ukuran tiang listrik ini adalah 1. Tinggi tiang, yang tergantung pada ukuran tegangan sistem. 2. Kedalaman pondasi tiang, yang tergantung pada kondisi tanah setempat. 3. Jarak antara tiang (span), yang tergantung pada kepadatan beban untuk suatu daerah pelayanan, jenis kawat penghantara dan ketinggian tiang. Tabel 7 Ukuran Tiang Dan Jarak Antar Tiang Menurut Peraturan AVE D210 Macam Saluran

Distribusi Tegangan Rendah Distribusi Tegangan Tinggi Transmisi Tegangan Tinggi Transmisi Extra High Voltage

Tegangan Saluran (kV)

0 s/d 1

6 s/d 30

60 s/d 110

220 s/d 380

Macam Tiang

Tiang kayu Tiang pipa besi Tiang baja Tiang kayu, Tiang pipa besi, Tiang baja, Tiang konstruksi besi Tiang konstruksi besi, Tiang beton ertulang, Menara baja Konstruksi besi

Tinggi Tiang (m)

Jarak Tiang (m)

9 s/d 12

40 s/d 80

10 s/d 20

60 s/d 150

30 s/d 60

200 s/d 300

40 s/d 80

250 s/d 350

Ketentuan-ketentuan diatas sudah ditetapkan dalam standarisasi seperti PUIL atau AVE-VDE. Hingga saat ini ketentuan-ketentuan dalam bidang jaringan distribusi belum ada yang dirobah. Dengan adanya perkembangan bidang teknologi dewasa ini, nampaknya perlu ditinjau kembali. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

49

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

D. Standarisasi Konstruksi Jaringan Distribusi Tegangan Rendah Konstruksi jaringan distribusi tenaga listrik dengan saluran udara terdiri dari beberapa macam bentuk atau formasi. Hal ini banyak disebabkan oleh sejumlah faktor yang diantaranya oleh faktor alih teknologi dan kondisi rute jaringannya sendiri. Konstruksi jaringan distribusi dengan saluran udara yang dipergunakan di wilayah Sumatera Barat tidak jauh beda dengan konstruksi jaringan distribusi dengan saluran udara yang dipergunakan di Jawa Timur maupun di Jawa Barat. Konstruksi jaringan distribusi tersebut merupakan penyempurnaan dari standar konstruksi distribusi yang telah ada, yaitu berasal dari Standart Sofrelec, New Jack, dan Chas T. Main International, Inc.yang telah menyebar ke wilayah- wilayah PLN. Pemahaman konstruksi jaringan distribusi ini banyak manfaatnya yang dapat dipetik yaitu : a. Agar dapat membantu sistem informasi mengenai standar konstruksi distribusi ini. b. Terdapat keseragaman konstruksi jaringan distribusi sehingga akan mempermudah pelaksanaan pembangunan, pengoperasian dan pemeliharaan jaringan distribusi di seluruh wilayah PT PLN . c. Dengan adanya pengetahuan standar konstruksi jaringan distribusi tersebut bagi pelaksana akan membantu meningkatkan penguasaan standar konstruksi yang sekaligus akan meningkatkan profesionalisme sumber daya manusia di bidang konstruksi. d. Meningkatnya mutu jaringan distribusi yang nantinya akan meningkatkan mutu keandalan dan keandalan dalam pelayanan. e. Mempercepat proses perencanaan, pengoperasian dan pemeliharaan jaringan distribusi. f. Memudahkan dalam mengedit maupun merubah konstruksi dan komponennya sesuai kondisi di lapangan. Ada 10 jenis konstruksi jaringan distribusi tegangan rendah, yang masing-masing sesuai dengan kondisi/rute jaringan di lapangan. Masingmasing konstruksi tersebut adalah : a.

Konstruksi TR-1. Konstruksi TR-1 merupakan konstruksi saluran kabel udara tegangan rendah (SKUTR) yang menggunakan suspension small angle assembly (penggantung untuk tiang sangga/tumpu).

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

50

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 38. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Penyangga TR1

b.

Konstruksi TR-2. Konstruksi TR-2 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR dengan sudut kurang dari 45°, dengan menggunakan large angle assembly (penggantung untuk tiang belokan/sudut). TR-2 ini termasuk tiang sudut, yang merupakan tiang yang dipasang pada saluran listrik, dimana pada tiang tersebut arah penghantar membelok dan arah gaya tarikan kawat horizontal.

Gambar 39. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Sudut TR2

c.

Konstruksi TR-3. Konstruksi TR-3 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR untuk tiang akhir atau tiang awal dengan treck schoor. Pengait kabel digunakan fixed dead-end clamp complete plastic strip (peralatan untuk penarik pada tiang awal/akhir lengkap dengan plastic strap).

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

51

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 40. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Awal/Akhir TR3

d.

Konstruksi TR-4. Konstruksi TR-4 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR sebagai tiang penyangga pada persimpangan (silang). Kedua saluran dikaitkan pada suspension small angle assambly.

Gambar 41. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Penyangga Pada Persimpangan TR4

e.

Konstruksi TR-5. Konstruksi tiang TR-5 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR pada tiang penegang. Kabel dikaitkan pada fixed dead-end assambly. Tiang penegang/tiang tarik adalah tiang yang dipasang pada saluran listrik yang lurus dimana gaya tarik kawat pekerja terhadap tiang dari dua arah yang berlawanan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

52

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 42. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Penegang TR5

f.

Konstruksi TR-6. Konstruksi TR-6 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR pada tiang pencabangan, yang menggunakan suspension small angle assambly dan fixed dead-end assambly untuk mengaitkan kabel.

Gambar 43. Konstruksi Pemasangan SKUTR Tiang Pencabangan TR6

g.

Konstruksi TR-7. Konstruksi TR-7 merupakan konstruksi penyambungan SKUTR dengan existing dengan menggunakan fixed dead-end assambly.

Gambar 44. Konstruksi Pemasangan SKUTR dengan Existing TR7 DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

53

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

h.

Konstruksi TR-8. Merupakan konstruksi pemasangan SKUTR pada tiang awal atau tiang akhir dengan menggunakan ajustable.

Gambar 45. Konstruksi Pemasangan SKUTR dengan Ajustable TR8

i.

Konstruksi TR-9. Konstruksi TR-9 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR pada trafo tiang, dengan menggunakan fixed dead-end clamp untuk mengikat kabel

Gambar 46. Konstruksi Pemasangan SKUTR Trafo Tiang TR9

j.

Konstruksi TR-10. Konstruksi TR-10 merupakan konstruksi pemasangan SKUTR pada trafo tiang untuk tiga jurusan. Pengikat kabel digunakan fixed dead-end clamp.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

54

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 47. Konstruksi Pemasangan SKUTR pada Trafo Tiang TR10

E. Standarisasi Konstruksi Jaringan Distribusi Tegangan Menengah a.

Konstruksi TM-1. Konstruksi TM-1. Konstruksi TM-1 merupakan tiang tumpu yang digunakan untuk rute jaringan lurus, dengan satu traves (cross-arm) dan menggunakan tiga buah isolator jenis pin insulator dan tidak memakai treck skoor (guy wire). Penggunaan kostruksi TM-1 ini hanya dapat dilakukan pada sudut 170°-180°. Konstruksi TM-1 ini termasuk tiang penyangga yang merupakan tiang yang dipasang pada saluran listrik yang lurus dan hanya berfungsi sebagai penyangga kawat penghantar dimana gaya yang ditanggung oleh tiang adalah gaya karena beban kawat.

Gambar 48. Konstruksi Tiang Penyangga TM-1 SUTM

Konstruksi TM-1D. Pada dasarnya konstruksi TM-1D sama dengan TM-1, bedanya TM-1D digunakan untuk saluran ganda (double sircuit), dengan dua traves (cross-arm) dan enam buah isolator jenis pin

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

55

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

insulator. Satu taves diletakkan pada puncak tiang, sedangkan traves yang lain diletakkan dibawahnya. b.

Konstruksi TM-2. Konstruksi TM-2. Konstruksi TM-2 digunakan untuk tiang tikungan dengan sudut 150° –170°, menggunakan double traves dan double isolator. Karena tiang sudut maka konstruksi TM-2 mempunyai treck skoor.

Gambar 49. Konstruksi Tiang Sudut TM-2 SUTM

Konstruksi TM-2 ini termasuk tiang sudut, yang merupakan tiang yang dipasang pada saluran listrik, dimana pada tiang tersebut arah penghantar membelok dan arah gaya tarikan kawat horizontal. Konstruksi TM-2D. Konstruksi TM-2D mempunyai konstruksi sama dengan TM-2, bedanya TM-2D digunakan untuk saluran ganda (double sirkuit), dan menggunakan double treck schoor yang diletakkan dibawah masing-masing traves. c.

Konstruksi TM-3. Konstruksi TM-3 terpasang pada konstruksi tiang lurus, mempunyai double traves. Isolator yang digunakan enam buah isolator jenis suspention insulator dan tiga buah isolator jenis pin insulator. Konstruksi TM-3 ini tidak memakai treck schoor.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

56

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 50. Konstruksi Tiang Penegang TM-3 SUTM

Konstruksi TM-3D. Konstruksi TM-3D sama dengan konstruksi TM-3, bedanya TM-3D digunakan untuk saluran ganda (double sirkuit), empat buah traves, 12 isolator jenis suspension insulator, dan 6 isolator jenis pin insulator. d.

Konstruksi TM-4. Konstruksi TM-4. Konstruksi TM-4 digunakan pada konstruksi tiang TM akhir. Mempunyai double traves, dengan tiga buah isolator jenis suspension insulator dan memakai treck schoor.

Gambar 51. Konstruksi Tiang Akhir TM-4 SUTM

Konstruksi TM-4 ini termasuk tiang awal atau tiang akhir yang merupakan tiang yang dipasang pada permulaan atau pada akhir penerikan kawat penghantar, dimana gaya tarikan kawat pekerja terhadap tiang dari satu arah.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

57

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Konstruksi TM-4D. Konstruksi TM-4D sama dengan konstruksi TM-4, bedanya TM-4D mempunyai double sirkuit dengan double treck schoor. e.

Konstruksi TM-5. Konstruksi TM-5. Terpasang pada konstruksi tiang TM lurus dengan belokan antara 120° – 180°, menggunakan double traves dengan enam buah isolator jenis suspension dan tiga buah isolator jenis pin insulator, dan memakai treck schoor.

Gambar 52. Konstruksi Tiang Penegang TM-5 SUTM

Konstruksi TM-5D. Konstruksi TM-5D sama dengan TM-5, namun TM-5D digunakan untuk saluran ganda (double sirkuit) dengan double treck schoor. f.

Konstruksi TM-6. Konstruksi TM-6 ini terpasang pada konstruksi tiang TM siku (60° 90°). Masing-masing double traves disilang 4. Isolator yang digunakan jenis suspension insulator sebanyak 6 buah dan satu isolator jenis pin insulator. Konstruksi ini memakai treck skoor ganda. Konstruksi TM-6 ini termasuk tiang sudut, yang merupakan tiang yang dipasang pada saluran listrik, dimana pada tiang tersebut arah penghantar membelok dan arah gaya tarikan kawat horizontal.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

58

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 53. Konstruksi Tiang Belokan TM-6 SUTM

g.

Konstruksi TM-7. Konstruksi TM-7 digunakan pada konstruksi pencabangan jaringan tegangan menengah dengan sudut siku (90°). Masing-masing double traves disilang 4. Pada TM induk memakai isolator suspension, pada TM percabangan juga memakai isolator suspension dan menggunakan isolator jenis pin. Konstruksi ini memakai treck skoor. Konstruksi TM-7D terpasang pada konstruksi percabangan Jaringan Tegangan Menengah (JTM) sudut siku (90°). Masing-masing satu traves disilang 2. TM induk memakai isolator tumpu dan pada TN percabangan juga memakai isolator tumpu. Type isolator tumpu. Dan memakai treck skoor.

h.

Konstruksi TM-8. Konstruksi TM-8 ini terpasang pada konstruksi percabangan JTM sudut siku (90°). Masing-masing double traves disilang 4. TM induk memakai isolator tumpu dan TM percabangan memakai isolator suspension. Type isolator yang digunakan ada dua jenis. Memakai treck skoor. TM-8 hampir sama dengan TM-7 hanya bedanya pada isolator TM induknya. Konstruksi TM-8D sama dengan TM-8 hanya bedanya TM-8D mempunyai double sirkuit.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

59

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

i.

Konstruksi TM-9. Konstruksi TM-9 terpasang pada konstruksi jaringan TM penyangga lurus. Satu traves. Type isolator tumpu. Tidak pakai treck skoor. TM-9 biasanya lebih banyak digunakan pada daerah perkotaan yang banyak bangunan.

Gambar 54. Konstruksi Tiang Belokan TM-9 SUTM

Konstruksi TM-9 ini termasuk konstruksi tiang penyangga yang merupakan tiang yang dipasang pada saluran listrik yang lurus dan hanya berfungsi sebagai penyangga kawat penghantar dimana gaya yang ditanggung oleh tiang adalah gaya karena beban kawat. j.

Konstruksi TM-10. Konstruksi TM-10 sama dengan konstruksi TM-6. TM-10 terpasang pada konstruksi tiang tikungan siku (sudut 60° - 90°). Masing-masing double traves disilang 4. Isolator type suspension. Memakai treck skoor ganda.

k.

Konstruksi TM-11. Konstruksi TM-11 terpasang pada konstruksi tiang TM akhir, Opstijg kabel. TM double traves. Isolator type suspension. Satu traves untuk lightnig arrester. Dan memakai treck skoor.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

60

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 55. Konstruksi Tiang opstijg kabel TM-11 SUTM

Konstruksi TM-11 merupakan tiang akhir yang merupakan tiang yang dipasang pada permulaan dan akhir penerikan kawat penghantar, dimana gaya tarikan kawat pekerja terhadap tiang dari satu arah. l.

Konstruksi TM-12. Konstruksi TM-12 merupakan tiang penyangga lurus. Terpasang pada konstruksi tiang pada hutan lindung. Mempunyai isolator jenis tumpu. Tidak memakai traves. Konstruksi TM-12 merupakan tiang penyangga, yaitu tiang yang dipasang pada saluran listrik yang lurus dan hanya berfungsi sebagai penyangga kawat penghantar dimana gaya yang ditanggung oleh tiang adalah gaya karena beban kawat.

m. Konstruksi TM-13. Konstruksi TM-13. Merupakan konstruksi tiang penyangga lurus. Terpasang pada konstruksi tiang hutan lindung. Isolator type tumpu. Tidak memakai traves. Konstruksi TM-13 merupakan tiang penyangga, yaitu tiang yang dipasang pada saluran listrik yang lurus dan hanya berfungsi sebagai penyangga kawat penghantar dimana gaya yang ditanggung oleh tiang adalah gaya karena beban kawat.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

61

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

n.

Konstruksi TM-14. Konstruksi TM-14 merupakan konstruksi tiang tarik vertical (sudut 150° - 170°). Terpasang pada konstruksi tiang hutan lindung. Type isolator suspension. Tidak memakai traves.

o.

Konstruksi TM-15. Konstruksi TM-15 merupakan TM yang terpasang pada konstruksi tiang tarik akhir dengan menggunakan Arrester. Mempunyai double traves. Type isolator tumpu. Memakai treck skoor.

Gambar 56. Konstruksi Tiang Akhir Dengan Arrester TM-15 SUTM

Konstruksi TM-15 merupakan tiang akhir, yang merupakan tiang yang dipasang pada permulaan dan akhir penerikan kawat penghantar, dimana gaya tarikan kawat pekerja terhadap tiang dari satu arah. p.

Konstruksi TM-16. Konstruksi TM-16 merupakan konstruksi tiang portal dengan double traves. Isolator yang digunakan jenis suspension, dan jenis pin. Konstruksi TM-16 digunakan untuk jaringan yang melalui sungai dengan treck schoor.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

62

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 57. Konstruksi Tiang Portal (Single Arm) TM-16 SUTM

q.

Konstruksi TM-16A. Konstruksi TM-16.A hampir sama dengan konstruksi TM-16 hanya pada TM-16A digunakan untuk double circuit dengan 2 pasang double traves.

Gambar 58. Konstruksi Tiang Portal (Double Arm) TM-16A SUTM

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

63

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

q.

Konstruksi TM-17. Konstuksi TM-17 merupakan konstruksi tiang tarik vertikal dengan menggunakan isolator jenis suspension dan isolator jenis pin. Konstruksi TM-17 ini digunakan untuk jaringan bersudut 120°-180° dengan treck schoor.

r.

Konstruksi TM-18. Konstruksi TM-18 ini digunakan untuk sudut 90° yang merupakan kontruksi tiang tarik vertikal yang menggunakan double treck schoor. Isolator yang dgunakan jenis suspension tanpa travers.

s.

Konstruksi TM-19. Konstruksi TM-19 merupakan tiang khusus yang dipasang LBS (Load Break Switch) pada bagian puncaknya. Mempunyai double traves. Isolator yang digunakan jenis suspension.

Gambar 59. Konstruksi Tiang LBS TM-19 SUTM

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

64

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

TIANG PENYANGGA JARINGAN DISTRIBUSI

BAB 5 ISOLATOR JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Isolator jaringan tenaga listrik merupakan alat tempat menompang kawat penghantar jaringan pada tiang-tiang listrik yang digunakan untuk memisahkan secara elektris dua buah kawat atau lebih agar tidak terjadi kebocoran arus (leakage current) atau loncatan bunga api (flash over) sehingga mengakibatkan terjadinya kerusakan pada sistem jaringan tenaga listrik. Langkah yang perlu diambil untuk menghindarkan terjadinya kerusakan terhadap peralatan listrik akibat tegangan lebih dan loncatan bunga api, ialah dengan menentukan pemakaian isolator berdasarkan kekuatan daya isolasi (dielectric strenght) dan kekuatan mekanis (mechanis strenght) bahan-bahan isolator yang dipakai. Karena sifat suatu isolator di tentukan oleh bahan yang digunakan. Kemampuan suatu bahan untuk mengisolir atau menahan tegangan yang mengenainya tanpa menjadikan cacat atau rusak tergantung pada kekuatan dielektriknya. Fungsi utama isloator adalah : 1. Untuk penyekat / mengisolasi penghantar dengan tanah dan antara penghantar dengan penghantar. 2. Untuk memikul beban mekanis yang disebabkan oleh berat penghantar dan / atau gaya tarik penghantar. 3. Untuk menjaga agar jarak antar penghantar tetap (tidak berubah).

B. Bahan-Bahan Isolator Jaringan Bahan-bahan yang baik untuk isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Walaupun ada yang sanggup menghantarkan arus listrik tetapi relatif sangat kecil, sehingga bisa diabaikan terhadap maksud penggunaan atau pemakaiannya. Pemakaian bahan isolasi ini diharapkan seekonomis mungkin tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

65

Bahan-bahan isolasi yang dipakai untuk isolator jaring an kebanyakan terbuat dari bahan padat, seperti bahan porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat. Persyaratan bahan isolator adalah : 1. bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. 2. bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik. 3. bahan yang terbuat dari bahan padat, seperti : porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuarts, dan veld spaat. 1.

Kriteria Bahan Isolator Kriteria bahan yang baik digunakan sebagai isolator jaringan distribusi adalah : a. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik b. Bahan isolasi yang ekonomis, tanpa mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Sebab makin berat dan besar ukuran isolator tersebut akan mempengaruhi beban penyangga pada sebuah tiang listrik. c. Bahan yang terbuat dari bahan padat, dan memiliki kekuatan mekanis tinggi seperti : porselin, gelas, mika, ebonit, keramik, parafin, kuartz, dan veld spaat. d. Mempunyai tahanan jenis yang tinggi e. Memiliki kekuatan mekanis yang tinggi f. Memiliki sifat-sifat (dua hal diatas) tidak berubah oleh perubahan suhu, siraman air, kelembaban, sinar matahari, polaritas listrik. g. Bila mengalami loncatan listrik (flash over) tidak akan meninggalkan jejak (cacat)

2.

Isolator Porselin Isolator porselin dibuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spaat, yang bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat mengisap air. Oleh sebab itu isolator porselin ini dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka. Isolator porselin memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi, dan memiliki kekuatan mekanis yang besar. Ia dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu. Akan tetapi isolator porselin ini tidak tahan akan ke-kuatan yang menumbuk atau memukul. Ukuran

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

66

isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya dari bahan porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang kemudian akan di isi dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga kekuatan isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan. Karena kualitas isolator porselin ini lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar maka banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Walaupun harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan. Kadang-kadang kita jumpai juga isolator porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih kecil. Keuntungannya : a. Terbuat dari dari bahan campuran tanah porselin, kwarts, dan veld spaat, b. Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpori-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat mengisap air. c. Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka. d. Memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi, dan memiliki kekuatan mekanis yang besar. e. Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu. f. Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar, sehingga banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Kadang-kadang kita jumpai isolator porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih kecil. Kelemahannya : a. Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul. b. Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walaupun ada yang berukuran lebih besar namun tidak seluruhnya dari bahan porselin, akan tetapi dibuat rongga di dalamnya, yang kemudian akan di isi dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga kekuatan isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

67

c. 3.

Harganya lebih mahal tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan.

Isolator Gelas Isolator gelas pada umumnya terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi dari bahan-bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat dari siolator gelas ini. Isolator gelas memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara, sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang berarti mengurangi fungsi isolasinya. Oleh karena itu isolator gelas ini lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder. Kelemahan isolator gelas ini adalah memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah, dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur. Oleh sebab itu bila terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu disekeli-lingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka suhunya akan turun. Selain dari pada itu, isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan isolator porselin. Keuntungannya : a. Terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat dari isolator gelas ini. b. Lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder. c. Isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan isolator porselin. Kelemahannya : a. Memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelembaban udara, sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. b. Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut,yang berarti mengurangi fungsi isolasinya.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

68

c.

d.

4.

Memiliki kualitas tegangan tembus yang rendah, dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur. Saat terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu disekelilingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka suhunya akan turun.

Kelemahan dan Kelebihan Isolator Porselin & Isolator Gelas a. Kelebihan isolator dari bahan porselin adalah : 1) Terbuat dari bahan campuran tanah porselin, kwartz, dan veld spaat. 2) Bagian luarnya dilapisi dengan bahan glazuur agar bahan isolator tersebut tidak berpoi-pori. Dengan lapisan glazuur ini permukaan isolator menjadi licin dan berkilat, sehingga tidak dapat mengisap air. 3) Dapat dipakai dalam ruangan yang lembab maupun di udara terbuka 4) Memiliki sifat tidak menghantar (non conducting) listrik yang tinggi, dan memiliki kekuatan mekanis yang besar. 5) Dapat menahan beban yang menekan serta tahan akan perubahan-perubahan suhu. 6) Memiliki kualitas yang lebih tinggi dan tegangan tembusnya (voltage gradient) lebih besar, sehingga banyak disukai pemakaiannya untuk jaringan distribusi primer. Kadangkadang kita jumpai isolator porselin ini pada jaringan distribusi sekunder, tetapi ukurannya lebih kecil. b.

Kelemahan isolator dari bahan porselin adalah : 1) Tidak tahan akan kekuatan yang menumbuk atau memukul 2) Ukuran isolator porselin ini tidak dapat dibuat lebih besar, karena pada saat pembuatannya terjadi penyusutan bahan. Walupun ada yang berukuran yang lebih besar, namun tidak seluruhnya terbuat dari bahan porselin, akan tetapi di buat berongga didalamnya, yang kemudian di isi dengan bahan besi atau baja tempaan sehingga kekuatan isolator porselin bertambah. Cara yang demikian ini akan menghemat bahan yang digunakan. 3) Harganya lebih mahal, tetapi lebih memenuhi persyaratan yang diinginkan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

69

c.

Kelebihan isolator dari bahan gelas adalah : 1) Terbuat dari bahan campuran antara pasir silikat, dolomit, dan phospat. Komposisi bahan tersebut dan cara pengolahannya dapat menentukan sifat dari isolator gelas ini. 2) Lebih banyak dijumpai pemakaiannya pada jaringan distribusi sekunder. 3) Isolator gelas ini harganya lebih murah bila dibandingkan dengan isolator porselin.

d.

Kelemahan isolator dari bahan gelas adalah : 1) Memiliki sifat mengkondensir (mengembun) kelem-baban udara, sehingga lebih mudah debu melekat dipermukaan isolator tersebut. 2) Makin tinggi tegangan sistem makin mudah pula terjadi peristiwa kebocoran arus listrik (leakage current) lewat isolator tersebut, yang berarti me-ngurangi fungsi isolasinya. 3) Memiliki kualitas tegangan tembus rendah, dan kekuatannya berubah dengan cepat sesuai dengan perubahan temperatur. 4) Saat terjadi kenaikan dan penurunan suhu secara tiba-tiba, maka isolator gelas ini akan mudah retak pada permukaannya. Berarti isolator gelas ini bersifat mudah dipengaruhi oleh perubahan suhu disekelilingnya. Tetapi bila isolator gelas ini mengandung campuran dari bahan lain, maka suhunya akan turun.

5.

Kerusakan Pada Bahan Isolator Jaringan Kerusakan isolator pada jaringan distribusi banyak disebabkan karena (Sariadi, 1997 : 144) : a. unsur isolasi yang sudah tua b. gangguan mekanis, seperti terkena benturan atau hentakan yang keras. c. panas yang berlebihan, yang melebihi ambang batas yang diperkenankan d. kesalahan dalam pemasangan

6.

Pemburukan Isolator Karena dipakai selama bertahun-tahun, isolator berkurang daya isolasinya, misalkan karena mengalami keretakan pada porselinya. Proses ini dinamakan pemburukan (deterioration). Isolator. Sebabsebab utama dari pemburuka isolator adalah pengemabangan kimiawi dan pengembangan pembekuan semen, perbedaan dari

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

70

pengembangan karena panas diberbagai bagaian isolator, pengembangan karena panas arus bocor dan berkaratnya pasanganpasangan logam. Untuk mencegah proses pemburukan dilakukan hal-hal sebagai berikut : a. Meninggikan kuat mekanis dari bagian porselin. b. Membatasi pengembangan kimiawi dari bagian-bagian semen. c. Mencet (buffer paint) bagian-bagian semen. d. tidak menggunakan semen dalam lapisan porselin. Isolator jenis pasak (pin-type) paling banyak mengalami proses pemburukan sehingga sering menyebabkan gangguan pada saluran transmisi. Isolator gantung, isolator long-rod dan isolator line-post jarang menyebabkan gangguankarena pemburukan. Dengan kemajuan teknologi, maka isolator yang dibuat akhir-akhir ini sedikit sekali mengalami pemburukan.

C. Jenis Isolator Jaringan Isolator yang digunakan untuk saluran distribusi tenaga listrik berdasarkan fungsi dan konstruksinya dapat dibedakan dalam 4 macam, yaitu : Beberapa jenis isolator yang digunakan untuk jaringan distribusi primer maupun sekunder adalah : 1.

Isolator Jenis Pasak (pin type insulator). Isolator jenis pasak (pin type insulator), digunakan pada tiangtiang lurus (tangent pole) dan tiang sudur (angle pole) untuk sudut 5° sampai 30°. Banyak terbuat dari bahan porselin maupun bahan gelas yang dibentuk dalam bentuk kepingan dan bagian bawahnya diberi suatu pasak (pin) yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Tiap kepingan diikatkan oleh suatu bahan semen yang berkualitas baik. Bentuk kepingan dibuat mengembang ke bawah seperti payung, untuk menghindarkan air hujan yang menimpa permukaan kepingan secara mudah. Banyaknya kepingan tergantung pada kekuatan elektris bahan kepingan. Biasanya jumlah kepingan ini maksimum lima buah. Isolator pasak yang mempunyai satu keping, biasanya digunakan untuk jaringan distribusi sekunder pada tegangan 6 kV ke bawah yang terbuat dari bahan gelas atau porselin. Untuk jaringan distribusi primer biasanya terdiri dari dua keping yang terbuat dari bahan porselin. Isolator jenis pasak ini banyak digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dengan kekuatan tarikan sudut (angle tensile strenght)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

71

hingga 10°. Kawat penghantar jaringan diletakkan di bagian atas untuk posisi jaringan lurus, sedangkan untuk jaringan dengan sudut di bawah 10° kawat penghantarnya diikatkan pada bagian samping agar dapat memikul tarikan kawat.

Gambar 60. Isolator jenis pasak

Kekuatan tarik isolator jenis pasak ini lebih rendah bila dibandingkan dengan isolator jenis gantung, karena kekuatan isolator jenis pasak ini ditentukan oleh kekuatan pasaknya terhadap gaya tarikan kawat penghantar. Pemasangan isolator jenis pasak ini direncanakan pada puncak tiang maupun pada palang kayu (cross-arm) yang disekrupkan pada isolator tersebut. Pemasangan isolator jenis pasak pada tiang kayu saluran satu fasa yang memiliki sudut : 0° sampai 5°, dan sudut 5° sampai 30°, serta untuk saluran tiga fasa dengan sudut 0° sampai 5°, dan untuk sudut 5° sampai 30°. Isolator jenis pasak banyak digunakan karena : a. lebih banyak jaringan dibuat lurus b. sudut saluran dibuat kurang dari 15° c. isolator jenis gantung lebih mahal dari isolator jenis pasak d. konstruksi tiang dibuat dengan cross-arm (travers) lebih menonjolkan ke laur sudut. 2.

Isolator Jenis Pos (post type insulator). Isolator jenis pos (post type insulator) , digunakan pada tiangtiang lurus (tangent pole) dan tiang sudur (angle pole) untuk sudut 5° sampai 15°. Dibandingkan dengan isolator jenis pasak, isolator jenis pos ini lebih sederhana perencanaannya. Diameternya lebih kecil dan tak menggunakan kepingan-kepingan seperti isolator jenis pasak. Terdapat lekukan-lekukan pada permukaannya untuk mengurangi

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

72

hantaran yang terjadi pada isolator. Makin tinggi tegangan isolasinya makin banyak lekukan-lekukan tersebut. Isolator jenis pos ini bagian atasnya diberi tutup (cap) dan bagian bawah diberi pasak yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan. Bahan yang digunakan untuk isolator jenis pos ini terbuat dari bahan porselin basah yang murah harganya.

Gambar 61. Isolator jenis Pos

Kekuatan mekanis isolator jenis pos ini lebih tinggi dibandingkan isolator jenis pasak dan penggunaannya hanya pada jaringan ditribusi primer untuk tiang lurus (tangent pole) pada sudut 5 ° sampai 15°. Isolator jenis pos yang digunakan untuk jaringan distribusi 20 kV, memiliki tegangan tembus sebesar 35 kV dengan kekuatan tarik (tensile strenght) sebesar 5000 pon. 3.

Isolator Jenis Gantung (suspension type insulator). Isolator jenis gantung (suspension type insulator), digunakan pada tiang-tiang sudur (angle pole) untuk sudut 30° sampai 90°, tiang belokan tajam, dan tiang ujung (deadend pole). Isolator jenis clevis lebih banyak digunakan karena lebih kokoh dan kuat dalam penggandengannya, serta tidak ada kemungkinan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

73

lepas dari gandengannya, karena pada ujungnya digunakan mur baut untuk mengikatnya. Isolator gantung (suspension insulator) terdiri dari sebuah piringan yang terbuat dari bahan porselin, dengan tutup (cap) dari bahan besi tempaan (melleable iron) dan pasaknya terbuat dari bahan baja yang diikatkan dengan semen yang berkualitas, sehingga membentuk satu unit isolator yang berkualitas tinggi. Dibandingkan isolator jenis pasak, isolator gantung ini hanya mempunyai satu piringan yang terbuat dari bahan porselin atau bahan gelas biru kelabu (blue gray glaze). Dengan menggunakan bahan gelas biru kelabu ini harga isolator dapat ditekan lebih murah dan dapat digunakan untuk beberapa gandengan. Umumnya isolator gantung dengan bahan gelas ini digunakan untuk jaringan distribusi primer, sedangkan isolator gentung dari bahan porselin banyak digunakan untuk gandengan-gandengan pada jaringan transmisi tegangan tinggi.

Gambar 62. Isolator gantung jenis clevis dan jenis ball and socket

Dilihat dari konstruksinya, isolator gantung ini dikenal dalam dua jenis, yaitu jenis clevis dan jenis ball and socket. Jenis clevis ini memiliki bentuk tutup (cap) dan pasaknya (pin) berbentuk pipih dengan lubang ditengahnya, yang digunakan untuk keperluan penggandengan dari beberapa isolator gantung dengan mengikatnya dengan mur baut sehingga bisa lebih kuat penggandengannya. Jenis ball and socket memiliki bentuk tutup (cap) berlubang (socket) untuk menyangkut-kan pasak (pin) yang berbentuk bulat (ball), sehingga penggandengan dari bebarapa isolator gantung tidak menggunakan baut (bolt) lagi. Kedua jenis ini yang paling banyak dipakai adalah jenis clevis, karena dibandingkan dengan jenis ball and socket maka jenis clevis ini lebih kokoh dan kuat serta tidak ada kemungkinan lepas.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

74

Isolator gantung mempunyai kualitas tegangan isolasi tidak begitu tinggi dibandingkan isolator jenis pasak, karena isolator gantung hanya memiliki satu piringan untuk setiap unit isolator. Oleh sebab itu agar memenuhi kebutuhannya maka isolator gantung ini digandeng-gandengkan satu unit dengan unit yang lain agar memdapatkan kualitas tegangan isolasi yang tinggi. Bila digandengkan isolator gandeng mempunyai kualitas yang lebih tinggi dari isolator jenis pasak. Makin banyak gandengannya makin tinggi kualitas tegangan isolasinya. Saluran transmisi banyak sekali menggunakan isolator gantung ini. Karena kekuatan mekanis isolator gantung ini lebih tinggi bila digandengkan, maka banyak digunakan untuk menahan besarnya tarikan atau ketegangan kawat pada tiang-tiang sudut (angle pole), tiang belokan tajam, dan tiang ujung (deadend pole). 4.

Isolator Jenis Cincin (spool type insulator). Isolator jenis cincin (spool type insulator), digunakan pada tiangtiang lurus (tangent pole) dengan sudut 0° sampai 10°, yang dipasang secara horizontal maupun vertikal. Isolator cincin bentuknya bulat berlubang ditengahnya seperti cincin yang hanya terdapat satu atau dua lekukan saja yang seluruhnya terbuat dari bahan porselin.

Gambar 63 Isolator jenis cincin

Isolator cincin ini tidak menggunakan pasak (pin) sehingga isolator cincin memiliki kualitas tegangannya lebih rendah. Biasanya tak lebih dari 3 kV. Isolator cincin ini besarnya tidak lebih dari 7,5 cm tinggi maupun diameternya, yang dipasangkan pada jaringan distribusi sekunder serta saluran pelayanan ke rumah-rumah. Isolator ini dipasang pada sebuah clamp (pengapit) dengan sebuah pasak yang dimasukkan ke dalam lubang ditengahnya. Pemasangan secara horizontal digunakan untuk jaringan lurus (tangent line) dengan sudut antara 0° sampai 10°. Untuk jaringan lurus (angle line) untuk sudut lebih dari 10° dipasang pada

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

75

kedudukan vertikal. Kesemuanya dipasang pada tiang penyangga dengan jarak satu meter dari tiang atau 60 cm dari palang kayu (cross arm).

D. Karaktristik Isolator Jaringan 1.

Karakteristik Isolator a. Mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi agar dapat menahan beban kawat penghantar b. Memiliki konstanta dielektrikum (relative permittivity) yang tinggi, agar memberikan kekuatan dielektrik (dielectric strength) tinggi juga. c. Mempunyai tahanan isolasi (insulation resistance) yang tinggi agar dapat menghindari kebocoran arus ke tanah. d. Mempunyai perbandingan (ratio) yang tinggi antara kekuatan pecah dengan tegangan loncatan api (flashover voltage). e. Menggunakan bahan yang tidak berpori-pori dan tidak terpengaruh oleh perubahan temperatur f. Bebas dari kotoran dari luar dan tidak retak maupun tergores, agar dapat dilewati oleh air atau gas di atmosfir g. Mempunyai kekuatan dielektrik (dielectric strenght) dan kekuatan mekanis (mechanis strenght) yang tinggi h. Bahan yang mampu mengisolir atau menahan tegangan yang mengenainya. i. Harganya murah j. Tidak terlalu berat

2.

Karakteristik Elektris Isolator memiliki dari dua elektroda yang terbuat dari bahan logam berupa besi atau baja campuran sebagai tutup (cap) dan pasak (pin) yang dipisahkan oleh bahan isolasi. Dimana tiap bahan isolasi mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang mengenainya tanpa menjadi rusak, yang disebut dengan kekuatan dielektrikum. Apabila tegangan diterapkan pada isolator yang ideal di kedua elektroda tersebut, maka dalam waktu singkat arusnya yang mengalir terhenti dan didalam bahan isolasi terjadi suatu muatan (Q). Hal ini menunjukkan adanya perbedaan tegangan (V) diantara kedua elektroda. Besarnya muatan itu adalah : Q = C.V Dimana nilai kapasitas C tergantung pada nilai konstanta dielektrik dari suatu bahan uang terdapat diantara kedua elektroda

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

76

tersebut. Makin tinggi nilai konstanta dielektrikum suatu bahan isolasi makin besar kapasitansi isolasi tersebut. Untuk bahan isolasi porselin dan gelas nilai konstante dielektriknya lebih tinggi dibandingkan dengan bahan-bahan isolasi yang lain. Bandingkan konstante dielektrik bahan-bahan di bawah ini. Tabel 8. Nilai Konstante Dilektrikum Beberapa Bahan Macam Bahan Ebinit Fiber Gelas Mika Minyak

ε 2,8 2,5 - 5 5,4 - 9,9 2,5 - 6,6 2,2 - 6,6

Macam Bahan Parafin Kertas Porselin Air Kayu

ε 2,1 - 2,5 2,0 - 2,6 5,7 - 6,8 2,0 - 3,5 2,5 - 7,7

Selain nilai konstante dielektrik yang mempengaruhi nilai kapasitansi, luas dan tebalnya suatu bahan mempengaruhi juga nilai kapitansi tersebut. Makin besar volume suatu bahan makin bertambah tinggi muatannya, dan makin besar nilai kapasitansinya yang ditentukan dengan persamaan. C=ε

A 4πd

Dimana : C = kapasitansi suatu bahan (Farad) ε = konstanta dilektrikum A = luas permukaan bahan (m 2 ) d = diameter atau tebal bahan (m) Nilai kapasitansi ini akan diperbesar lagi karena kelembaban udara, debu, panas udara, kerusakan mekanis, proses kimia serta tegangan lebih yang mempengaruhi permukaan dari bahan isolasi tersebut. Oleh karena itu pendistribusian tegangan pada bahan isolasi tidak seragam, dan lebih besar pada bagian yang terkena tegangan. Hal ini disebabkan terjadinya arus kebocoran (leakage current) yang melalui permukaan bahan tersebut. Arus kebocoran ini kecil kalau dibandingkan dangan arus yang mengalir pada bahan isolasitersebut, yang besarnya adalah :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

77

V Ri Dimana : Il = arus kebocoran dalam Ampere V = tegangan yang melaluinya dalam Volt Ri = tahanan isolasi dalam Ω Hal tersebut diatas membuat isolator manjadi tidak ideal, yang seharusnya arus mengalir berhenti dalam waktu yang singkat, akan tetapi turun perlahan-lahan. Lihat gambar grafik dibawah ini. Akan tidak ideal lagi isolator tersebut apabila terjadi tegangan yang diterapkan diantara kedua elektroda isolator tersebut mengalami tegangan loncatan api (flash over voltage) atau tegangan tembus pada isolator ini. Dalam sistim tenaga listrik tegangan loncatan api ini biasa dikatakan sebagai tegangan lebih (over voltage) yang ditimbulkan dari dua sumber. Pertama sumber berasal dari sistim itu sendiri yang berupa hubungan singkat (short circuit), sedang yang kedua sumber dari luar sistim biasa disebut gangguan sambaran petir. Tegangan tembus inilah yang terutama menentukan nilai suatu isolator sebagai penyekat dan menunjukkan kekuatan dielektrik dari isolator yang besarnya untuk tiap-tiap isolator berbeda-beda seperti yang terlihat pada tabel-tabel dibawah ini. Isolator terdiri dari bahan porselin yang diapit oleh elektrodaelektroda. Dengan demikian isolator terdiri dari sejumlah kapasistansi. Kapasistansi ini diperbesar oleh terjadinya lapisan yang menghantarkan listrik, karena kelembaban udara, debu dan bahanbahan lainnya pada permukaan isolator tersebut. Karena kapasistansi ini maka distribusi tegangan pada saluran gandengan isolator tidak seragam. Potensial pada bagain yang terkena tegangan (ujung saluran) adalah paling besar dengan memasang tanduk busur api (arcing horn), maka distribusi tegangan diperbaiki. Tegangan lompatan api (flashover voltage) pada isolator terdiri atas tegangan-tegangan lompatan api frekuensi rendah (bolak0balik), impuls dan tembus dalam minyak (bolak-balik frekuensi rendah). Tegangan lompatan api frekuensi rendah kering adalah tegangan lompatan apai yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator yang bersih dan kering permukaanya, nilai konstanta serta nilai dasar karakteristik isolator. Tegangan lompatan api basah adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara tegangan kedua elektroda isolator yang basah karena hujan, atau dibasahi untuk menirukan hujan.

Il =

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

78

Tegangan lompatan api impuls adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan impuls dengan gelombang standar diterapkan. Karakteristik impuls terbagi atas polaritas positif dan negative. Biasanya tegangan dengan polaritas positif (yang memberikan nilai loncatan api yang rendah) yang dipakai. Untuk polaritas positif tegangan loncatan api basah dan kering sama. Tegangan tembus (puncture) frekuensi rendah menunjukan kekuatan dielektrik dari isolator, dan terjadi bila tegangan frekuensi rendah diterpkan antara kedua elektroda isolator yang dicelupkan pada minyak sampai isolator tembus. Untuk isolator dalam keadaan baik tegangan tembus ini lebih tinggi dari tegangan loncatan api frekuensi rendah, dan nilainya kira-kira 140 kV untuk isolator gantung 250 mm. 3.

Karakteristik Mekanis Kecuali harus memenuhi persyaratan listrik, isolator harus memiliki kekuatan mekanis guna memikul beban mekanis penghantar yang diisolasikannya. Porselin sebagai bagian utama isolator, mempunyai sifat sebagai besi cor, dengan tekanan-tekanan yang besar dan kuat-tarik yang lebih kecil. Kuat tariknya biasanya 400-900 kg/cm2 , sedangkan kuat tekanannya 10 kali lebih besar. Porselin harus bebas dari lubang-lubang (blowholes) goresangoresan, keretakan-keretakan, serta mempunyaia ketahanan terhadap perubahan suhu yang mendadak tumbukan-tumbukan dari luar. Gaya tarik isolator yang telah dipasang relatif besar, sehingga kekuatan porselin dan bagian-bagian yang disemenkan padanya harus dibuat besar dari kekuatan bagian-bagian logamnya. Kekuatan mekanis dari isolator gantung dan isolator batang panjang harus diuji untuk mengetahui kemampuan mekanis dan keseragamannya. Kekuatan jenis ini dan line post ditentukan oleh kekuatan pasaknya (pin) terhadap moment tekukan (bending momen) oleh penghantar. Pengkajian kekuatannya karena itu dilakukan dengan memberikan beban kawat secara lateral terhadap pasak. Dalam perencanaan saluran transmisi udara, tegangan lebih pada isolator merupakan factor penting. Ditempat-tempat dimanan pengotoraqn udara tidak mengkhawatirkan, surja-hubung (switchingsurge) merupakan factor penting dalam penentuan jumlah isolator dan jaraj isolator. Karakteristik lompatan api dari surja-hubung lain dari karakteristik frekuensi rendah dan impuls, (Gbr.9).

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

79

E. Penggunaan Isolator Pada Jaringan Distribusi Ditinjau dari segi penggunaan isolator pada jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi besar kecil tegangan, yaitu tegangan rendah (SUTR) dan tegangan menengah/tinggi (SUTM). 1.

Pada Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) Isolator SUTR adalah suatu alat untuk mengisolasi kawat penghantar dengan tiang dan traves. Isolator yang baik harus memiliki cirri-ciri, yaitu sudut dan lekukkan yang licin dan tidak tajam, guna menghindari kerusakan kawat penghantar akibat tekanan mekanis pada saat pemasangan. Disamping itu isolator SUTR harus memenuhi persamaan mekanis, elektris, dan thermis, mempunyai ketahanan terhadap tembusan dan loncatan arus rambat listrik. Juga tahanan terhadap gaya mekanis, perubahan suhu, dan cuaca sesuai dengan keadaan kerja setempat. Pada pemasangan SUTR pemakaian jenis isolator dibedakan sesuai dengan lokasi berdiri tiang. Untuk tiang yang berdiri ditengahtengah jaringan yang lurus digunakan isolator pasak type “RM”. Lokasi tiang yang berdiri pada akhir atau ditikungan jaringan SUTR digunakan isolator pasak jenis Spool Isolator dan Isolator pasak Type “A”, dan isolator line-post. Sedangkan untuk tiang penegangan dipergunakan isolator gantung.

Gambar 64. Isolator jenis pasak tipe A

Sebelum isolator dipasang pada SUTR terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan secara visual mengenai bentuk ukuran, dan keadaan isolator itu sendiri. Disamping itu isolator harus terbuat dari bahan porselen yang diglasir, mempunyai kualitas isolator arus listrik tinggi, tidak berlapis-lapis, tidak berlubang, dan tidak cacat. Bahan pin isolator harus diglavanis sehingga tidak mudah berkarat. Pemasangan pin pada poros isolator harus lurus. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

80

Pemasangan pin pada poros idolator dilakukan dengan coran timah hitam. 2.

Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Isolator yang digunakan untuk jaringan SUTM, karakteristiknya dan konstruksi dapat dilihat dibawah ini : Temperature maksimum : 40O Temperature normal : 28 O Temperature minimal : 16 O Dalam jaringan SUTM ini mempergunakan isolator jenis sangga dan isolator suspension (isolator gantung). Didalam pemasangan isolator suspension maupun isolator sangga, diperiksa baut dan mur yang ada harus dikunci dengan kuat. Isolator itu dipasang pada traves dengan mengunci mur dan baut yang terdapat pada plat penegang. Didalam memasang isolator suspension dilakukan setiap satu persatuan unit. Setiap satu jaringan SUTM yang terdapat sambungan saluran udara pada tiang, dibutuhkan senam unit isolator suspension dan satu isolator sangga. Isolator sangga berfungsi sebagai penyangga kawat penghantar yang ditengah jaringan melintasi traves. Sebagai pengunci kawat penghantar dibutuhkan enam buah klem penyambung yang terbuat dari bahan yang sama dengan bahan penghantar. Pada traves diakhiri saluran SUTM dipakai tiga unit isolator suspension.

Gambar 65. Isolator jenis sangga

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

81

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

82

83

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

BAB 6 KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI A. Pendahuluan Kawat penghantar merupakan bahan yang digunakan untuk menghantarkan tenaga listrik pada sistem saluran udara dari Pusat Pembangkit ke Pusat-Pusat Beban (load center), baik langsung menggunakan jaringan distribusi ataupun jaringan transmisi terlebih dahulu. Pemilihan kawat penghantar yang digunakan untuk saluran udara didasarkan pada besarnya beban yang dilayani, makin luas beban yang dilayani makin besar ukuran penampang kawat penghantar yang digunakan. Dengan penampang kawat yang besar akan membuat tahanan kawat menjadi kecil. Agar tak terjadi kehilangan daya pada jaringan dan daya guna (efisiensi) penyaluran tetap tinggi, diperlukan tegangan yang tinggi. Dengan demikian besarnya penampang kawat penghantar tidak mempengaruhi atau mengurangi penyaluran tenaga listrik. Tetapi dengan penampang kawat yang besar akan membuat kenaikan harga peralatan. Oleh sebab itu pemilihan kawat penghantar diperhitungkan seekonomis mungkin dengan konduktivitas dan kekuatan tarik yang tinggi, serta dengan beban yang rendah tentunya. Oleh karena itu untuk jaringan distribusi tegangan tinggi maupun distribusi tegangan rendah lebih banyak menggunakan kawat penghantar aluminium yang mempunyai faktorfaktor yang memenuhi syarat sebagai kawat penghantar. B. Bahan Kawat Penghantar Jaringan Bahan-bahan kawat penghantar untuk jaringan tenaga listrik biasanya dipilih dari logam-logam yang mempunyai konduktivitas yang besar, keras dan mempunyai kekuatan tarik (tensile strenght) yang besar, serta memiliki berat jenis yang rendah. Juga logam yang tahan akan pengaruh proses kimia dan perubahan suhu serta mempunyai titik cair yang lebih tinggi. Untuk memenuhi syarat-syarat tersebut, kawat penghantar hendaknya dipilih suatu logam campuran (alloy), yang merupakan percampuran dari beberapa logam yang dipadukan menjadi satu logam. Dari hasil campuran ini didapatkan suatu kawat penghantar dengan kekuatan tarik dan konduktivitas yang tinggi. Logam campuran yang banyak digunakan untuk jaringan distribusi adalah kawat tembaga campuran (copper alloy) atau kawat aluminium campuran (aluminium alloy). Karena faktor ekonomis, saat ini lebih banyak digunakan kawat

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

84

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

aluminium campuran untuk jaringan distribusi. Sedangkan kawat lain seperti kawat tembaga, kawat tembaga campuran, atau kawat aluminium berinti baja tidak banyak digunakan. 1.

Kawat Tembaga Tembaga murni merupakan logam liat berwarna kemerahmerahan, yang mempunyai tahanan jenis 0,0175 dengan berat jenis 8,9 dan titik cair sampai 1083° C, lebih tinggi dari kawat aluminium. Kawat tembaga ini mempunyai konduktivitas dan daya hantar yang tinggi. Untuk lebih jelasnya lihat tabel 1 di bawah ini. Pada mulanya kawat tembaga ini banyak dipakai untuk penghantar jaringan, tetapi bila dibandingkan dengan kawat aluminium untuk tahanan (resistansi) yang sama, kawat tembaga lebih berat sehingga harganya akan lebih mahal. Dengan berat yang sama, kawat alauminium mempunyai diameter yang lebih besar dan lebih panjang dibandingkan kawat tembaga. Dewasa ini cenderung kawat penghantar jaringan digunakan dari logam aluminium.

2.

Kawat Aluminium Aluminium merupakan suatu logam yang sangat ringan, beratnya kira-kira sepertiga dari tembaga, dan mempunyai tahanan jenis tiga kali dari tembaga. Logam aluminium berwarna keperak-perakan, yang mempunyai tahanan jenis ? dengan berat jenis ? dan titik cair sampai ?° C, lebih tinggi dari kawat ?. Sifat logam aluminium ini mudah dibengkok-bengkokkan karena lunaknya. Oleh karena itu kekuatan tarik dari kawat aluminium lebih rendah dari kawat tembaga, yaitu setengah dari kekuatan tarik kawat tembaga. Untuk itu kawat aluminium hanya dapat dipakai pada gawang (span) yang pendek, sedangkan untuk gawang yang panjang dapat digunakan kawat aluminium yang dipilin menjadi satu dengan logam yang sejenis maupun yang tidak sejenis, agar mempunyai kekutan tarik yang lebih tinggi. Oleh karena itu kawat aluminium baik sekali digunakan sebagai kawat penghantar jaringan. Kelemahan kawat aluminium ini tidak tahan akan pengaruh suhu, sehingga pada saat cuaca dingin regangan (stress) kawat akan menjadi kendor. Agar kekendoran regangan kawat lebih besar, biasanya dipakai kawat aluminium campuran (alloy aluminium wire) pada gawang-gawang yang panjang. Selain itu kawat aluminium tidak mudah dipatri (disolder) maupun di las dan tidak tahan akan air yang bergaram, untuk itu diperlukan suatu lapisan dari logam lain sebagai pelindung. Juga kawat aluminium ini mudah terbakar, sehingga apabila terjadi hubung singkat (short circuit) akan cepat putus.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

85

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

Karena itu kawat aluminium ini banyak digunakan untuk jaringan distribusi sekunder maupun primer yang sedikit sekali mengalami gangguan dari luar. Sedangkan untuk jaringan transmisi kawat yang digunakan adalah kawat aluminium capuran dengan diperkuat oleh baja (aluminium conductor steel reinforsed) atau (aluminium clad steel). 3.

4.

Kawat Logam Campuran Kawat logam campuran merupakan kawat penghantar yang terdiri dari percampuran beberapa logam tertentu yang sejenis guna mendapatkan sifat-sifat tertentu dari hasil pencampuran tersebut. Dimana di dalam pencampuran tersebut sifat-sifat logam murni yang baik untuk kawat penghantar dipertahankan sesuai dengan aslinya. Hanya saja pencampuran ini khusus untuk menghilangkan kelmahankelemahan dari logam tersebut. Jenis yang banyak digunakan untuk kawat penghantar logam campuran ini adalah kawat tembaga campuran (copper alloy) dan kawat alumi-nium campuran (alloy aluminium). Kawat tembaga campuran sedikit ringan dari kawat tembaga murni, sehingga harganya lebih murah. Kekuatan tarik kawat tembaga campuran ini lebih tinggi, sehingga dapat digunakan untuk gawang yang panjang. Sedangkan kawat aluminium campuran mempunyai kekuatan mekanis yang lebih tinggi dari kawat aluminium murni, sehingga banyak dipakai pada gawang-gawang yang lebih lebar. Juga kondiktivitasnya akan lebih besar serta mempunyai daya tahan yang lebih tinggi terhadap perubahan suhu. yang mempunyai tahanan jenis 0,0175 dengan berat jenis 8,9 dan titik cair sampai 1083° C, lebih tinggi dari kawat aluminium. Kawat Logam Paduan Kawat logam paduan merupakan kawat penghantar yang terbuat dari dua atau lebih logam yang dipadukan sehingga memiliki kekuatan mekanis dan konduktivitas yang tinggi. Biasanya tujuan dari perpaduan antara logam-logam tersebut digunakan untuk merubah atau menghilangkan kekurangan-kekurangan yang terdapat pada kawat-kawat penghantar dari logam murninya. Kawat logam paduan ini yang banyak digunakan adalah kawat baja yang berlapis dengan tembaga maupun aluminium. Karena kawat baja merupakan penghantar yang memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi dari kawat aluminium maupun kawat tembaga, sehingga banyak digunakan untuk gawang-gawang yang lebar. Tetapi kawat tembaga ini memiliki konduktivitas yang rendah. Oleh karena itu

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

86

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

diperlukan suatu lapisan logam yang mempunyai konduktivitas yang tinggi, antara lain tembaga dan aluminium. Selain itu dapat digunakan untuk melindungi kulit kawat logam paduan dari bahaya karat atau korosi. Jenis kawat logam paduan ini antara lain kawat baja berlapis tembaga (copper clad steel) dan kawat baja berlapis aluminium (aluminium clad steel). Kawat baja berlapis tembaga mempunyai kekuatan mekanis yang besar dan dapat dipakai untuk gawang yang lebih lebar. Sedangkan kawat baja berlapis aluminium mempunyai kekuatan mekanis lebih ringan dari kawat baja berlapis tembaga, tetapi konduktivitasnya lebih kecil. Oleh karena itu banyak digunakan hanya untuk gawang-gawang yang tidak terlalu lebar. logam liat berwarna kemerah-merahan, yang mempunyai tahanan jenis 0,0175 dengan berat jenis 8,9 dan titik cair sampai 1083 ° C, lebih tinggi dari kawat aluminium. Tabel 9. Sifat-Sifat Logam Penghantar Jaringan

2,56

Tahanan jenis ( m/cm ) 0,03

Titik cair ( 0C ) 660

Tembaga

8,95

0,0175

Baja

7,85

Perak

33,3

Koefisien suhu (0K) 0,0038

Kekuatan tarik (kg/mm2) 15 – 23

1083

57,14

0,0037

30 – 48

0,42

1535

10

0,0052

46 - 90

10,5

0,018

960

62,5

0,0036

Kuningan

8,44

0,07

1000

14,28

0,0015

Emas

19,32

0,022

1063

45,45

0,0035

Macam logam

BD

Aluminium

Resistansi (Ω)

C. Bentuk Kawat Penghantar Jaringan Dilihat dari bentuknya kawat penganta dapt diklasifikasikan menjadi 3 macam yaitu: kawat padat (solid wire), kawat berlilit (stranded wire), dan kawat berongga (hallow wire). 1.

Kawat Padat Kawat padat merupakan kawat tunggal yang berpenampang bulat dan banyak dibuat dalam ukuran yang kecil, karena kawat padat yang berpenampang besar akan kaku dan kokoh sehingga sukar dibengkokkan dan tidak fleksibel. Oleh karena itu banyak sekali kerugian-kerugian yang dimiliki bila dipakai kawat padat tersebut,

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

87

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

terutama bila terjadi kawat putus maupun bila terjadi proses korosi pada kawat, dan kawat padat ini mempunyai kekuatan tarik yang rendah, sehingga tidak ekonomis penggunaannya. Biasanya kawat padat ini digunakan untuk jaringan distribusi sekunder atau jaringan pelayanan (service) ke konsumen, serta untuk jaringan telepon maupun instalasi rumah dan gedung-gedung. Walaupun digunakan untuk jaringan distribusi tegangan rendah, hanya untuk gawang-gawang yang pendek. Penggunakan kawat padat ini sudah mulai dihindari pemakaiannya, selain tidak ekonomis juga pendistribusian tenaga listrik akan mengalami hambatan-hambatan bila terjadi kawat putus, dan gejala-gejala listrik lainnya. 2.

Kawat Berlilit Kawat berlilit merupakan sejumlah kawat padat yang dipilin secara berlapis-lapis terkonsentris membentuk lingkaran dalam suatu lilitan dengan penampang yang sama. Salah satu kawat yang terdapat ditengah sebagai pusat kawat tidak ikut dipilin. Oleh karena itu kawat berlilit akan memiliki ukuran yang besar, lebih kaku dan mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi serta mudah lentur. Jenis kawat yang dipilin ini biasanya tidak hanya terdiri dari satu jenis kawat. Untuk meningkatkan sifat-sifat kawat berlilit ini digunakan kawat yang terdiri dari beberapa macam kawat. Kombinasi dari beberapa kawat penghantar ini disesuaikan dengan penggunaan untuk jaringan tenaga listrik pada tegangan yang dipakai. Makin tinggi tegangan suatu sistem makin disesuaikan kombinasi kawat logam tersebut tanpa meninggalkan sifat logam itu sebagai kawat penghantar. Kawat berlilit yang dikombinasikan ini umumnya digunakan hanya untuksaluran transmisi tegangan tinggi maupun untuk saluran tegangan ekstra tinggi (extra high voltage) dan saluran tegangan ultra tinggi (ultra high voltage) untuk gawang-gawang yang lebar. Jumlah serat (berkas) kawat dalam kawat penghantar tersebut ditentukan oleh banyaknya lapisan, dan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut : N = 3 n2 - 3 n + 1 Dimana : n = jumlah lapisan N = banyak serat/berkas kawat pada penghantar Jumlah berkas kawat biasanya terdiri dari 7, 19, 37, 61, 71, dan 127 berkas/serat. Untuk jaringan distribusi pada umumnya dipakai 7

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

88

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

berkas/serat kawat penghantar, dimana satu kawat sebagai kawat pusat yang berada ditengah sedangkan 6 berkas/serat kawar melilitinya. Kawat berlilit ini selain menguntungkan dari segi penggunaannya juga sangat baik dari segi keamanan dan pemeliharaannya dibandingkan dengan kawat padat. Jenis kawat berlilit ini adalah kawat tembaga berlilit (standed copper conductor), kawat aluminium berlilit (stranded aluminium conductor), kawat aluminium campuran berlilit, dan kawat tembaga capuran berlilit, dan sebagainya. Sedangkan kawat berlilit yang menggunakan dua kawat sebagai kombinasi adalah kawat aluminium conductor steel reinforced (ACSR) dan kawat aluminium conductor alloy reinforced (ACAR) yang merupakan kombinasi kawat aluminium dengan kawat baja atau kawat campuran (alloy). Pada jaringan distribusi yang banyak digunakan adalah kawat aluminium berlilit atau kawat aluminium campuran berlilit. Perbaikan mutu kawat aluminium ini akan menghasilkan kawat tarikan keras (hard drawn), kekuatan mekanis tinggi dan beratnya lebih ringan, walaupun konduktivitasnya agak rendah dari kawat tembaga. 3.

Kawat Berongga Kawat berongga merupakan kawat yang dipilin membentuk suatu lingkaran dimana ditengah kawat ini tidak ditempatkan satu kawatpun, sehingga merupakan rongga yang kemudian ditunjang oleh sebuah batang "I" (I beam) atau sebuah segmen berbentuk cincin. Kawat berongga ini jarang sekali digunakan untuk jaringan distribusi, selain mahal harganya juga sangat berat. Biasanya digunakan pada gardu induk sebagai rel penghubung. Kerana kokoh dan ukurannya besar, kawat ini mempunyai kekuatan mekanis yang sngat besar. Bentuk kawat berongga ini direncanakan untuk menghindarkan terjadinya pangaruh kulit (skin effect) pada kawat penghantar.

(a)

(b)

(c)

Gambar 66. Bentuk kawat penghantar jaringan, (a) kawat penghantar padat, (b) kawat penghantar berlilit, (c) kawat penghantar berongga DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

89

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

E. Karakteristik Kawat Penghantar Jaringan 1. Karakteristik Elektris a. Resistansi Kawat Penghantar Tiap-tiap logam mempunyai tahanan jenis (ρ) yang tertentu besarnya. Makin kecil nilai tahanan jenis (resistivity) suatu logam makin baik digunakan sebagai kawat penghantar. Seperti halnya kawat tembaga mempunyai tahanan jenis yang paling rendah (0,0175) merupakan logam yang sangat baik digunakan sebagai kawat penghantar dibandingkan dengan kawat aluminium yang mempunyai tahanan jenis 0,030. Tahanan jenis inilah yang merupakan salah satu faktor untuk menentukan besarnya tahanan (resistance) R dalam suatu kawat penghantar, disamping faktor-faktor luas penampang kawat (A) dan panjang kawat (l) pada suatu penghantar jaringan. Dimana besarnya tahanan dari suatu kawat penghantar sebanding dengan panjangnya dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, yang dinyatakan dengan persamaan : l R=ρ A Dimana : R = besarnya tahanan kawat (Ω) ρ = nilai tahanan jenis kawat (m/mm) l = panjang kawat penghantar (m) A = luas penampang kawat (mm 2 ) Makin panjang suatu jaringan makin jauh pula jarak tempuh arus listrik dan makin besar tahanan kawat tersebut. Sebaliknya kalau diameter kawat makin besar, maka aliran listrik dapat mengalir dengan mudah dan nilai tahanan makin kecil. Begitu pula makin besar diameter kawat makin lebar ukuran beban pelayanan yang harus dilayani. Selain dari pada itu besarnya tahanan suatu kawat penghantar akan berubah karena pengaruh suhu. Makin besar perbedaan kenaikan suhu makin bertambah besar tahanan kawat penghantar. Perubahan besarnya nilai tahanan tersebut sesuai dengan persamaan :

Rt = Rto {1 + α (t - to)} Dimana : Rt = besarnya tahanan pada kenaikan suhu t C (Ω) Rto = besarnya tahanan pada suhu semula (Ω) t = suhu sekarang (° C) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

90

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

to = suhu mula-mula (° C) α = koefisien suhu b.

Konduktivitas Kawat Penghantar Nilai konduktivitas suatu kawat penghantar dinyatakan sebagai perbandingan terbalik dengan besarnya tahanan, yang besarnya dinyatakan dengan persamaan : 1 C= R Dimana C = besarnya konduktivitas kawat penghantar (mho) Berarti makin besar suatu tahanan kawat penghantar makin kecil nilai konduktivitasnya. Konduktivitas suatu kawat penghantar ini tergantung pula pada kemurnian dari logam yang digunakan, akan makin besar bila kemurnian logam bertambah tinggi dan berkurang bila campurannya bertambah. Karena faktor-faktor tersebut diatas maka besarnya konduktivitas tidak bisa mencapai nilai tepat 100 %. Apabila digunakan aluminium yang sebelumnya mempunyai konduktivitas sedikit rendah dari tembaga, nilainya tidak akan berkurang dari 60 %.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

91

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

KAWAT PENGHANTAR JARINGAN DISTRIBUSI

BAB 7 ANALISIS ANDONGAN JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pengertian Andongan Jaringan Andongan (sag) merupakan jarak lenturan dari suatu bentangan kawat penghantar antara dua tiang penyangga jaringan atau lebih, yang diperhitungkan berdasarkan garis lurus (horizontal) kedua tiang tersebut. Besarnya lenturan kawat penghantar tersebut tergantung pada berat dan panjang kawat penghantar atau panjang gawang (span). Berat kawat akan menimbulkan tegangan terik pada kawat penghantar, yang akan mempengaruhi besarnya andongan tersebut.

Gambar 69. Bentuk andongan jaringan distribusi

B. Metode Pengukuran & Pengecekan Andongan Jaringan Pengecekan andongan dari suatu jaringan merupakan pekerjaan akhir setelah pemasangan kawat penghantar dan peralatannya. Pengecekan andongan kawat penghantar ini dilakukan agar kekuatan lentur kawat penghantar pada tiang penyangga jaringan sesuai dengan standar yang diperkenankan. Ada beberapa metode atau cara untuk mengukur dan mengecek lebar andongan (sag) dari suatu jaringan, yaitu : 1.

Metode Penglihatan (Sigth). Metode pengelihatan ini dapat dilakakan dengan jalan menaiki tiang akhir (deadend pole) untuk wilayah jaringan lurus (tangent). Dari tiang akhir kita dapat melihat bentangan jaringan, dengan berpedoman pada ujung atas tiang satu dengan yang lain sebagai garis pelurus. Bila

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

91

bentangan jaringan panjangnya lebih 500 m, kita dapat melakukannya dengan menggunakan teropong. 2.

Metode Papan Bidik Metode ini menggunkan papan bidik berbentuk T dan papan target bidikan. Papan bidik berbentuk T disangkutkan pada ujung tiang sesuai dengan ukuran andongan yang telah ditetapkan sesuai standar. Sedangkan papan target disangkutkan pada ujung tiang berikutnya, sesuai dengan ukuran andongan yang telah ditetapkan sesuai standar. Selanjutnya petugas memanjat tiang pertama yang terdapat papan bidik bentuk T untuk membidik atau mengincar papan target yang ada pada tiang kedua. Apabila kawat penghantar melebihi target yang dibidik berarti kawat penghantar masih kendor dan perlu ditarik lagi sehingga tepat pada sasaran (bidikan). Begitu sebaliknya jika kawat penghantar kurang dari taget bidikan, berarti tarikan kawat penghantar terlalu kencang dan perlu dikendorkan sehingga tepat pada sasaran (bidikan).

Gambar 70 Cara mengecekkan andongan dengan metode papan bidik

Gambar 71 Bentuk papan bidik berbentuk T

Gambar 72 Bentuk papan target bidikan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

92

3.

Metode Dynamometer Metode ini menggunakan alat dynamometer dan tabel andongan Martin.

Gambar 73 Pengecekan andongan dengan metode dynamometer

Gambar 74 Alat ukur dynamometer

Gambar 75 Pemasangan dynamometer pada tiang penyangga

Gambar 76 Posisi dynamometer dari depan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

93

Gambar 77 Posisi dynamometer dari belakang

4.

Metode Panjang Gawang (Span) Metode ini menggunakan panjang gawang (span) sebagai ukuran andongan. Sebagai standar ditetapkan andongan maksimum untuk gawang selebar 40 meter lebih kurang besarnya andongan 30 cm. Pertambahan besar andongan untuk gawang yang lebih panjang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaa sebagai berikut. 2

⎛L⎞ S = 0,3⎜ ⎟ (1) ⎝ 40 ⎠ Dimana : S = andongan (sag) jaringan, dalam satuan meter L = panjang gawang (span) kedua tiang, dalam satuan meter Berdasarkan rumus diatas maka besarnya andongan untuk setiap lebar gawang, dapat dilihat pada tabel 10 berikut ini.

5.

Metode Gelombang Balik atau Metode Pulsa Metode ini dikaukan dengan jalan menepuk kawat penghantar dengan tangan, sehingga akan timbul gelombang dan merambat sepanjang bentangan kawat jaringan. Gerakan gelombang ini akan berlanjut sampai gelombang teredam sendiri. Waktu yang dibutuhkan bagi gelombang yang merambat ke tiang lainnya dan kembali lagi merupakan suatu fungsi lenturan kawat penghantar pada bentangannya. Waktu yang dibutuhkan untuk mengukur gelombang balik ini biasanya 3 atau 4 gelombang balik, yang diukur menggunakan stop-watch. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, pengukuran hendaknya diulang sebanyak 3 kali pengecekan sehingga didapatkan hasil yang sama. Untuk meredam gelombang balik pada saat akan melakukan pengecekan berikutnya, kawat penghantar jaringan ditahan dengan tangan sehingga gelombang balik itu hilang (diam). Formula yang digunakan untuk menghitung andongan dengan metode gelombang balik (return wave method), yaitu :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

94

S = 30,66 (T / N)2

(2) (Sumber PLN Exp. X)

Dimana : S = sag (andongan) dalam cm. T = waktu yang dibutuhkan untuk 3 atau 4 gelombang balik (detik). N = jumlah gelombang balik (biasanya ditetapkan untuk 3 atau 4 gelombang balik). Formula lain yang tidak beda hasilnya dapat dilihat pada rumus berikut ini. S = 306,7 (T / N) 2 dalam mm (3) (Sumber : Pabla, h.193)

S = 0,3065 T2

dalam meter

(4) (Sumber : Hutauruk, h.161)

C. Andongan dan Panjang Gawang Pada tanah datar dan pada daerah yang berpenduduk padat, panjang span (jarak antar tiang) dan tinggi tiang jaringan distribusi ditetapkan sebagai berikut. Tabel 10. Ukuran Tinggi Tiang dan Panjang Gawang Tinggi Tiang Jaringan 11 meter 12 meter 13 meter

Panjang gawang 40 – 65 meter 65 – 90 meter 90 – 110 meter

Sumber : PLN Exploitasi X Semarang Jawa Tengah.

Tabel 11. Ukuran Tinggi Menara dan Panjang Gawang Saluran

Tegangan (kV)

Tinggi Tiang (m)

Panjang Gawang (m)

SUTR

1 kV

9 – 12 m

40 – 80 m

SUTM

6 – 30 kV

10 – 20 m

60 – 150 m

Sumber : AVE D.210

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

95

D. Perhitungan Andongan Simetris Bentuk andongan simetris dapat dilihat pada gamber 74 di bawah ini.

Gambar 78 Andongan pada daerah mendatar

X 2

W

X 2

Gambar 79 Bentuk andongan simetris

1.

Besarnya andongan pada tiang simetris : S=

WC (L) 2 8.To

(5)

Dimana : S = besarnya andongan (sag), dalam satuan meter Wc = berat beban kawat penghantar (weight of conductor), dalam satuan kg (kilogram) L = panjang gawang (span), dalam satuan meter To = tegangan tarik maksimum kawat penghantar yang diperkenan kan (allowable maximum tension), dalam satuan kg (kilogram)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

96

2.

Tegangan tarik maksimum kawat penghantar σ To = B fS σB = τB . Ac τ B .A C fS τ .A fs = B C TO

(6) (7) (8)

To =

(9)

Dimana : To = tegangan tarik maksimum (allawable maximum tension), dalam satuan kg. σB = kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) kawat penghantar, dalam satuan kg/m2.

τB = tegangan patah (breaking stress) kawat penghantar, dalam satuan 2 kg/m . Ac = luas penampang (cross-sectional area of conductor) kawat penghantar, dalam satuan meter (m2). fs = faktor keselamatan/keamanan (factor of safety).

3.

Beban Pada Kawat Penghantar a.

Berat kawat penghantar Wc = Bc.Ac

(10)

Wc = ρ. Ac

(11)

4.A c π

(12)

dc =

Dimana : Wc = berat kawat penghantar (kg) Bc = kerapatan bahan kawat penghantar (kg/m2). DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

97

Ac =

luas penampang kawat penghantar (m2)

ρ

= berat jenis bahan kawat penghantar (specific grafity of material), dc = diameter kawat penghantar (m)

b.

Tekanan angin pada kawat penghantar Ww = Pw. Aw Ww = Pw. Ac

(13) (14)

π.d C2 (15) 4 Luas penampang total (luas kawat dan luas lapisan es) π Aci = ( dc + 2 r ) 2 (16) 4 Beban tekanan angin total (kawat penghantar tertutup oleh salju di permukaannya ) π Ww = Pw ( dc + 2 r )2 (17) 4 Dimana : Ww = besarnya beban tekanan angin, (kg) Pw = besarnya tekanan angin (kg/m2) Aw = luas daerah perencanaan lokasi jaringan Ac = luas penampang kawat penghantar (m2) 2 Aci = luas penampang total (kawat dan lapisan salju), (m ) r = ketebalan lapisan salju pada kawat penghantar (m)

Ac =

c.

Beban salju pada kawat penghantar Wi = Bi. Ai π Aci = ( dc + 2 r ) 2 4 Ai = π.r ( dc + r )

(18)

π.d C2 Ac = 4

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

98

Wi = Bi { π. r ( dc + r ) }

(19)

Dimana : Wi = berat beban salju pada kawat penghantar, dalam satuan kg. Bi = nilai kerapatan bahan lapisan salju per meter panjang, dalam satuan kg/m2. Ai = luas

penampang

lapisan

salju

di

permukaan

kawat

penghantar, dalam satuan m2. Aci = luas penampang total (kawat penghantar dan lapisan salju), dalam satuan m2. Ac = luas penampng kawat penghantar tanpa dilu-muri salju, dalam satuan m2. dc = diameter kawat penghantar (m) r = ketebalan lapisan salju (m)

d.

Beban maksimum kawat penghantar Jika hanya ada tekanan angin yang menimpa kawat penghantar, maka beban maksimum dicari dengan rumus sebagai berikut. Wr =

( WC ) 2 + ( WW ) 2

(20)

Saat terjadi tekanan angin dan beban salju yang menyelimuti kawat penghantar, maka beban maksimum dicari dengan rumus sebagai berikut.

Wr = ( Wc + Wi ) 2 + ( Ww ) 2

(21)

Rumus diatas berdasarkan penjumlahan vektor dari masingmasing beban yang menimpa kawat penghantar jaringan. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 80 di bawah ini.

θ

Gambar 80. Penjumlahan beban kawat penghantar secara vektor

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

99

Dimana : Wr = beban total (resultante loading), dalam satuan kg Wc = berat kawat penghantar (weight of conductor), dalam satuan kg. Wi = berat beban salju (weight of ice coating), dalam satuan kg. Ww = beban tekanan angin (wind pressure), dalam satuan kg.

E. Perhitungan Andongan Tak Simetris Andongan tak simetris ini terjadi karena posisi tiang penyangga jaringan distribusi terletak tidak di daerah mandatar, dalam arti jaringan distribusi melintasi beberapa wilayah, seperti melintasi daerah rawa, melintasi perbukitan, melintasi sungai, dan melintasi lembah yang bersungai. Jika melihat kondisi wilayah yang dilintasi oleh jaringan distribusi tersebut, ada delapan bentuk andongan jaringan distribusi, yaitu : 1. Andongan Horizontal a. Andongan Horizontal Mendatar b. Andongan Horizontal Melintasi Sungai Dengan Beda Tinggi c. Andongan Horizontal Melintasi Perbukitan d. Andongan Horizontal Melintasi Lembah Bersungai 2.

Andongan Vertikal a. Andongan Vertikal Mendatar b. Andongan Vertikal Melintasi Sungai Dengan Beda Tinggi c. Andongan Vertikal Melintasi Perbukitan d. Andongan Vertikal Melintasi Lembah Bersungai.

Lebih jelasnya bentuk andongan tak simetris ini dapat kita kupas pembahasannya satu persatu berikut ini. 1.

DAMAN

100

Andongan Horizontal Mendatar Bentuk andongan horizontal mendatar ini dapat dilihat pada gambar 81 di bawah ini. a. Besarnya andongan Dari gambar 81 di bawah ini, ada 4 andongan yang harus dihitung, yaitu andongan horizontal terendah (S1), andongan horizontal tertinggi (S2), andongan dipertengahan kawat penghantar (Smid), dan andongan simetris (Ssimetris). Andongan horizontal terendah (S1) terletak pada sisi AO dengan jarak x1, dihitung dengan menggunakan rumus :

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

S1 =

W(x 1 ) 2 2.To

(22)

Gambar 81. Bentuk andongan horizontal mendatar

Sedangkan andongan horizontal tertinggi (S2) yang terletak pada sisi BO dengan jarak x2, besarnya andongan dihitung dengan mengunakan rumus : W(x 2 ) 2 S2 = (23) 2.To Pada andongan dipertengan kawat penghantar (Smid) yang terletak pada sisi PO dengan jarak x, besarnya andongan diperhitungkan dengan menggunakan rumus : W(x) 2 Smid = (24) 2.To Andongan simetris (Ssimetris) merupakan jarak lenturan yang terjadi pada puncak kedua tiang penyangga dengan jarak AB, yang dihitung dengan menggunakan rumus : W (AB) 2 Ssimetris = (25) 8.To Dimana : S = besarnya andongan (sag), dalam satuan meter Wc = berat beban kawat penghantar (weight of conductor), dalam satuan kg (kilogram) L = panjang gawang (span), dalam satuan meter DAMAN

101

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

To

= tegangan tarik maksimum kawat penghantar yang diperkenankan (allowable maximum tension), dalam satuan kg (kilogram) = jarak antara sisi AB, dalam satuan meter = jarak antara sisi AO diperhitungkan secara mendatar dari tiang pertama ke titik O, dalam satuan meter = jarak antara sisi OB yang diperhitungkan secara mendatar dari tiang kedua (t2) ke titik O, dalam satuan meter. = jarak antgara sisi OP yang diperhitungkan secara mendatar dari titik O ke titi P (titik pertengahan kawat penghantar), dalam satuan meter.

AB x1 x2 x

b.

Besarnya nilai h, x1, x2, x, dan AB h = t2 − t1 = S2 − S1 x2 + x1 = L

(26) (27)

atau x2 = L − x1

(28)

x =

L − x1 2

(29)

AB = L2 + h 2 c.

DAMAN

102

(30)

Besarnya nilai x1 dan x2. Dari persamaan (23) dan (22) diperoleh persamaan : W (L − x 1 ) 2 W.( x 1 ) 2 S2 − S1 = − 2.To 2.To atau W (L − x 1 ) 2 − W ( x 1 ) 2 h= 2.To Dimana diketahui S2 − S1 = h 2.To.h = W.L2 + W (x1)2 – 2.W.L.x1 – W (x1)2 2.To.h = W.L2 – 2.W.L.x1 atau 2.W.L.x1 = W.L2 – 2.To.h W.L2 − 2.TO .h W.L2 2.TO .h = x1 = − 2.W.L 2.W.L 2.W.L Dengan demikian besarnya x1 adalah : T .h L − o x1 = W.L 2 Dengan cara yang sama kita cari nilai x2. SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

(31) (32)

(33)

LISTRIK

x1 = L – x2 W(x 1 ) 2 W (L − x 2 ) 2 = S1 = 2.TO 2.TO S2 – S1 = h=

W ( x 2 ) 2 W (L − x 2 ) 2 − 2.TO 2.TO

W ( x 2 ) 2 − ( WL2 + W ( x 2 ) 2 − 2 WLx 2 2.TO

W ( x 2 ) 2 − WL2 − W ( x 2 ) 2 + 2 WLx 2 2.TO 2.To.h = 2.W.L.x2 – W.L2. h=

2.W.L.x2 = 2.To.h – W.L2. 2.TO .h + W.L2 x2 = 2.W.L 2.TO .h W.L2 x2 = + 2.W.L 2.W.L T .h L x2 = + o 2 W.L d.

2.

103

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dapat digunakan rumus (35), sedang untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus (36) di bawah ini. (35) h1 = t1 − S1 h2 = h1 + Smid (36)

Andongan Horizontal Melintasi Sungai Dengan Ketinggian Berbeda Bentuk andongan horizontal melintasi sungai dengan ketinggian berbeda dapat di lihat pada gambar 82 di bawah ini. a. Besarnya andongan Untuk menentukan besarnya andongan horizontal terendah (S1), andongan horizontal tertinggi (S2), andongan horizontal dipertengahan kawat penghantar (Smid) , dan andongan horizontal simetris (Ssimetris) dari bentuk andongan horizontal diatas dapat digunakan rumus (22), (23), (24), dan (25).

b. DAMAN

(34)

Besarnya nilai x1, x2, x, dan h SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

Untuk menentukan panjang x1, x2, x, AB dapat digunakan rumus (33), (34), (29), dan (30). Sedangkan nilai h, mengingat terjadi perbedaan tinggi antara kedua tiang maka tinggi h dihitung menggunakan rumus sbb. : h + t1 = t2 + EC (37) L h

S2 A

Ssimetris

P Smid

O

S1

t2 E

X1

t1

h1

X

h2 C

D F

G X2

Gambar 82. Andongan Horizontal Melintasi Sungai Dengan Ketinggian Berbeda

Dimana : EC = L tan ϕ

3.

c.

Besarnya nilai x1 dan x2. Untuk menentukan nilai x1 dan x2 dapat digunakan persamaan (33) dan (34) diatas.

d.

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dapat digunakan rumus (35), sedang untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus (36).

Andongan Horizontal Melintasi Perbukitan Bentuk andongan horizontal melintasi perbulitan dengan ketinggian berbeda dapat di lihat pada gambar 78 di bawah ini.

a.

DAMAN

104

(38)

Besarnya andongan Untuk menentukan besarnya andongan horizontal terendah (S1), andongan horizontal tertinggi (S2), andongan horizontal dipertengahan kawat penghantar (Smid) , dan andongan horizontal SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

simetris (Ssimetris) dari bentuk andongan horizontal diatas dapat digunakan rumus (22), (23), (24), dan (25).

Gambar 83. Andongan Horizontal Melintasi Perbukitan Dengan Ketinggian Berbeda

b.

Besarnya nilai x1, x2, x, dan h Untuk menentukan panjang x1, x2, x, AB dapat digunakan rumus (33), (34), (29), dan (30). Sedangkan nilai h, mengingat terjadi perbedaan tinggi antara kedua tiang maka tinggi h dihitung menggunakan rumus (26) dan (31). Perhitungan kemiringan kedua tiang dapat dihitung : y EC sin ϕ = (39) = DE r x DC (40) = cos ϕ = DE r EC y = (41) tan ϕ = DC x

c.

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dan untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus sebagai berikut : h1 = t1 − S1 − FG (42)

h2 = t1 − S1 − HI + Smid FG = x1 tan ϕ DAMAN

105

SUSWANTO

:

SISTEM

(43) (44) DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

HI = (x1 + x) tan ϕ 4.

(45)

Andongan Horizontal Melintasi Lembah Bersungai Bentuk andongan horizontal melintasi lembah bersungai dengan ketinggian berbeda dapat di lihat pada gambar 81 di bawah ini.

Gambar 84. Kondisi andongan diatas lembah bersungai

Gambar 85. Andongan Horizontal Melintasi Lembah Bersungai Dengan Ketinggian Berbeda

a.

DAMAN

106

Besarnya andongan Untuk menentukan besarnya andongan horizontal terendah (S1), andongan horizontal tertinggi (S2), andongan horizontal dipertengahan kawat penghantar (Smid) , dan andongan horizontal simetris (Ssimetris) dari bentuk andongan horizontal diatas dapat digunakan rumus (22), (23), (24), dan (25). SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

b.

Besarnya nilai x1, x2, x, dan h Untuk menentukan panjang x1, x2, x, AB dapat digunakan rumus (33), (34), (29), dan (30). Sedangkan nilai h, mengingat terjadi perbedaan tinggi antara kedua tiang maka tinggi h dihitung menggunakan rumus (26) dan (31).

c.

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dapat digunakan rumus (53), sedang untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus (54). Dari gambar 6 diperoleh persamaan : h1 = t1 − S1 + GH (46)

h2 = t1 − S1 + FL + Smid Dimana GH = x tanϕ FL = DI = IK tan ϕ 5.

(47) (48) (49)

Andongan Vertikal Mendatar Bentuk andongan vertikal mendatar ini dapat dilihat pada gambar 82 di bawah ini.

Gambar 87. Bentuk andongan vertikal mendatar

a.

DAMAN

107

Besarnya andongan Dari gambar 82 di atas, ada 4 andongan yang harus dihitung, yaitu andongan vertikal terendah (S1), andongan vertikal tertinggi

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

(S2), andongan dipertengahan kawat penghantar (Smid), dan andongan simetris (Ssimetris). Andongan vertikal terendah (S1) terletak pada sisi AO dengan jarak x1, dihitung dengan menggunakan rumus : W(x 1 ) 2 (50) S1 = 2.To Sedangkan andongan vertikal tertinggi (S2) yang terletak pada sisi BO dengan jarak x2, besarnya andongan dihitung dengan mengunakan rumus : W(x 2 ) 2 S2 = (51) 2.To Pada andongan dipertengan kawat penghantar (Smid) yang terletak pada sisi PO dengan jarak x, besarnya andongan diperhitungkan dengan menggunakan rumus : W(x) 2 (52) Smid = 2.To Andongan simetris (Ssimetris) merupakan jarak lenturan yang terjadi pada puncak kedua tiang penyangga dengan jarak AB, yang dihitung dengan menggunakan rumus : W (AB) 2 (53) Ssimetris = 8.To Dimana : S = besarnya andongan (sag), dalam satuan meter Wc = berat beban kawat penghantar (weight of conductor), dalam satuan kg (kilogram) L = panjang gawang (span), dalam satuan meter To = tegangan tarik maksimum kawat penghantar yang diperkenankan (allowable maximum tension), dalam satuan kg (kilogram) AB = jarak antara sisi AB, dalam satuan meter x1 = jarak antara sisi AO diperhitungkan secara mendatar dari tiang pertama ke titik O, dalam satuan meter x2 = jarak antara sisi OB yang diperhitungkan secara mendatar dari tiang kedua (t2) ke titik O, dalam satuan meter. x = jarak antara sisi OP yang diperhitungkan secara mendatar dari titik O ke titi P (titik pertengahan kawat penghantar), dalam satuan meter.

DAMAN

108

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

b.

Besarnya nilai h, x1, x2, x, dan AB h = t2 − t1 = S2 − S1

(54)

L = x2 − x1 Atau x2 = L + x1

c.

(55) (56)

L + x1 x = 2

(57)

AB = L2 + h 2

(58)

Besarnya nilai x1 dan x2. Dari persamaan (57) dan (58) diperoleh persamaan : W(x 2 ) 2 W(x 1 ) 2 − S2 − S1 = 2.To 2.TO Diketahui dari persamaan (60) bahwa x2 = L + x1. sehingga : W (L + x 1 ) 2 W(x 1 ) 2 (59) S 2 − S1 = − 2.To 2.To Diketahui dari persamaan (27) bahwa : S 2 − S1 = h Apabila kita subtitusikan ke persamaan (66) akan menjadi : W (L + x 1 ) 2 − W ( x 1 ) 2 (60) h= 2.To 2.To.h = WL2 + W(x1)2 + 2.W.L.x1 − W(x1)2. 2.To.h = W.L2 + 2.W.L.x1. 2.W.L.x1 = W.L2 – 2.To.h. 2.TO .h − W.L2 2.W.L 2.TO .h W.L2 x1 = − 2.W.L 2.W.L T .h L (61) x1 = O − W.L 2 Dengan cara yang sama kita cari harga x 2 dimana diketahui besarnya x1 adalah : x2 = L + x1 x1 =

DAMAN

109

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

S2 − S 1 =

W ( x 2 ) 2 W ( x 2 − L) 2 − 2.TO 2.TO

W ( x 2 ) 2 − W ( x 2 − L) 2 2.TO 2.To.h = W (x2)2 – W(x2)2 + W.L2 – 2.W.L.x2.

h=

2.To.h = W.L2 – 2.W.L.x2. 2.W.L.x2 = W.L2 – 2.To.h W.L2 − 2.TO .h x2 = 2.W.L W.L2 2.TO .h − x2= 2.W.L 2.W.L L T .h x2 = − O 2 W.L d.

6.

DAMAN

110

(62)

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dapat digunakan rumus (70), sedang untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus (71). Dari gambar 7 diperoleh persamaan : (63) h1 = t1 − S1 h2 = h1 + Smid (64)

Andongan Vertikal Melintasi Sungai Dengan Ketinggian Berbeda Bentuk andongan vertikal melintasi sungai dengan ketinggian berbeda dapat di lihat pada gambar 83 di bawah ini. a. Besarnya andongan Untuk menentukan besarnya andongan vertikal terendah (S1), andongan vertikal tertinggi (S2), andongan vertikal dipertengahan kawat penghantar (Smid) , dan andongan vertikal simetris (Ssimetris) dari bentuk andongan vertikal diatas dapat digunakan rumus (57), (58), (59), dan (60).

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

Gambar 88. Andongan Vertikal Melintasi Sungai Dengan Ketinggian Berbeda

7.

DAMAN

111

b.

Besarnya nilai x1, x2, x, dan h Untuk menentukan panjang x1, x2, x, AB dapat digunakan Rumus (68), (63), (64), dan (65). Sedangkan nilai h, mengingat terjadi perbedaan tinggi antara kedua tiang maka tinggi h dihitung menggunakan rumus sbb. : h + t1 = t2 + EC (65) Dimana : EC = L tan ϕ (66)

c.

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dapat digunakan rumus (70), sedang untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus (71).

Andongan Vertikal Melintasi Perbukitan Bentuk andongan vertikal melintasi perbulitan dengan ketinggian berbeda dapat di lihat pada gambar 84 di bawah ini. a. Besarnya andongan Untuk menentukan besarnya andongan vertikal terendah (S1), andongan vertikal tertinggi (S2), andongan vertikal dipertengahan kawat penghantar (Smid) , dan andongan vertikal simetris (Ssimetris) dari bentuk andongan vertikal diatas dapat digunakan rumus (57), (58), (59), dan (60).

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

Gambar 89. Andongan Vertikal Melintasi Perbukitan Dengan Ketinggian Berbeda

b.

Besarnya nilai x1, x2, x, dan h Untuk menentukan panjang x1,x2, x, AB dapat digunakan rumus (68), (63), (64), dan (65). Sedangkan nilai h, mengingat terjadi perbedaan tinggi antara kedua tiang maka tinggi h dihitung menggunakan rumus (72) dan (73). Perhitungan kemiringan kedua tiang dapat dihitung : EC y sin ϕ = = DE r DC x cos ϕ = = DE r EC y = tan ϕ = DC x

c.

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dan untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus sebagai berikut : (67) h1 = t1 − S1 − FG h2 = t1 − S1 − HI + Smid FG = x1 tan ϕ HI = (x1 + x) tan ϕ

DAMAN

112

SUSWANTO

:

SISTEM

(68) (69) (70)

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

8.

Andongan Vertikal Melintasi Lembah Bersungai Bentuk andongan vertikal melintasi lembah bersungai dengan ketinggian berbeda dapat di lihat pada gambar 90 di bawah ini.

a.

Besarnya andongan Untuk menentukan besarnya andongan vertikal terendah (S1), andongan vertikal tertinggi (S2), andongan vertikal dipertengahan kawat penghantar (Smid) , dan andongan vertikal simetris (Ssimetris) dari bentuk andongan vertikal diatas dapat digunakan rumus (57), (58), (59), dan (60).

Gambar 90. Andongan Vertikal Melintasi Lembah Bersungai Dengan Ketinggian Berbeda

b.

Besarnya nilai x1, x2, x, dan h Untuk menentukan panjang x1,x2, x, AB dapat digunakan rumus (68), (64), (64), dan (65). Sedangkan nilai h, mengingat terjadi perbedaan tinggi antara kedua tiang maka tinggi h dihitung menggunakan rumus (72) dan (73).

c.

Besarnya nilai h1 dan h2. Untuk menentukan jarak antara kawat andongan bagian bawah dengan permukaan tanah (h1) dan untuk menentukan jarak antara kawat bagian tengah dengan permukaan sungai (h2) dapat digunakan rumus sebagai berikut : (71) h1 = t1 − S1 + GH h2 = t1 − S1 + FL + Smid Dimana GH = x tanϕ FL = DI = IK tan ϕ

DAMAN

113

SUSWANTO

:

SISTEM

(72) (73) (74) DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

DAMAN

114

SUSWANTO

:

SISTEM

DISTRIBUSI

TENAGA

LISTRIK

BAB 8 ALAT PENGAMAN JARINGAN DISTRIBUSI A. Pendahuluan Alat pengaman atau pelindung adalah suatu alat yang berfungsi melindungi atau mengamankan suatu sistem penyaluran tenaga listrik dengan cara membatasi tegangan lebih (over voltage) atau arus lebih (over current) yang mengalir pada sistem tersebut, dan mengalirkannya ke tanah (ground). Dengan demikian alat pengaman harus dapat menahan tegangan sistem agar kontinuitas pelayanan ke pusat beban (load center) tidak terganggu hingga waktu yang tidak terbatas. Dan harus dapat melalukan atau mengalirkan arus lebih dengan tidak merusak alat pengaman dan peralatan jaringan yang lain. Oleh karena itu fungsi alat pengaman adalah : 1. melindungi sistem terhadap kondisi beban lebih (over load) dan hubung singkat (chort circuit). 2. melindungi sistem terhadap gangguan fisik dari luar terutama untuk saluran udara (overhead line). Misalnya karena sambaran petir, sambaran induksi awan bermuatan listrik dan sebagainya. 3. mengisolir bagian sistem yang terkena gangguan. 4. melindungi public/personal terhadap adanya jaringan tegangan tinggi, terutama pada tempat-tempat yang padat penduduknya atau tempattempat dimana jaringan listrik melintasi jalan lalu lintas umum.

a.

b.

c. d. e. f.

Kegunaan sistem pengaman tenaga listrik, antara lain untuk : Mencegah kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal. Mengurangi kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal. Mempersempit daerah yang terganggu sehingga gangguan tidak melebar pada sistem yang lebih luas. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan dan mutu tinggi kepada konsumen. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh tenaga listrik. Menjaga kestabilan sistem tenaga

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

115

g.

Menghindari hilangnya keuntungan perusahaan

Untuk meningkatkan keandalan jaringan distribusi tenaga listrik, cara terbaik adalah dengan jalan merencanakan sistem isolasi yang cukup tahan terhadap tegangan lebih dan mengkoordinasikan alat-alat pengaman yang mempunyai keandalan tinggi terhadap bahaya elektris. Koordinasi pengaman ini dinyatakan dalam bentuk langkah-langkah yang diambil untuk menghindarkan gangguan pada sistem penyaluran tenaga listrik dengan jalan membatasi gangguan-gangguan karena tegangan lebih atau arus lebih, sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada peralatan jaringan. Dalam upaya menanggulangi terhadap bahaya tegangan lebih atau arus lebih, maka persyaratan yang diperlukan bagi alat pengaman yang baik adalah : 1. Dapat melepaskan tegangan lebih ke tanah tanpa menyebabkan hubung singkat (short circuit) terhadap sistem. 2. Dapat memutuskan arus lebih atau arus susulan dalam waktu yang cepat. 3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang tinggi, dalam arti nilai perlindungan antara tegangan lebih maksimum yang diperbolehkan pada saat pelepasan dengan tegangan maksimum sistem yang dapat dipertahankan sesudah terjadi pelepasan. 4. Mempunyai kepekaan (sensitivity) yang tinggi pada saat operasi. 5. Harus dapat bekerja dalam waktu singkat. Oleh karena itu kontinuitas penyaluran tenaga listrik banyak tergantung pada kualitas sistem jaringan distribusi itu sendiri, Makin komplek konfigurasi jaringan distribusi (seperti bentuk network atau mesh) makin banyak peralatan yang digunakan.

B. Jenis Gangguan Pada Jaringan Distribusi Jaringan distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga lsitrik yang paling dekat dengan pelanggan/ konsumen. Ditinjau dari volume fisiknya jaringan dis-tribusi pada umumnya lebih panjang dibandingkan dengan jaringan transmisi dan jumlah gangguannya (sekian kali per 100 km pertahun) juga paling tinggi dibandingkan jumlah gangguan pada saluransaluran transmisi. Jaringan distribusi seperti diketahui terdiri dari jaringan distribusi tegangan menengah (JTM) dan jaringan distribusi tegangan rendah (JTR). Jaringan distribusi tegangan menengah mempunyai tegangan antara 3 kV sampai 20 kV. Pada saat ini PLN hanya mengembangkan jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV. Jaringan distribusi tegangan menengah sebagian besar berupa saluran udara tegangan menengah dan kabel tanah. Pada saat ini gangguan pada saluran udara tegangan menengah ada yang mencapai angka 100 kali per 100 km per tahun. Sebagian besar gangguan pada saluran udara tegangan menengah tidak disebabkan oleh petir melainkan oleh sentuhan pohon, apalagi saluran udara tegangan menengah DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

116

banyak berada di dalam kota yang memiliki bangunan-bangunan tinggi dan pohon-pohon yang lebih tinggi dari tiang saluran udara tegangan menengah. Hal ini menyebabkan saluran udara tegangan menengah yang ada di dalam kota banyak terlindung terhadap sambaran petir tetapi banyak diganggu oleh sentuhan pohon. Hanya untuk daerah di luar kota selain gangguan sentuhan pohon juga sering terjadi gangguan karena petir. Gangguan karena petir maupun karena sentuhan pohon ini sifatnya temporer (sementara), oleh karena itu penggunaan penutup balik otomatis (recloser) akan mengurangi waktu pemutusan penyediaan daya (supply interupting time). Perlindungan sistem distribusi meliputi : 1. Gangguan hubung singkat a. Gangguan hubung singkat dapat terjadi antar fase (3 fase atau 2 fase) atau 1 fase ketanah dan sifatnya bisa temporer atau permanen. b. Gangguan permanen : Hubung singkat pada kabel, belitan trafo, generator, (tembusnya isolasi). c. Gangguan temporer : Flashover karena sambaran petir, flashover dengan pohon, tertiup angin. 2.

Gangguan beban lebih Gangguan beban lebih terjadi karena pembebanan sistem distribusi yang melebihi kapasitas sistem terpasang. Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus-menerus berlangsung dapat merusak peralatan.

3.

Gangguan tegangan lebih Gangguan tegangan lebih termasuk gangguan yang sering terjadi pada saluran distribusi. Berdasarkan penyebabnya maka gangguan tegangan lebih ini dapat dikelompokkan atas dua hal, yaitu : a. Tegangan lebih power frekwensi. Pada sistem distribusi hal ini biasanya disebabkan oleh kesalahan pada AVR atau pengatur tap pada trafo distribusi. b. Tegangan lebih surja Gangguan ini biasanya disebabkan oleh surja hubung atau surja petir. Dari ketiga jenis gangguan tersebut, gangguan yang lebih sering terjadi dan berdampak sangat besar bagi sistem distribusi adalah gangguan hubung singkat. Sehingga istilah gangguan pada sistem distribusi lazim mengacu kepada gangguan hubung singkat dan peralatan proteksi yang dipasang cenderung mengatasi gangguan hubung singkat ini.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

117

C. Alat Pengaman Jaringan Distribusi 1.

Alat Pengaman Celah a. Alat Pengaman Celah Batang (rod gap) Alat pengaman celah batang (rod gap) merupakan alat pengaman paling sederhana, yang terdiri dari dua batang logam dengan penampang tertentu. Batang logam bagian atas diletakkan di puncak isolator jenis pos (post type insulator) dihubungkan dengan kawat penghantar jaringan distribusi, sedangkan batang logam bagian bawah diletakkan pada bagian dasar isolator jenis pos yang langsung berhubungan dengan ground. Jarak celah kedua batang logam tersebut disesuaikan dengan tegangan percikan untuk suatu bentuk gelombang tegangan tertentu. Pada tabel di bawah ini memperlihatkan panjang celah yang diizinkan pada suatu tegangan sisitem. Tabel 12 Tegangan Sistem dan Panjang Celah Tegangan sistem (kV) Panjang celah (m)

12 0,032

33 0,23

66 0,35

132 0,66

275 1,25

400 1,70

Gambar 91 Bentuk Pengaman Celah Batang (Rod Gap)

Gambar 92 Rangkaian Pengaman Celah Batang (Rod Gap)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

118

Keuntungan alat pengaman celah batang ini selain bentuknya sederhana, juga mudah dibuat dan kuat konstruksinya. Sedangkan kelemahan dari celah batang ini, bila terjadi percikan bunga api akibat tegangan lebih maka bunga api yang ditimbulkan pada celah akan tetap ada walaupun tegangan lebih sudah tidak ada lagi. Untuk memadamkan percikan bunga api yang ditimbulkan, dapat dilakukan dengan memutus jaringan tersebut dengan menggunakan saklar pemutus udara (air break switch). Saat gelombang pendek, tegangan gagalnya akan naik lebih tinggi dari pada isolasi yang akan dilindunginya, sehingga diperlukan celah yang sempit untuk gelombang yang curam. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 86 di atas. b.

Alat Pengaman Tanduk Api (arcing horn) Seperti halnya alat pengaman celah batang, alat pengaman tanduk api ini diletakkan dikedua ujung isolator gantung (suspension insulator) atau isolator batang panjang (long rod insulator). Tanduk api dipasang pada ujung kawat penghantar dan ujung isolator yang berhubungan langsung dengan ground (tanah) yang dibentuk sedemikian rupa, sehingga busur api tidak akan mengenai isolator saat terjadi loncatan api. Jarak antara tanduk atas dan bawah diatur sekitar 75-85 % dari panjang isolator keseluruhan. Tegangan loncatan api untuk isolator gandengan dengan tanduk api ditentukan oleh jarak tanduk tersebut. Untuk jelasnya lihat gambar di bawah ini.

Gambar 93 Pengaman Tanduk Api (Arcing Horn)

c.

Alat Pengaman Celah Sekring (fuse rod gap) Alat pengaman celah sekring ini merupakan gabungan antara celah batang (rod gap) dengan sekring yang dihubungkan secara seri. Penggabungan ini digunakan untuk menginterupsikan arus susulan (power follow current) yang diakibatkan oleh percikan api. Oleh sebab itu celah sekring mempunyai karakteristik yang sama dengan celah batang, dan alat ini dapat menghindarkan adanya

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

119

pemutusan jaringan sebagai akibat percikan, serta memerlukan penggantian dan perawatan sekring yang telah dipakai. Kecuali itu agar supaya penggunaannya efektif harus diperhatikan juga koordinasi antara waktu leleh sekring dengan waktu kerja rele pengaman.

2.

d.

Alat Pengaman Celah Kontrol (control gap) Alat pengaman celah kontrol terdiri dari dua buah celah yang diatur sedemikian rupa, sehingga karakteristiknya mendekati celah bola ditinjau dari segi lengkung volt-waktunya yang mempunyai karakteristik lebih baik dari celah batang. Celah kontrol ini dapat dipakai bersama atau tanpa sekring; meskipun alat ini dapat dipakai sebagai perlindungan cadangan atau sekunder, dan dianggap sekelas dengan celah batang.

e.

Alat Pengaman Celah Tanduk (horn gap) Alat pengaman ini terbuat dari dua buah batang besi yang masing-masing diletakkan diatas isolator. Celah yang dibuat oleh kedua batang besi itu, satu batang dihubungkan langsung dengan kawat penghantar jaringan sedangkan yang lainnya dihubungkan dengan sebuah resistor yang langsung terhubung ke ground (tanah). Celah tanduk ini biasanya bekerja pada saat terjadi tegangan loncatan api pada celahnya. Ketika tegangan surja mencapai 150 – 200 % dari tegangan nominal jaringan, maka akan terjadi pelepasan langsung pada celah dan langsung diteruskan ke ground melalui resistor. Fungsi dari celah tanduk ini untuk pemutus busur api yang terjadi pada saat tegangan lebih. Busur api cenderung naik akibat panas yang terlalu tinggi, juga disebabkan peristiwa arus loop sebesar mungkin pada sisi lain membuat tembus rangkaian magnit maksimum. Hanya celah tanduk sebagai arrester jauh dari memuaskan yang seringkali busur api yang tak perlu. Pengaman ini tidak cukup karena dapat dibandingkan dari nilai pelepasan yang rendah resistor. Dan ini tidak selalu menahan secara dinamis busur api yang mengikuti pelepasan peralihan (transient discharge). Akibatnya salah satu pada keadaan tetap tanduk ground atau dibinasakan oleh celah. Oleh sebab itu celah tanduk arrester sekarang hampir tidak diapakai lagi sebagai alat pengaman petir.

Alat Pengaman Tabung Pelindung (protector tube) Alat pengaman tabung pelindung ini terdiri dari : (1) tanduk api (arcing horn) yang dipasang di bawah kawat penghantar, yang terhubung dengan tabung fiber. (2) Tabung fiber yang terdiri dari elektroda atas

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

120

yang berhubungan dengan tanduk api dan elektroda bawah yang berhubungan langsung dengan tanah (ground). Apabila tegangan petir mengalir ke kawat penghantar, maka akan terjadi percikan api antara kawat penghantar dengan tanduk api. Percikan api akan mengalir dari elektroda atas ke elektroda bawah. Karena panas tabung fiber akan menguap disekitar dindingnya, sehingga gas yang ditimbulkan akan menyembur ke percikan apai dan memadamkannya. Alat pengaman tabung pelindung ini digunakan pada saluran transmisi untuk melindungi isolator dan mengurangi besarnya tegangan surja yang mengalir pada kawat penghantar. Selain itu digunakan juga pada gardu induk untuk melindungi peralatan disconnect switches, ril bus, dan sebagainya.

Gambar 94 Pengaman Tabung Pelindung (Protector Tube)

3.

Alat Pengaman Lightning Arrester Lightning arrester adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan dan peralatannya terhadap tegangan lebih abnormal yang terjadi karena sambaran petir (flash over) dan karena surja hubung (switching surge) di suatu jaringan. Lightning arrester ini memberi kesempatan yang lebih besar terhadap tegangan lebih abnormal untuk dilewatkan ke tanah sebelum alat pengaman ini merusak peralatan jaringan seperti tansformator dan isolator. Oleh karena itu lightning arrester merupakan alat yang peka terhadap tegangan, maka pemakaiannya harus disesuaikan dengan tegangan sistem. Arrester petir atau disingkat arrester adalah suatu alat pelindung bagi peralatan system tenaga listrik terhadap surya petir. Alat pelindung terhadap gangguan surya ini berfungsi melindungi peralatan system tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya ketanah. Disebabkan oleh fungsinya, Arrester harus dapat menahan tegangan system 50 Hz untuk waktu yang terbatas dan harus dapat melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan. Arrester berlaku sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

121

Selain melindungi peralatan dari tegangan lebih yang diakibatkan oleh tegangan lebih external, arrester juga melindungi peralatan yang diakibatkan oleh tegangan lebih internal seperti surja hubung, selain itu arrester juga merupakan kunci dalam koordinasi isolasi suatu system tenaga listrik. Bila surja datang ke gardu induk arrester bekerja melepaskan muatan listrik serta mengurangi tegangan abnormal yang akan mengenai peralatan dalam gardu induk. Persyaratan yang harus dipenuhi oleh arrester adalah sebagai berikut : a. Tegangan percikan (sparkover voltage) dan tegangan pelepasannya (discharge voltage), yaitu tegangan pada terminalnya pada waktu pelepasan, harus cukup rendah, sehingga dapat mengamankan isolasi peralatan. Tegangan percikan disebut juga tegangan gagal sela (gap breakdown voltage) sedangkan tegangan pelepasan disebut juga tegangan sisa (residual voltage) atau jatuh tegangan (voltage drop) Jatuh tegangan pada arrester = I x R Dimana I = arus arrester maksimum (A) R = tahanan arrester (Ohm) b. Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat bekerja terus seperti semula. Batas dari tegangan system di mana arus susulan ini masih mungkin, disebut tegangan dasar (rated voltage) dari arrester.

Gambar 95 Arus melalui Arrester

Gambar 96 Tegangan dan Arus Pelepasan Pada Arrester

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

122

Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Pada kondisi normal arrester berlaku sebagai isolasi tetapi bila timbul surja arrester berlaku sebagai konduktor yang berfungsi melewatkan aliran arus yang tinggi ke tanah. Setelah arus hilang, arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator. Pada dasar arrester terdiri dari dua bagian yaitu : Sela api (spark gap) dan tahanan kran (valve resistor). Keduanya dihubungkan secara seri. Batas atas dan bawah dari tegangan percikan ditentukan oleh tegangan system maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Untuk penggunaan yang lebih khusus arrester mempunyai satu bahagian lagi yang disebut dengan Tahanan katup dan system pengaturan atau pembagian tegangan (grading system). Jika hanya melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan karena gangguan dengan tidak memperdulikan akibatnya terhadap pelayanan, maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan terjadinya percikan pada waktu tegangan mencapai keadaan bahaya. Dalam hal ini, tegangan system bolak – balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka kemungkinan api dapat dipadamkan. Tetapi bila tahanannya mempunyai harga tetap, maka jatuh tegangannya menjadi besar sekali sehingga maksud untuk meniadakan tegangan lebih tidak terlaksana, dengan akibat bahwa maksud melindungi isolasi pun gagal. Oleh sebab itu disrankan memakai tahanan kran (valve resistor), yang mempunyai sifat khusus, yaitu tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar. Proses pengecilan tahanan berlangsung cepat yaitu selama tegangan lebih mencapai harga puncak. Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis pada tahanan sehingga jatuh tegangannya dibatasi meskipun arusnya besar. Bila tegangan lebih habis dan tinggal tegangan normal, tahanannya naik lagi sehingga arus susulannya dibatasi kira – kira 50 ampere. Arus susulan ini akhirnya dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan sistemnya mencapai titik nol yang pertama sehingga alat ini bertindak sebagai sebuah kran yang menutup arus, dari sini didapatkan nama tahanan kran. Pada arrester modern pemadaman arus susulan yang cukup besar (200–300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini, baik amplitude maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadaman dapat dilakukan sebelum tegangan system mencapai harga nol. Tegangan dasar (rated voltage) yang dipakai pada lightning arrester adalah tegangan maksimum sistem, dimana lightning arrester ini harus DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

123

mempu-nyai tegangan dasar maksimum tak melebihi tegangan dasar maksimum dari sis-tem, yang disebut dengan tegangan dasar penuh atau lightning arrester 100 %. a.

Lightning Arrester Jenis Oksida Film Dalam tabung porselin dari alat pengaman lightning arrester tipe oksida film ini memiliki 2 ruang, yaitu : (1) ruang celah (gap chamber) dan (2) ruang butiran oksida timah hitam. Ruang celah terbuat dari porselin annulus yang berbentuk silinder, yang berisi sebuah pegas, lempengan cakram dan celah elektroda. Lempengan cakram terdiri dari dua lempeng yang disatukan (crimped), yang masing memiliki dimeter sebesar 19 cm dan tebal 1,59 cm. Permukaan lempengan cakram dilapisi dengan film yang diisolasi dengan vernis. Kekuatan tembus untuk setiap lempeng cakram tersebut terjadi pada tegangan 300 V. Jumlah unit lempeng cakram ditentukan oleh tegangan jaringan dan kondisi petir agar dapat menahan tegangan maksimum sistem. Pada ruang celah ini ditempatkan juga sebuah pegas pada bagian atas dan celah elektroda (gap electrode) pada bagian bawah. Sedangkan ruang butiran oksida timah hitam (lead peroxida) berisi dengan butiran-butiran oksida timah hitam. Dimana panjang ruangan kira-kira 5,1 cm (2 inchi) per kV dari tegangan dasar. Satu tabung dapat digunakan untuk tegangan diatas 25 kV ketika titik netral diketanahkan dengan induktansi coil. Butiran-butiran oksida timah hitam mempunyai diameter 2,38 mm dengan kulit berlubang tipis dari litharge. Ketika tegangan pelepasan (discharge voltage) mengalir ke ruang celah melalui pegas, maka tegangan pelepasan akan menembus film yang berlapis vernis diatas lempeng cakram. Apabila tegangan melebihi dari batas kekuatan lempeng cakram per unit, loncatan busur api akan diteruskan ke celah elektroda. Dan mengalir langsung ke ruang butiran oksida timah hitam. Panas yang berkembang akibat busur api menyebabkan oksida timah hitam berubah menjadi merah. Sehingga busur api akan padam dan energi yang tersisa akan mengalir ke ground.

b.

Lightning Arrester Jenis Thyrite Elemen kran (valve) untuk arrester jenis thyrite ini terbuat dari bahan lempengan keramik yang berkualitas baik, yang bertindak sebahai penghantar tegangan tinggi surja dan memperli-hatkan tahanan tinggi untuk tenaga jaringan (line energy). Pada arrester ”thyriet magne-valve” memperlihatkan arus petir lewat langsung celah by- seri ke celah utama, dan oleh elemen thyrite ke

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

124

ground. Jika energi jaringan berusaha mengikuti energi petir, maka energi jaringan dibuat untuk mengalirkan langsung ke lilitan seri, dan menciptakan medan magnit cukup kuat untuk memadamkan busur api dari pelepasan arus petir. Pemadaman ini bereaksi dengan cepat dan mengambil kedudukan kurang lebih setengah gelombang energi jaringan.

Gambar 97 Pengaman Arrester Jenis Thyrite

Thyrite adalah bahan campuran padat tak organik dari keramik alam, yang mempunyai resistansi lebih cepat untuk mengurangi. c.

Lightning Arrester Jenis Katup (Valve) Alat pengaman arrester jenis katup (valve) ini terdiri dari sebuah celah api (spark gap) yang dihubungkan secara seri dengan sebuah tahanan non linier atau tahanan katup (valve resistor). Dimana ujung dari celah api dihubungkan dengan kawat fasa, sedangkan ujung dari tahanan katup dihubungkan ke ground (tanah). Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini. Saat terjadi tegangan lebih maka pada celah api akan terjadi percikan yang akan menyebabkan timbulnya bunga api (arc). Api percikan ini akan timbul terus menerus walaupun tegangan lebihnya sudah tidak ada. Untuk menghentikan percikan bunga api pada celah api tersebut, maka resistor non linier akan memadamkan percikan bunga api tersebut. Nilai tahanan non linier ini akan turun saat tegangan lebih menjadi besar. Tegangan lebih akan mengakibatkan penurunan secara drastis nilai tahanan katup, sehingga tegangan jatuh-nya dibatasi walaupun arusnya besar.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

125

Gambar 98 Rangkaian dan Karekteristik Pengaman Arrester Jenis Katup (Valve)

Gambar 99 Pengaman Arrester Jenis Katup (Valve)

Arrester jenis katup ini terdiri dari sela pecik terbagi atau sela seri yang terhubung dengan elemen tahanan yang mempunyai karakteristik tidak linier. Tegangan frekwensi dasar tidak dapat menimbulkan tembus pada sela seri. Apabila sela seri tembus pada saat tibanya suatu surja yang cukup tinggi, alat tersebut menjadi pengahantar. Sela seri itu tidak dapat memutus arus susulan. Dalam hal ini dibantu oleh arrester tak linier yang mempunyai karakteristik tahanan kecil untuk arus besar dan tahanan besar untuk arus susulan dari frekwensi dasar terlihat pada karakteristik volt amper.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

126

Arrester jenis katup ini dibagi dalam empat jenis yaitu : 1). Arrester katup jenis gardu Arrester katup jenis gardu ini adalah jenis yang paling effisien dan juga paling mahal. Perkataan “gardu“ di sini berhubungan dengan pemakaiannya secara umum pada gardu induk besar. Umumnya dipakai untuk melindungi alat – alat yang mahal pada rangkaian – rangkaian mulai dari 2400 volt sampai 287 kV dan tinggi. 2). Arrester katup jenis saluran Arrester jenis saluran ini lebih murah dari arrester jenis gardu . kata “saluran” disini bukanlah berarti untuk saluran transmisi. Seperti arrester jenis gardu, arrester jenis saluran ini dipakai untuk melindungi transformator dan pemutus daya serta dipakai pada system tegangan 15 kV sampai 69 kV.

Gambar 100 Pengaman Arrester Katup (Valve) Jenis Saluran

3). Arrester katup jenis gardu untuk mesin–mesin Arrester jenis gardu ini khusus untuk melindungi mesin– mesin berputar. Pemakaiannya untuk tegangan 2,4 kV sampai 15 kV. 4). Arrester katup jenis distribusi untuk mesin–mesin Arrester jenis distribusi ini khusus melindungi mesin– mesin berputar seperti di atas dan juga melindungi transformator dengan pendingin udara tanpa minyak. Arrester jenis ini dipakai pada peralatan dengan tegangan 120 volt sampai 750 volt.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

127

d.

Lightning Arrester Jenis Expulsion Lightning arrester jenis expulsion ini mempunyai dua celah api, yang satu berada diluar dan satu lagi berada dalam. Ketika terjadi tegangan lebih pada jaringan maka pada elektroda batang sebagai celah api 1 akan terjadi loncatan busur api (flshover). Loncatan busur api ini akan turun ke dalam tabung fiber (fiber tube) diantara elektroda atas dan bawah yang merupakan celah api 2. Tem-peratur pelepasan dari busur api akan menimbulkan tekanan dalam tabung fiber, sehingga tabung fiber akan meng-hasilkan uap gas. Makin tinggi tempe-ratur busur api makin banyak uap gas yang dihasilkan. Uap gas yang dihasilkan oleh tabung fiber akan bercampur dengan busur api, sehingga akan mem-binasakan busur api dan mengusir uap gas yang tak berpenghantar ke luar tabung gas (vent). Dengan demikian daya busur api akan cenderung mengikuti pelepasan peralihan (transient discharge) ke ground tanpa ada kekuatan selama gelombang tegangan lebih terakhir.

Gambar 101 Pengaman Arrester Jenis Expulsion

Pada prinsipnya terdiri dari sela percik yang berada dalam tabung serat dan sela percik yang berada di udara atau disebut juga sela seri. Bila ada tegangan surja yang tinggi sampai pada jepitan arrester kedua sela percik, yang diluar dan yang berada didalam tabung serat, tembus seketika dan membentuk jalan penghantar dalam bentuk busur api. Jadi arrester menjadi konduktor dengan impedansi rendah dan melalukan surja arus dan arus daya system bersama – sama. Panas yang timbul karena mengalirnya arus petir DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

128

menguapkan sedikit bahan tabung serat, sehingga gas yang timbul akan menyembur pada api. Arus susulan dalam arrester jenis ini dapat mencapai harga yang tinggi sekali tetapi lamanya tidak lebih dari 1 (satu) atau 2 (dua) gelombang, dan biasannya kurang dari setengah gelombang. Jadi tidak menimbulkan gangguan. Arrester jenis ekspulasi ini mempunyai karakteristik volt – waktu yang lebih baik dari sela batang dan dapat memutuskan arus susulan. Tetapi tegangan percik impulsnya lebih tinggi dari arrester jenis katup. Tambahan lagi kemampuan untuk memutuskan arus susulan tergantung dari tingkat arus hubung singkat dari system pada titik di mana arrester itu dipasang. Dengan demikian perlindungan dengan arrester jenis ini dipandang tidak memadai untuk perlindungan transformator daya, kecuali untuk system distribusi. Arrester jenis ini banyak juga digunakan pada saluran transmisi untuk membatasi besar surja yang memasuki gardu induk. Dalam penggunaan yang terakhir ini arrester jenis ini sering disebut sebagai tabung pelindung. e.

Karakteristik Arrester. Oleh karena arrester dipakai untuk melindungi peralatan system tenaga listrik maka perlu diketahui karakteristiknya sehingga arrester dapat digunakan dengan baik dalam pemakaiannya. Arrester mempunyai tiga karakteristik dasar yang penting dalam pemakaiannya yaitu : 1. Tegangan rated 50 c/s yang tidak boleh dilampaui 2. Mempunyai karakteristik yang dibatasi oleh tegangan (voltage limiting) bila dilalui oleh berbagai macam arus petir. Sebagaimana diketahui bahwa arrester adalah suatu peralatan tegangan yang menpunyai tegangan ratingnya. Maka jelaslah bahwa arrester tidak boleh dikenakan tegangan yang melebihi rating ini, baik pada keadaan normal maupun dalam keadaan abnormal. Oleh karena itu menjalankan fungsingnya ia menanggung tegangan system normal dan tegangan lebih transiens 50 c/s. Karakteristik pembatasan tegangan impuls dari arrester adalah harga yang dapat ditahan oleh terminal ketika melalukan arus – arus tertentu dan harga ini berubah dengan singkat baik sebelum arus mengalir maupun mulai bekerja. Batas termis ialah kemampuan untuk mengalirkan arus surja dalam waktu yang lama atau terjadi berulang – ulang tanpa menaikan suhunya. Meskipun kemampuan arrester untuk menyalurkan arus sudah mencapai 65000 – 100.000 ampere,

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

129

tetapi kemampuannya untuk melalukan surja hubung terutama bila saluran menjadi panjang dan berisi tenaga besar masih rendah. Maka agar supaya tekanan stress pada isolasi dapat dibuat serendah mungkin, suatu system perlindungan tegangan lebih perlu memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Dapat melepas tegangan lebih ke tanah tanpa menyebabkan hubung singkat ke tanah ( saturated ground fault) 2. Dapat memutuskan arus susulan. 3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang rendah, artinya tegangan percikan sela dan tegangan pelepasannya rendah. 3.

Alat Pengaman Arus Lebih a. Fuse Cut Out Fuse cut out (sekring) adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan terhadap arus beban lebih (over load current) yang mengalir melebihi dari batas maksimum, yang disebabkan karena hubung singkat (short circuit) atau beban lebih (over load). Konstruksi dari fuse cut out ini jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan pemutus beban (circuit breaker) yang terdapat di Gardu Induk (sub-station). Akan tetapi fuse cut out ini mempunyai kemampuan yang sama dengan pemutus beban tadi. Fuse cut out ini hanya dapat memutuskan satu saluran kawat jaringan di dalam satu alat. Apabila diperlukan pemutus saluran tiga fasa maka dibutuhkan fuse cut out sebanyak tiga buah. Penggunaan fuse cut out ini merupakan bagian yang terlemah di dalam jaringan distribusi. Sebab fuse cut out boleh dikatakan hanya berupa sehelai kawat yang memiliki penampang disesuaikan dengan besarnya arus maksimum yang diperkenankan mengalir di dalam kawat tersebut. Pemilihan kawat yang digunakan pada fuse cut out ini didasarkan pada faktor lumer yang rendah dan harus memiliki daya hantar (conductivity) yang tinggi. Faktor lumer ini ditentukan oleh temperatur bahan tersebut. Biasanya bahan-bahan yang digunakan untuk fuse cut out ini adalah kawat perak, kawat tembaga, kawat seng, kawat timbel atau kawat paduan dari bahanbahan tersebut. Mengingat kawat perak memiliki konduktivitas 60,6 mho/cm lebih tinggi dari kawat tembaga, dan memiliki temperatur 960° C, maka pada jaringan distribusi banyak digunakan. Kawat perak ini dipasangkan di dalam tabung porselin yang diisi dengan pasir putih sebagai pemadam busur api, dan menghubungkan kawat tersebut pada kawat fasa, sehingga arus mengalir melaluinya.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

130

Jenis fuse cut out ini utnuk jaringan distribusi dugunakan dengan saklar pemisah. Pada ujung atas dihubungkan dengan kontak-kontak yang berupa pisau yang dapat dilepaskan. Sedangkan pada ujung bawah dihubungkan dengan sebuah engsel. Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini.

Gambar 102 Pengaman Fuse Cut Out

Kalau arus beban lebih melampaui batas yang diperkenankan, maka kawat perak di dalam tabung porselin akan putus dan arus yang membahayakan dapat dihentikan. Pada waktu kawat putus terjadi busur api, yang segera dipadamkan oleh pasir yang berada di dalam tabung porselin. Karena udara yang berada di dalam porselin itu kecil maka kemungkinan timbulnya ledakan akan berkurang karena diredam oleh pasir putih. Panas yang ditimbulkan sebagian besar akan diserap oleh pasir putih tersebut. Apabila kawat perak menjadi lumer karena tenaga arus yang melebihi maksimum, maka waktu itu kawat akan hancur. Karena adanya gaya hentakan, maka tabung porselin akan terlempar keluar dari kontaknya. Dengan terlepasnya tabung porselin ini yang berfungsi sebagai saklar pemisah, maka terhidarlah peralatan jaringan distribusi dari gangguan arus beban lebih atau arus hubung singkat. Umur dari fuse cut out initergantung pada arus yang melaluinya. Bila arus yang melalui fuse cut out tersebut melebihi batas maksimum, maka umur fuse cut out lebih pendek. Oleh karena itu pemasangan fuse cut out pada jaringan distribusi hendaknya yang memiliki kemampuan lebih besar dari kualitas tegangan jaringan, lebih kurang tiga sampai lima kali arus nominal yang diperkenankan. Fuse cut out ini biasanya ditempatkan sebagai DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

131

pengaman tansformator distribusi, dan pengaman pada cabangcabang saluran feeder yang menuju ke jaringan distribusi sekunder.

D. Penempatan Alat Pengaman Pada Jaringan Arrester petir atau disingkat arrester adalah suatu alat pelindung bagi peralatan system tenaga listrik terhadap surya petir. Alat pelindung terhadap gangguan surya ini berfungsi melindungi peralatan system tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya ketanah.

Gambar 103 Penempatan Pengaman Fuse Cut Out dan Arester Pada Jaringan

Disebabkan oleh fungsinya, Arrester harus dapat menahan tegangan system 50 Hz untuk waktu yang terbatas dan harus dapat melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan. Arrester berlaku sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Selain melindungi peralatan dari tegangan lebih yang diakibatkan oleh tegangan lebih external, arrester juga melindungi peralatan yang diakibatkan oleh tegangan lebih internal seperti surja hubung, selain itu arrester juga merupakan kunci dalam koordinasi isolasi suatu system tenaga listrik. Bila surja datang ke gardu induk arrester bekerja melepaskan muatan listrik serta mengurangi tegangan abnormal yang akan mengenai peralatan dalam gardu induk.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

132

1.

Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Penyangga Jaringan

Gambar 104 Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Penyangga Jaringan

2.

Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Opstijg Cable

Gambar 105 Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Opstijg Cable

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

133

3.

Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Akhir Jaringan

Gambar 106 Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Akhir Jaringan

4.

Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Trafo Double Pole

Gambar 107 Penempatan Pengaman Fuse Cut Out dan Arester Pada Tiang Trafo Double Pole

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

134

5.

Penempatan Pengaman Arrester Pada Tiang Trafo Single Pole

Gambar 108 Penempatan Pengaman Fuse Cut Out dan Arester Pada Tiang Trafo Single Pole

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

135

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

136

BAB 9 GARDU DISTRIBUSI A. Pendahuluan Gardu distribusi merupakan salah satu komponen dari suatu sistem distribusi yang berfungsi untuk menghubungkan jaringan ke konsumen atau untuk membagikan/mendistribusikan tenaga listrik pada beban/konsumen baik konsumen tegangan menengah maupun konsumen tegangan rendah.

Gambar 109. Konstruksi Gardu Distribusi

Transformator distribusi digunakan untuk menurunkan tegangan listrik dari jaringan distribusi tegangan tinggi menjadi tegangan terpakai pada jaringan distribusi tegangan rendah (step down transformator); misalkan tegangan 20 KV menjadi tegangan 380 volt atau 220 volt. Sedang transformator yang digunakan untuk menaikan tegangan listrik (step up transformator), hanya digunakan pada pusat pembangkit tenaga listrik agar tegangan yang didistribusikan pada suatu jaringan panjang (long line) tidak mengalami penurunan tegangan (voltage drop) yang berarti; yaitu tidak melebihi ketentuan voltage drop yang diperkenankan 5% dari tegangan semula.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

137

Jenis transformator yang digunakan adalah transformator satu phasa dan transformator tiga phase. Adakalanya untuk melayani beban tiga phase dipakai tiga buah transformator satu phase dengan hubungan bintang (star conection) Ү atau hubungan delta (delta conection) Δ. Sebagian besar pada jaringan distribusi tegangan tinggi (primer) sekarang ini dipakai transformator tiga phase untuk jenis out door. Yaitu jenis transformator yang diletakkan diatas tiang dengan ukuran lebih kecil dibandingkan dengan jenis in door, yaitu jenis yang diletakkan didalam rumah gardu.

B. Macam-Macam Gardu Distribusi Gardu distribusi dapat dibedakan dari beberapa hal yang diantaranya : 1.

Gardu Hubung Gardu hubung adalah gardu yang berfungsi untuk membagi beban pada sejumlah gardu atau untuk menghubungkan satu feeder TM dengan feeder TM yang lain. Dengan demikian pada gardu ini hanya dilengkapi peralatan hubung dan bila perlu misalnya untuk melayani konsumen TM dilengkapi dengan alat pembatas dan pengukur.

2.

Gardu Trafo Gardu Trafo adalah gardu yang akan berfungsi untuk membagikan energi listrik pada konsumen yang memerlukan tegangan rendah. Dengan demikian pada gardu trafo dipasang/ditempatkan satu atau dua trafodistribusi yang dipergunakan untuk merubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah selain dari peralatan hubungnya untuk melayani konsumen tegangan rendah.

3.

Gardu Open Type (Gardu Sel) Gardu open type adalah gardu distribusi yang mempunyai peralatan hubung terbuka. Dimana dalam bekerjanya pisau-pisau dalam peralatan hubung, dapat dengan mudah dilihat mata biasa (dapat diawasi) baik pada saat masuk (menutup) atau saat keluar (membuka). Biasanya tempat pemasangan peralatan hubung semacam ini diberi sekat antara satu dengan yang lainnya yang terbuat dari tembok dan karena hal ini, gardu tembol open type sering disebut gardu sel

4.

Gardu Closed Type (Gardu Kubikel) Gardu closed type adalah gardu distribusi baik gardu trafo atau gardu hubung yang memiliki peralatan hubung tertutup. Dimana peralatan hubung baik untuk incoming, aut going, pengamatan trafo dan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

138

sebagainnya ditempatkan dalam suatu lemari khusus yang tertutup sehingga bekerjanya pisau-pisau peralatan hubung tidak dapat dilihat yang disebut kubikel, untuk ini gardu dengan type ini sering disebut sebagai gardu kubikel. 5.

Gardu Tembok (Gardu Beton) Gardu tembok adalah gardu trafo /hubung yang secara keseluruhan konstruksinya tersebut dari tembok/beton.

6.

Gardu Kios (Gardu Besi) Gardu kios adalah gardu yang bangunan keseluruhannya terbuat dari plat besi dengan konstruksi seperti kios.

Gambar 110. Konstruksi Gardu Kios

7.

Gardu Portal Gardu portal adalah gardu trafo yang secara keseluruhan instalasinya dipasang pada 2 buah tiang atau lebih.

Gambar 111. Konstruksi Gardu Portal

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

139

8.

Gardu Kontrol Gardu kontrol adalah gardu trafo yang secara keseluruhan instalasinya dipasang pada satu tiang.

Gambar 112. Konstruksi Gardu Kontrol

C. Transformator Distribusi Transformator distribusi digunakan untuk membagi/menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang pada saluran tidak terlalu banyak. Untuk mengurangi panas akibat pembebanan pada transformator, maka diperlukan pendinginan. Menurut jenis pendinginannya, transformator distribusi dibedakan menjadi 3 macam, yaitu : 1. Transformator konvensional 2. Transformator lengkap dengan pengaman sendiri 3. Transformator lengkap dengan pengaman pada sisi sekunder Transformator konvensional, peralatan sistem pengamanannya terdapat diluar transformator, sedangkan transformator dengan pengaman sendiri

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

140

terdapat di dalam transformator itu sehingga dikenal juga dengan Transformator Berpengaman Sendiri (BPS). Untuk maksud penyesuaian dengan tegangan beban, pada belitan sisi tegangan tinggi sering diberi sadapan (tapping), sehingga dapat dipilih sampai 5% diatas atau 10% dibawah tegangan nominalnya. 1.

Macam-macam transformator distribusi Trafo yang umum dipakai distribusi yaitu trafo 3 fasa dan trafo satu fasa. Trafo tiga fasa paling banyak pemakaiannya karena: a. Tidak memerlukan ruangan yang besar b. Lebih murah c. Pemeliharaan persatuan barang lebih mudah dan lebih murah. Menurut jenisnya trafo distribusi dibedakan menjadi : nd a. Jenis overhead Jenis ini bisa dibedakan menjadi : 1). Tipe Konvensional : Tipe ini tidak memiliki alat pengaman seperti arester, pengaman beban lebih sebagai satu kesatuan unit trafo. Jadi altalat pengaman tersebut didapat dan dipasang secara terpisah. Untuk rating yang tidak terlalu besar, tipe ini adalah dalam bentuk pasangan tiang. Sedang untuk rating yang besar, ditempatkan pada gardu distribusi. Pada gambar terlihat trafo distribusi tipe konvensional yang dilengkapi dengan terminal-terminalnya.

Gambar 113. Konstruksi Transformator Distribusi Tipe Konvensional

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

141

2). Tipe CSP (Completely Selp Protected) Trafo distribusi tipe ini memiliki pengaman sebagai kesatuan unit trafo. Pengaman yang lain adalah pengaman terhadap gangguan surya petir dan surya hubung, pengaman beban lebih dan pengaman hubung singkat.

Gambar 114. Konstruksi Transformator Distribusi Tipe CSP

Selain itu trafo jenis ini juga dilengkapi dengan lampu merah peringatan yang akan menyala bila temperatur gulungan melebihi batas yang diijinkan untuk isolasinya. Apabila tidak diambil tindakan dan temperatur mencapai batas bahaya, maka circuit breaker akan membuka. Apabila diperlukan, circuit breaker bisa diset pada posisi darurat untuk melakukan beban lebih sementara. Dalam gambarterlihat bentuk trafo tipe CSP satu fasa dan alat-alat proteksinya. b.

Jenis underground : Jenis ini bisa dibedakan lagi menjadi : 1). Tipe Subway : Trafo distribusi tipe ini dipasang pada ruangan bawah tanah untuk sistem distribusi bawah tanah. Tipe ini bisa berbentuk trafo konvensional, maupun trafo berproteksi arus. Trafo berproteksi arus mempunyai perlengkapan pengaman yang sama seperti trafo CSP hanya saja tidak memiliki pengaman gangguan surya petir yang memang tidak diperlukan untuk sistem distribusi bawah tanah.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

142

Gambar 115. Konstruksi Transformator Distribusi Tipe Subway

2). Tipe network Trafo network dirancang untuk melayani sistem distribusi jaringan tegangan rendah (LV network). Trafo distribusi ini didiklasifasikan menjadi 3, berdasarkan pendinginannya yang masing-masing : a. Berisi Minyak : Merupakan jenis yang biasa digunakan, sebagai minyak pengisi pada umumnya dipakai askatrel yang mempunyai sifat tidak bisa terbakan (non flamcable). Meskipun demikian trafo jenis ini belum terhindar dari kemungkinan meledaknya tangki, karena kegagalan gulungan dengan dengan kekuatan tertentu akan menghasilkan tekanan besar, yang biasa menyebabkan 5tangki meledak. Oleh sebab itu sering ditambahkan peralatan mekanis pelepas tekanan. b.

Tipe kering berventilasi : Digunakan bila ada tempat kering pada lantai dasar sebuah bangunan, dimana udara cukup bersih. Adanya lubang-lubang hawa pada rumah trafo yang terbuat dari metal memungkinkan udara mengalir ke koil dan inti trafo. Tipe ini memberikan keamanan maksimum dengan biaya pemasangan dan perawatan minimum.

c.

Tipe kering tertutup : Pada tipe ini trafo ditempatkan pada tangki yang tertutup rapat, dengan sedikit tekanan positif dari gas nitrogen. Traf tipe ini menghilangkan sama sekali

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

143

kemungkinan terbakar ataupun meledak juga biaya pemeliharaan minyak karena isolasi utamanya adalah udara, tipe kering tertutup ini ukurannya lebih lebih besar dari trafo network yang berisi minyak. Trafo tipe ini juga dilengkapi dengan network protector pada sisi sekundernya dimana network protector ini sudah merupakan satu unit dengan trafonya. Network protector ini adalah alat pengaman jaringan distribusi tipe LV network, dimana bisa timbul kemungkinan pembalikan arus dari sekunder ke primer atau pada trafo distribusi yang menyebabkan membukanya circuit breaker saluran saluran primer. Network protector (pengaman jaringan) ditempatkan pada bagian sekunder trafo distribusi merupakan jenis air circuit breaker dengan relay-relay dan peralatan pembantu dan mempunyai fungsi a. Mengerjakan pemutus bila terjadi gangguan pada kabel primer atau trafo distribusi. b. Mengerjakan pemutus bila terjadi pembalikan daya. c. Menutup kembali rangkaian jika tegangan pada bagian primer dan sudut fasanya sudah sesuai dengan tegangan jaringan, sehingga setelah penutupan, daya akan mengalir dari feeder ke jaringan. Pada gambar terlihat trafo tipe network dan terletak di dalam ruangan bawah tanah. Dalam gambar berikutnya adalah bentuk dari network protector.

Gambar 116. Konstruksi Transformator Distribusi Tipe Network

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

144

Gambar 117. Konstruksi Transformator Distribusi Tipe Network Protektor

c.

Tipe pounted Trafo ini pada mulanya digunakan untuk didistribusi daerah rumah tinggal dengan sisitem jaringan bawah tanah. Dengan diadakannya pengambangan trafo ini dapat dipakai untuk beban-beban yang besar sampai 2500KVA per unitnya.trafo ini merupakan satu kesatuan dengan rumah trafo yang terbuat dari metal dan dilengkapi dengan pengamanpengaman untuk tegangan rendah yang terdiri dari sekring, pemutusan switch. Trafo-trafo pounted ini dapat diletakkan langsung diatas tanah untuk daerah perumahan atau gedung. Dengan perlengkapan penyambung tertutup dari bahan sintesis trafo pounted bias berkemampuan: a. Tahan banjir b. Dapat dipegang (dead front), aman terhadap tegangan c. Dapat dengan cepat dipasang dan dilepas tanpa memutuskan circuit primer, dengan menggunakan hot stick, sehingga aliran daya keunit laintetap terjaga. Karena merupakan trafo yang self contained, sehingga tak dibutuhkan klagi gardu-gardu distribusi. Juga ukurannya jauh lebih kecil dari pada trafo distribusi yang menggunakan gardugardu. Dalam gambar berikut diperlihatkan unit gadu transformator pounted dan daftar perlengkapannya. Daya sampai 500KVA fasa, 125kv BIL. Dalam gambar, selanjutnya diperlihatkan imensi gardu transformator 3 fasa, sampai dengan 500 KVA, 20KV, lengkap dengan load break elbow connector.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

145

Gambar 118. Konstruksi Transformator Distribusi Tipe Pounted

2.

Transformator 1 Fasa dan 3 Fasa Transformator distribusi 3 fasa dapat juga dibangun di antara3 pilihan, yaitu : 3 x 1 fasa, dimana terdiri dari 3 transformator 1 fasa identik 1 x 3 fasa, terdiri dari satu transformator konstruksi 3 fasa 2 x 1 fasa, terdiri dari konstruksi 2 transformator satu fasa yang identik Transformator 3 x 1 fasa mempunyai ciri-ciri sebagai berikut : a. Kumparan primer dan sekunder dapat dibuat beberapa vektor grup dan angka lonceng sesuai dengan yang diinginkan. b. Ketiga transformator tersebut dapat juga dioperasikan ke beban menjadi satu fasa, yaitu dihubungkan paralel (karena ketiga transformator tersebut identik) c. Dengan daya yang sama untuk ketiga fasa, maka fasa untuk 3 x 1 fasa dibanding dengan 1 x 3 fasa lebih berat dan lebih mahal. d. Tegangan-tegangan untuk ketiga fasanya, primer dan sekunder bener-benar seimbang. Sedangkan transformator 1 x 3 fasa mempunyai cirri-ciri yaitu : a. Konstruksinya sudah di rancang permanen dari pabrik pembuatnya b. Dapat digunakan untuk mensuplai beban satu fasa, maka tiap fasa maksimal beban yang dapat ditanggungnya hanya sepertiga dari daya tiga fasa. c. Transformator ini lebih ringan, sehingga lebih murah karena bahan.materialnya lebih kecil.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

146

d.

Keseimbangan tegangan antara ketiga fasanya, primer dan sekunder tidak terlalu simetris.

D. Transformator Tenaga Transformator distribusi digunakan untuk menurunkan tegangan listrik dari jaringan distribusi tegangan tinggi menjadi tegangan terpakai pada jaringan distribusi tegangan rendah (step down transformator); misalkan tegangan 20 KV menjadi tegangan 380 volt atau 220 volt. Sedang transformator yang digunakan untuk menaikan tegangan listrik (step up transformator), hanya digunakan pada pusat pembangkit tenaga listrik agar tegangan yang didistribusikan pada suatu jaringan panjang (long line) tidak mengalami penurunan tegangan (voltage drop) yang berarti; yaitu tidak melebihi ketentuan voltage drop yang diperkenankan 5% dari tegangan semula. Jenis transformator yang digunakan adalah transformator satu phasa dan transformator tiga phase. Adakalanya untuk melayani beban tiga phase dipakai tiga buah transformator satu phase dengan hubungan bintang (star conection) Ү atau hubungan delta (delta conection) Δ. Sebagian besar pada jaringan distribusi tegangan tinggi (primer) sekarang ini dipakai transformator tiga phase untuk jenis out door. Yaitu jenis transformator yang diletakkan diatas tiang dengan ukuran lebih kecil dibandingkan dengan jenis in door, yaitu jenis yang diletakkan didalam rumah gardu. 1.

Transformator satu phase Teras besi yang dipakai untuk melilitkan kumparan primer maupun kumparan sekunder dipilih dari plat-plat besi dari bahan feromagnetis, yang ditumpuk menjadi satu dan diisolasi satu sama lain oleh minyak sirlack; untuk menghindari terjadinya arus pusar (Eddy Current) didalam teras. Perhatikan gambar 19.

Gambar 119. Rangkaian Transformator Satu Fasa

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

147

Keterangan : Vp = tegangan primer Vs = tegangan sekunder I1 = arus primer = arus sekunder I2 Ep = ggl induksi pada kumparan primer Es = ggl induksi pada kumparan sekunder Np = jumlah lilitan kumparan primer Ns = jumlah lilitan kumparan sekunder Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber arus bolak balik, maka pada kumparan primer tersebut akan mengalir arus listrikI, yang akan menyebabkan timbulnya fluk magnit Q atau gaya gerak magnit (ggm) yang berubah ubah pada teras besi B, bersamaan dengan itu pada kumparan primer timbul gaya gerak listrik(electro motive force) induksi Ep, yang sama besarnya dan berlawanan arah dengan tegangan yang diberikan Vp. Sebab ggl (gaya gerak listrik) induksi ini mempunyai sifat menentang setiap perubahan arus yang membangkitkan besarnya ggl induksi pada kumparan primer ini adalah: dφ −3 (8a) Ε p = −N p 10 dt Dimana: Ε p = besarnya ggl induksi pada kumparan primer (volt)

dφ = perubahan ggl didalam teras (Maxwell) dt = perubahan waktu sesaat (detik) N p = jumlah lilitan kumparan primer

Fluk magnet (ggm) φ yang menginduksikan ggl induksi Ε p pada kumparan primer tersebut, tercakup (dipeluk) pula pada kumparan sekunder; sehingga merupakan fluk bersama (mutual fluk) φm . Dengan demikian fluk bersama φm ini menginduksikan pula ggl induksi Εs pada kumparan sekunder, sehingga pada kumparan sekunder akan terdapat tegangan VS yang besarnya sama dan berlawana arah dengan ggl induksi Ε s yang terbangkitkan pada kumparan sekunder. Kalau pada kumparan primer ggl induksi tersebut dibangkitkan oleh arus listrik, maka untuk dapat membangkitkan arus listrik Ι 2 pada kumparan sekunder; diperlukan ggl induksi Ε s yang berubah-ubah. Maka pada kumparan primer dihubungkan arus bolak-balik. Besarnya ggl induksi Ε s pada kumparan sekunder ini adalah: DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

148

ES = − N S

d φ −8 10 dt

(8b)

Dimana: Ε s = besarnya ggl induksi pada kumparan sekunder (volt) Ν s = jumlah lilitan kumparan sekunder. Karena fluk magnet didalam teras besi B ini merupakan fluk bersama (mutual flux) maka dari persamaan 8a dan 8b didapatkan perbandingan lilitan dengan perbandingan ggl induksi yakni: Εp Εs

=

Νp Νs

=a

(9)

Dimana a merupakan nilai perbandingan transformasi (ratio transformation) pada suatu transformator. Apabila nilai a lebih besar dari satu (a > 1) maka transformator tersebut merupakan step down transformator.sebaliknya apabila nilai a lebih kecil dari satu (a < 1) maka transformator ini merupakan step up transformator. Dalam keadaan fluk magnet φ maksimum, sesuai dengan arus yang membangkitkannya pada kumparan; maka besarnya fluk magnet (ggm) φ ini adalah: φ = φ m cos α (10) Dimana: α = ωt maka persamaan diatas dapat diubah menjadi φ = φ m cos ωt Dari persamaan diatas apabial ditransfer kepersamaan akan didapat:

⎛ φ cos ωt ⎞ −8 Ε p = −Ν p d ⎜ m ⎟10 dt ⎝ ⎠ Ε p = − Ν pφ m (− sin ωt )10 −8 Ε p = Ν p .φ m .ω. sin ωt10 −8

Dimana: ω = 2πf maka:

Ε p = 2πf .Ν p .φm. sin ωt10 −8 atau Ε p = 4,44 fΝ p .φ m sin t10 −8

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

(11)

149

Pada waktu ggl besarnya maksimum maka besarnay sin ωt = 1 maka persamaan (11) akan beruabh menjadi: Ε max = 4,44 f .Ν p .φ m .φ10 −8

(12)

Dari persamaan (11) dan (12) ggl induksi maksimum adalah: Ε p = Ε max sin ωt

(13)

Begitu pula besarnya ggl induksi sekunder (untuk penyelesaian yang sama) akan terdapat: Ε s = Ε max sin ωt

(14)

Dari persamaan (13) dan (14) maka jelaslah bahwa ggl induksi yang dibangkitakan oleh arus bolak-balik akan mempunyai bentuk yang sama dengan membangkitkannya. Apabila transformator tersebut dianggap adeal sehingga hanya terdapat kehilangan tenaga yang kecil sekali dan bias diabaikan, maka tenaga input Ρ1 pada tranformator akan sama dengan tenaga output nya Ρ0 maka didapati: V p Ι1 = Vs .Ι 2

atau: Ι1 Ν s = Ι2 Ν p a. b. c.

(15)

Yang dimaksud ideal disini adalah: Kerugian karena arus pusar (eddy Current) dan kerugian hysterisis didalam teras besi tidak ada. Kerugian tahanan pada kawat tembaga tidak ada Dan tidak ada kebocoran fluk pada kumparan primer maupun sekunder

Oleh karena itu seperti yang telah diterngalan dimuak bahwa ggl induksi Ε p maupun Ε s akan sama besarnya dan berlawana arahnya dengan tegangan sumber V p sehingga didapat persamaan: Vp Vs

=

Εp Εs

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

(16)

150

Dari persamaan (9) dan (16) diatas didapat perbandingan transformator yaitu: a=

Νp Νs

=

Εp Vs

=

Vp Vs

=

Ι2 Ι1

(17)

Untuk transformator yang tidak ideal akan terjadi perubahan pada tegangan output, yang akan berpengaruh pada tenaga output transformator Ρo dimana tenaga output transformator Ρ0 lebih kecil daripada tenaga input Ρi (Ρo < Ρi ) . Hal tersebut disebabakan terjadinya kerugian-kerugian daya didalam transformator, seperti yang telah dikemukakan diatas. Besarnya tenaga output pada kumparan sekunder adalah: Ρ0 = Vs .Ι 2 cos ϕ − Ι 2 R2 − ωb 2

(18)

Dimana: V s .Ι 2 cos ϕ = tenaga yang diberikan pada kumparan sekunder (watt) 2

Ι 2 R2 ωb

= kerugian tembaga pada kumparan sekunder (watt) = kerugian pada teras besi (watt)

Karena transformator tidak membangkitkan tenaga listrik sendiri, dengan adanya kerugian-kerugian didalam transformator ini tenaga output pada kumparan sekunderlebih kecil dari pada tenaga input pada kumparan primer. Dengan adanya perubahan-perubahan pada tenaga output ini akan memepengaruhi nilai efisiensi dari transformator tersebut yang dapat ditentukan:

η=

V s Ι 2 cos θ V s Ι 2 cos θ + Ι 2 R 2 + ωb 2

x100%

(19)

Dari persamaan (19) diatas dapat disimpulakn bahwa makin kecil kerugian daya yang terjadi pada transformator, makin tinggi efisiensinya. Sebaliknya makin besar kerugian daya pada transformator makin berkurang nilai efisiensinya. Untuk memperkecil kerugian-kerugian daya pada transformator tersebut perlu diperhatikan hal-hal seperti berikut:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

151

a. b.

c.

2.

Dipilih penampang kawat yang cukup besar dan mempunyai nilai konduktivitas yang cukup besar untuk memperkecil kerugiankerugian tahanan pada kawat. Dipilih tera-teras tipis dari bahan-bahan feromaknitis yang bermtu baik dan penampangnya yang cukub besar, untuk memeperkecil kerugian teras yang berupa kerugian arus pusar (Eddy Current) dan kerugian hysterisis pada teras. Dan perlu diperhatikn pula isolasi yang mempunyai daya tahan (non coducting) yang tinggi untuk menghindarkan terjadinya fluk bocor.

Transformator Tiga Phase Transformator yang banyak digunakan untuk jarinagn distribusi tegangan tinggi adalah transformator tiga phase. Pada dasarnya transformator tiga phase ini terdiri dari tiga buah transformator, satu phase dengan tiga buah teras besi yang dipasang pada satu kerangka. Dari tiga teras besi ini ditemoatkan masing-masing sepasang kumparan yakni kumparan primer dan kumparan sekunder. Dengan demikian seluruhnya akan terdapat tiga buah kumparan primer dan tiga buah kumoaran sekunder. Dari ketiga kumparan primer maupun ketiga kumpatran sekunderdapat dihubungkan secara hubungan bintang (star conection) Υ dan dihubungkan egitiga (delta conection) Δ. Seperti halnya transformator satu phase maka azas kerja dari transformator tiga phase ini pada prinsipnya sama saja. Hanya pada transformator tiga phase arus yang dihubungkan padakumparan primer berbentuk arus bolak-balik dari tiga buah kawat phase masing-masing sama besarnya dan bergeseran sudut sebesar 120° taip phasenya, yang menimbulkan fluk maknit φ didalam teras besi juga berbeda phase 120°. Karena fluk maknit yang dibangkitkan merupakan fluk maknit bersama (mutual fluk) φ m, maka pada tiap-tiap kumparan akan dibangkitkan gaya gerak listrik (electro motive force) induksi yang masing-masing berbeda 120° juga. Besarnya ggl induksi baik primer maupun sekunder sama halnya dengan yang terjadi pada transformator satu phase, yang masing-maing besarnya adalah : (20) Ε A− B = Ε max . sin ωt 1 1

Ε B −C = Ε max 2 . sin (ωt − 120°)

EC − A = E max3 . sin (ωt − 240°)

(21) (22)

Dimana : EA-B = besar ggl induksi pada kumparan I (volt) EB-C = besar ggl induksi pada kumparan II (volt) EC-A = besar ggl induksi pada kumparan III (volt) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

152

Emax = besarnya tegangan maksimum (volt)

Gambar 120.

Rangkaian transformator 3 phase

Kalau dalam transformator satu phase besarnya ggl induksi tersebut sama besarnya dan berlawanan arah dengan tegangannya, maka untuk transformator tiga phase besarnya tegangan tergantung pada hubungan antara kumparan primer dan kumparan sekunder. System hubungan untuk kumparan primer dan kumparan sekunder dikenal 4 macam system hubungan yaitu: a. Hubungan segitiga-segitiga ( Δ − Δ ) b. Hubungan bintang-bintang ( Υ − Υ ) c. Hubungan segitiga-bintang (Δ − Υ ) d. Hubungan segitiga-bintang (Υ − Δ ) a.

Hubungan segitiga-segitiga (Δ − Δ ) Yang dimaksud denagn hubungan segitiga-segitiga (Δ − Δ ) ini adalah apabila ketiga kumparan primer dihubungkan secara seri satu sama lain, sehingga merupakan rangkaian tertutup (segitiga) dengan tiga buah ujung kawat phase nya. Demikian pula untuk hubunga ketiga kumparan sekundernya. Sehingga antara kumparan primer dan kumparan sekunder etrdapat hubungansegitiga-segitiga (Δ − Δ ) . Perhatikan gambar 21 dibawah ini:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

153

(a)

(b) Gambar 121.

a.Rangkaian transformator tiga fasa hubungan Δ − Δ b.Rangkaian eqivalen transformator tiga fasa hubungan Δ − Δ

Seperti halnya dalam transformator satu phase untuk dapat membangkitkan arus listrik pada kumparan sekunder, diperlukan ggl induksi yang berubah-ubah. Sedang untuk membuat ggl induksi berubah-ubah pada kumparan primer dihubungkan arus bolak-bolik. Dalam transformator 3 phase ini pada kumparan sekunder dapat dibangkitkan dari tiap-tiap lilitan phase arus bolak-balik yang satu sama lain sama besarnaya dan masing-masing berbeda phase 120 0 . Pada gambar 21b diperlihatkan arus yang dihasilkan adalah i a , ib , dan ic yang besarnya adalah: ia = Ι m21 sin ωt

(

ib = Ι m22 sin ωt − 120 0

)

2π ⎞ ⎛ = Ι m22 sin ⎜ ωt − ⎟ 3 ⎠ ⎝ ic = Ι m23 sin (ωt − 240 0 )

(23)

(24)

4π ⎞ ⎛ (25) = Ι m23 sin ⎜ ωt − ⎟ 3 ⎠ ⎝ Dimana: i a , ib , i c = arus phase pada kumparan sekunder untuk phase I, II,dan III (ampere) = arus maksimum pada kumparan sekunder (ampere) Ι m2 Untuk saluran (line current) tiap phase Ia, Ib, dan Ic menurut gambar 21b adalah: Ιa = −ic + ia (26) Ιb = −ic + ib (27) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

154

Ιc = −ib + ic

(28)

Apabila persamaan (23), (24), dan (25) kita masukkan kepersaamaan (26), (27), dan (28) maka akan didapat arus saluran yang besarnya masing-masing adalah: (29) Ιa = Ι m21 3 sin ωt + 30 0 Ιb = Ι m22 Ιc = Ι m23

( ) 3 sin (ωt − 120 ) 3 sin (ωt − 90 ) 0

0

(30) (31)

Dari persamaan diatas ternyata arus saluran (line current) sama besarnya dan bergeseran phase 120 0 satu sama lain. Apabila arus phase (phase current) sephase dengan tegangan, maka arus saluran akan bergeseran sudut 30 0 terhadap tegangan. Perhatikan gambar 22 dibawah ini:

Gambar 122. Vektor untuk tegangan sephase dengan arus

Harga efektif dari arus saluran (line current) menurut persamaan (29), (30), dan (31) adalah: Ιa = Ι b = Ιc = Ι m2 3 Untuk hubungan Δ − Δ ini, tegangan saluran (line voltage)sama dengan tegangan phase (phase voltage). Lihat gambar 22b. dari persamaan (20), (21), dan (22) dapat ditulis besarnya tegangan saluran ini, yakni:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

155

Va − c = Ε max 21 sin ωt 0 (33) dan (34) ⎛ ⎞ Vb − c = Ε max 22 sin ⎜⎜ ωt − 120 ⎟⎟ ⎝ ⎠ 0 ⎛ ⎞ (35) Vc − a = Ε max 23 sin ⎜⎜ ωt − 240 ⎟⎟ ⎝ ⎠ Dengan demikian tegangan saluran untuk tiap phase sama satu sama lain dan bergeseran phase 120 0 . Harga efektif dari tegangan saluran dalam hubungan ∆-∆ ini adalah :

Va − c = Vb − c = Vc − a = Ε max 2

(36)

Dimana: Va-c = tegangan saluran untuk phase a-c (volt) Vb-c = tegangan saluran untuk phase b-c (volt) Vc-a = teganagn saluran untuk phase c-a (volt) Ε max 2 = tegangan maksimum pada kumparan sekunder (volt) Dalam transformator satu phase tenaga yang diberikan Ρ0 adalah: Ρ0 = V1 .I 1 . cos ϕ (37) Dimana: Ρ0 = tenaga yang diberikan atau tenaga output (watt) V 1 = tegangan saluran (line) pada kumparan sekunder (volt) Ι1 = arus saluran (line) pada kumparan sekunder (volt) cos ϕ = factor daya Oleh karena dalam transformator tiga phase hubungan Δ − Δ ini arus saluran (line current) dan tegangan saluran (line voltage) adalah: V1 = Εm2 (38) dan (39) Ι 1 = Ιm 2 3 Maka tenaga yang diberikan pada transformator tiga phase untuk satu phase dalam hubungan - adalah: Ρ = 3.Εm2 .Ιm2 cos ϕ (40) Dalam keadaan istimewa dimana factor daya cos = I atau arus phase dengan tegangan phase dala keadaan sephase maka besarnya tenaga adalah: Ρ = 3.Εm2 .Ιm2 (41) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

156

b.

Hubungan Υ − Υ Yang dimaksud dengan hubungan Υ − Υ adalah apabila ujungujung kawat lilitan kumparan dari ketiga kumparan primer maupun dari kumparan sekunder, masing-masing dihubungkan menjadi satu dan merupakan titikbintang yang dihubungkan dengan saluran nol (ground). Sedangkan ketiga ujung kawat lilitan kumparan yang lain masing-masing dihubungkan dengan kawat phase, maka terdapat 4 buah sambungan yang seperi terlihat pada gambar 23 dibawah ini. Untuk transformator 3 buah phase dengan hubungan Υ − Υ seperti pada gambar 23 b, harga arus phase yang mengalir pada ketiga kumparan primer dan sekunder sama dengan arus saluran (line current). Apabila diketahui arus phase pada tiap-tiap kumparan seperti pada persamaan (23), (24) dan (25) maka arus saluran a adalah: Ιa = i a = Ιm 21 sin ωt (42) Ιb = ib = Ιm 22 sin (ωt − 120°) (43)

(

)

(44) Ιc = ic = Ιm23 sin ωt − 240 0 Didalam keadaan setimbang dimana kerugian pada tiap-tiap kumparan tidak ada, maka harga efektif dari besarnya arus saluran adalah: Ιa = Ιb = Ιc = Ιm22 (45) Dari rangkaian equivalent pada gambar 23 b besarnya tegangan antara kawat phase (saluran) dan kawat netral. Besarnya tegangan phase satu sama lain sama dan berbeda phase 120 0 , yakni: Εa − b = Ε max 21 sin ωt (46) 0 Εb − c = Ε max 22 sin ωt − 120 (47) 0 (48) Εc − n = Ε max 25 sin ωt − 240

( (

) )

Gambar 123.

a.Rangkaian transformator tiga phase dengan hubungan Υ − Υ b.Rangkaian equivalent transformator 3 phase hubungan Υ − Υ

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

157

Sedang besarnya tegangan saluran (line voltage) seperti pada gambar 23 b adalah: (49) Va −b = Ε a − n − Ε b − n (50) Vb − c = Ε b − n − Ε b − c Va −c = Ε b −c − Ε a − n (51) Apabila persamaan (46), (47) dan (48) kita masukkan pada persamaan (49), (50), dan (51), maka akan didapat harga tegangan saluran yaitu: V a −b = 3.Ε max 21 sin ωt + 30 (52) Vb − c = 3.Ε max 22 sin ωt − 120 0

(

)

(53)

V a − c = 3.Ε max 23 sin ωt − 90 0 (54) Harga efektif dari tegangan saluran ini apabila tegangan phase tidak mengalami kerugian-kerugian didalam teras maka besarnya ketiga tegangan saluran ini sama besar dan berbeda phase 120 0 satu sama lain, yakni: (55) Va −b = Vb −c = Va −c = 3.Ε max 2 Dalam keadaan seimbang, dimana besarnya beban untuk masing-masing phase sama dan juga sudut pergeseran phase antara arus phase dan tegangan phase juga sama, maka besarnya tenaga yang diberikan (Ρ0 ) sesuai dengan persamaan (45) dan (55) pada transformator tiga phase dengan hubungan - adalah: (56) Ρ0 = 3.Ε max 2 .Ι max 2 cos ϕ Dari persamaan (40) dan (56) ini, apabila dalam hubungan Δ − Δ , maupun dalam hubungan Υ − Υ tetap berlaku persamaan yang sama.

c.

Hubungan Δ − Υ Hubungan Δ − Υ ini merupakan hubungan campuran dimana ketiga kumparan primer dihubungkan dengan Δ sedang untuk ketiga kumparan sekunder dihubungakan Υ . Perhatikan gambar 24 dibawah ini. Dalam sistem ini, apabila ketiga kumparan primer diberi sumber arus Ι A , Ι B , Ι C maka didalam ketiga kumparan primer mengalir arus phase ia, ib,ic yang besarnya adalah:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

158

(a)

(b) Gambar 124.

a) b)

Rangkaian transformator 3 phase hubungan Rangkaian equivalent dari (a)

Akibatnya pada kumparan primer akan timbul gaya gerak maknit (ggm) yang berubah ubah dan menimbulkan ggl pada ketiga kumparan primer yang besarnya sama dengan besarnya tegangan saluran yakni : Ε Α− B = VΑ− B (60) Ε B −C = V B −C (61) Ε C − Α = VC − A (62) Fluk maknit (ggm) akan menginduksikan ggl induksi ini pada kumparan sekunder, sehingga pada ketiga kumparan sekunder akan timbul arus phase ia,ib dan ic, karena pada ketiga kumparan sekunder ini dihubungkan maka arus phse ini sama besarnya dengan arus saluran, yang besarnya adalah: ia = Ι a (63) ib = Ι b (64) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

159

(65) ic = Ι c Sedang basarnya ggl induksi pada ketiga kumparan sekunder adalah: V Ε a − n = a −b (66) 3

d.

Ε b−n =

Vb − c

Ε c−n =

Vc − a

(67)

3

(68)

3

Hubungan Υ − Δ Transformator tiga phase dengan hubungan primer Υ − Δ ini adalah apabila ketiga kumparan primer dihubungkan.lihat gambar 25 dibawah ini:

Gambar 125.

a) Rangkaian transformator 3 phase dengan hubungan Υ − Δ b) Rangkaian equivalent dari (a)

Sistem hubungan Υ − Δ ini adalah kebalikan dari system hubungan Υ − Δ . Dimana ketiga kumparan primer apabila mengalir arus saluran IA, IB dan IC yang besarnya sama dengan arus phase iA, iB dan iC yang terdapat pada ketiga kumparan primer, maka pada kumparan primer ini akan timbul ggl induksi yang besarnya 3 dari tegangan saluranVA-B, VB-C danVC-A yang diberikan. Karena ggl induksi ini meginduksikan juga ggl induksi pada ketiga kumparan sekunder. Dimana besarnya ggl ini akan sama besarnya dengan tegangan salurannya. Maka pada ketiga kumparan sekunder akan timbul arus listrik ia ib dan ic yang besarnya 3 dari arus saluran yang dikeluarkan Ia Ib dan Ic DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

160

dalam hubungan Υ − Δ ini, persamaan-persamaan yang dipakai sama dengan persamaan untuk hubungan Δ − Υ atau persamaanpersamaan sebelumnya.

E. Kenaikan suhu Pada Transformator Sebagai akibat dari pembebanan, maka pada belitan transformator akan terjadi kenaikan suhu yang ditimbulkan oleh panas (kalor) yang terjadi. Hal ini dikarenakan arus listrik yang mengalir pada belitan mesin dan induksi / kemagnetan pada besi Terjadinya panas yang terlalu tinggi akan dapat merubah sifat konstruksi bagian-bagian transformator. Setiap kenaikan sekitar 9°C dari batas yang diizinkan akan mengakibatkan berkurangnya umur. Oleh karena itu, kenaikan suhu ini harus dibatasi. Isolasi dari penghantar (conductor) pada belitan transformator akan mengakibatkan kerusakan jika dikenai suhu yang tinggi. Batas kenaikan suhu yang di standarkan adalah sebagai berikut : Tabel 13. Klasifikasi batas suhu Kelas O A E B F H

Kenaikan suhu tertinggi (°C) 40 50 60 70 85 95

Batas suhu tertinggi (°C) 90 105 120 130 155 180

Transformator harus dirancang untuk bekerja pada suhu keliling (ta) yang tidak melebihi dari 40°C dan tidak melebihi nilai-nilai +30°C rata-rata bulanan dan +20°C rata-rata tahunan. Untuk negara yang mempunyai beberapa musim dengan beda suhu yang cukup besar, misalnya 0°C pada musim dingin selama 2 bulan, 10°C pada musin gugur selama 4 bulan, 20°C pada musim semi selama 4 bulan dan 30°C pada musim panas selama 2 bulan, didapatkan nilai rata-rata = 15°C. Perubahan suhu keliling yang terjadi sepanjang tahun tidak besar, ratarata adalah 24°C pada musim hujan dan 27°C pada musim kemarau, maka diperoleh rata-rata = 25,5°C; hal ini menjadikan transformator buatan negara 4 musim bila digunakan di Indonesia daya efektifnya hanya 96, 25% pada musim dingin (24°C) dan 94% pada musim kemarau (27°C) serta rata-rata 95,25% pada suhu 25,5°C. International Electrotechnical Commission (IEC) menetapkan umur transformator 20 tahun atau setara 7300 hari, sehingga susut umur normal adalah 0,0137% per hari. Susut umur karena suhu titik panas dapat dilihat pada tabel 4 berikut : DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

161

Tabel 14. Susut umur transformator distribusi θc (°C) Susut umur (hari)

80

86

92

98

104

110

116

122

128

134

140

0,125

0,25

0,5

1

2

4

8

16

32

64

128

Apabila transformator distribusi dipasang terutama di daerah komersil dan pemukiman/perumahan, transformator akan memikul beban lebih, maka suhu transformator akan naik dan umur akan berkurang dari yang direncanakan/diizinkan yaitu 20 tahun (7300 hari).

F. Penggunaan Gardu Distribusi Pada Jaringan 1.

Kabel-kabel tanah yang menghubungkan gardu-gardu transformator, terdiri dari jenis kabel NKBK (Jerman) dan GPLK (negeri Belanda). Gardu-gardu tranformator (distribusi) mempunyai bus-bar (rail tembaga) dan terdiri dari 2 sampai 4 cable fields serta 1 atau 2 trasformator fields.

2.

Biasanya gardu trasformator ini tidak dijaga, dan perlengkapannya sederhana sekali. Kabel-kabel masuk keluar, dihubungkan dengan busbar melalui pemisah (isolator) 1 fasa. Membuka dan menutup pemisah tersebut dilakukan dalam keadaan tak berbeban (no load), dengan mempergunakan tongkat khusus (schakelstok). Manipulasi ini (membuka dan menutup pemisah) dilakukan, hanya pada waktu terjadi gangguan-gangguan kabel. Dengan demikian dapatlah dikeluarkan dari jaringan kabel yang terkena gangguan itu. Kemudian daerah yang semula mendapat tenaga listrik dari kabel ini.dihubungkan kekabel lainnya, sehingga pemadaman dapat dihindarkan, sampai gangguan kabel dapat diatasi diperbaiki). Selalu diusahakan sebuah gardu sedikitsedikitnya dapat diberi beban dari dua atau lebih jurusan.

3.

Transformator dengan kapasitas sampai dengan KVA dihubungkan dengan busbar melalui cut-out, sedangkan transformator dengan kafasitas diatas 100KVA, dihubungkan melalui (circuit) breaker dengan primer over cur rent relay. Akhir-akhir ini telah dipergunakan load break switch yang diserie dengan fuse.

4.

Berhubung perlengkapan gardu-gardu transformator sederhana maka distribusi primer, tidak merupakan rangkaian (circuit) yang tertutup. Oleh karenanya maka tiap sumber tenaga (pusat pembangkitan atau gardu induk) memberikan tenaga listrik untuk daerah asuhan tertentu saja.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

162

5.

Sebagian besar gardu-gardu transformato PLN, dibangun sebelum perang dunia ke–2, dan instalasinya di desigh menurut short –circuit yang berlaku pada waktu itu dan pada umumnya tidak melampaui 100 MVA. Adakalanya peralatan gardu gardu tersebut jika terjadi gangguan hubugan singkat (short circuit), peralatan-peralatan itu tidak dapat menahan gaya gaya dinamis maupun beban thermis yang timbul. Untuk kota kota besar (umumnya dipulau Jawa ) pada waktu ini, short-circuitcapacity distribusi primer telah melampaui, 100 MVA, sehingga dewasa ini belum ditentukan untuk membatasi-short-circuit capacity distribusi primer.

6.

Pada umumnya peralatan distribusi,termasuk kabel-kabel tanah, telah berusaha (inbedrijf) sejak 20 tahun sampai 40 tahun yang lalu. Kondisi mekanisdari pada kabel–kabel itu telah jelak sekali, lapisan dan besi sudah berkarat dan hanya dapat dibebani L.K.50 %, dari beban nominalnya.

7.

Pengamanan kabel-kabel, diberikan hanya untuk pengamanan terhadap beban labih dengan rile-rile beban lebih (over current relay), yang dipasang pada pemutusan tenaga di gardu-gardu pembagi.kabel-kabel yang melintasi jalan-jalan umum dan jalan kareta api, diberi pelindung berupa pipa–pipa besi atau beton.

8.

Kabel-kabel biasnya ditanam disisi jalan dalam saluran galian sedalam L.K.60 cm,yang kemudian ditutup dengan pasir dan batu merah sebelum diuruk kembali dengan tanah.didaerah, dimana kabel harus melalui sungai (kali) lebar biasanya dipergunakan kabel air.

9.

Gardu-gardu tranformator belum distandarisir, dan dewasa ini diseluruh wilayah kerja PLN, terdapat bentuk gardu-gardu yang berasal dari standar Aniem, Gebeo dan Ogom (ex: perusahaan listrik Belanda yang dikenakan nasionalisasi)

10. Gardu-gardu transformator ada yang berbentuk bangunan yang terbuat dari beto atau plat besi.disamping itu terdapat pula gardu tiang yang merupakan gardu terbuka (out-door), dimana transformator dipasang diatas tiang (dimontase diantara dua tiang atau digantung pada satu tiang). 11. Gardu plat besi, membutuhkan pemeliharaan yang lebih banyak dibandingkan dengan gardu beton, namun demikian keuntungan dari pada gardu plat besi adalah dapat dibuat secara besar-besaran (serie produksi). DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

163

12. Gardu plat besi (metal clad) dari Yugoslavia, banyak dipergunakan dikota-kota Makasar dan Palembang. Gardu tersebut diterima, dalam rangka pembangun PLTU dikedua kota tersebut. Di Balikpapan terdapat gardu berupa metal clad dalam bentuk kecil. 13. Instalasi listriknya direndam dalam minyak. Metal clad ini buatan Coq. Saat ini,dijakarta dilakukan percobaan penggunaan instalasi gardu Magnefix buatan Hazemayer (negeri Belanda), dengan ukuran yang lebih kecil dan lebih sederhana daripada buatan Coq. Komponenkomponen dilapisi bahan isolasi hars. Instalasi tersebut hanya memerlukan ruangan yang kecil sekali untuk tempat pemasangannya. 14. Instalasi gardu buatan CGE (Perancis) sama seperti buatan Coq. Instalasi yang tertutup sama sekali ini aman sehingga tidak membutuhkan tenaga ahli untuk operation, sebagaimana halnya pada instalasi yang terbuka. Instalasi seperti ini sangat menarik karena dapat dengan mudah dan cepat dipasang serta tidak memerluka pemeliharaan. 15. Penambahan gardu dalam jumlah besar mudah dilaksanakan. Pada umumnya dalam tiap gardu transformator terdapt 1 atau 2 buah transformator dan pada sisi tegangan rendahnya dihubungkan dengan papan pembagi tegangan rendah. 16. Papan pembagi (Laagspanningsrek) ini terdiri dari busbar (rail-rail tembaga) yang merupakan low voltage busbar, 2 sampai 6 group dengan masing-masing 3 buissppatroon (open fuse), clock switch unutk penerangan jalan dan lain-lainnya. 17. Untuk keselamtan kerja maka gardu-gardu transformator dibangun dengan 2 buah pintu, dan masing-masing diberi nama pintu tegangan tinggi (pintu masuk kedalam ruangan tegangan tinggi) dan pintu tegangan rendah (pintu untuk papan pembagi tegangan rendah) 18. Masing-masing pintu mempunyai kunci tersendiri, tetapi dengan anak kunci tegangan tinggi kedua pintu tersebut dapat dibuka. Tidak demikian halnya dengan anak kunci pintu tagangan rendah yang hanya dapat dipakai untuk membuka pintu tegangan rendah saja. Untuk memasuki ruangan tegangan tinggi didalam gardu hanya diperkenankan petugaspetugas bagian tegangan tingi dan selalu harus diikuti oleh seseorang petugas lainnya. Pekerjaan-pekerjaan dalam ruangan tegangan tinggi baru dapat dilakukan, setelah terlebih dahulu mematikan tegangan DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

164

(membuat ruangan besar tegangan). Peraturan itu tidak berlaku untuk bekerja pada bagian tegangan rendah, tapi dengan ketentuan bahwa perlengkapan kerja para petugas harus cukup baik. 19. Transformator distribusi biasanya diperlengkapi dengan sakelar untuk perubahan rato tegangan pada waktu tidak berbeban. Sakelar ini disebut sakelar penguabh ratio pada beban nol (no-load tap changer). Hal ini perlu berhubungan letak gardu-gardu yang tidak sama terhadap sumber tenaga (pusat pembangkitan atau gardu-gardu induk) yakni disebabkan tegangan jatuh (voltage drop) yang terjadi pada penghantar.gardu yang letaknya lebih jauh dari sumber tenga tantunya menerima tegangan yang lebih kecil (tegangan jatuh besar)dari pad gardu yang letaknya lebih dekat, untuk pnghantar yang sama. Agar dapat memberikan tegangan sekunder yang lebih baik, maka ratio tegangan dirubah dan disesuaikan dengan tegangan yang diteriam dari sumber tenaga. Untuk jelasnya maka sebagai contoh dimisalkan suatu transformator yang diperlengkapi dengan l. K. 2 taps. Voltage ratio transformator itu adalah (6000 plus/minus 4%) volt/220volt.bila tegangan yang diterima digaardu dari sumber tenaga 5800 volt, maka saklar ratip harus distel pada tap yang terendah, dan dalam hal ini adalah 6000-4% x 6000 = 6240 volt. Dengan demikian maka tegangan dapat dibuat sama untuk semua gardu. 20. Transformator distribusi sebagian besar adalah transformator tiga phase. Lilitan dan kern ketiga phase itu dimasukkan kedalm tangki yang diisi dengan minyak transformator sebagai bahan pendingin dan isolasi. Minyak transformator yang dipakai adalah shell diala C dan Gargoyle BB. Syarat – syarat untuk suatu transformator adalah pada suhu udara sekitarnya 40 0 C, maka pada beban penuh kenaikan suhu dalam lilitan (kumparan) yang diperbolehkan adalah 40˚/50˚C dan kenaikan suhu diminyak adalah 40˚C 21. Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk minyak transformator, sifat-sifat physic dan kimiawinya. Oleh karena itutiap tahun kondisi dan sifat minyak trafo harus dites di laboratorium. Ujuian dilakukan terhadap Breakdown Voltage, kadar asam dan terhadap air. Setelah 8ά 10 tahun dalam operation, sifat-sifat (properties) dari pada minyak transformator akan jelek sekali, sehingga harus diganti dengan yang baru. Minyak yang jelek kemudian diolah kembali dalam suatu reactor, dan setelah baik dapat digunakan kembali. Kurangnya perhatian terhadap perubahan sifat-sifat dari pada minayk transformator sering menyebabkan kebakaran atau kotoran-kotoran yang terjadi dalam minyak mengendap pada sela-sela kumparan. Endapan ini akan menjadi hot spot ini cukup DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

165

tinggi, akan mengakibatkan terjadinya kebakaran. Kebakaran juga sering terjadi karena salah satu fase over loaded. 22. Suatu transformator mempunyai kerugian besi dan kerugian tembaga. Transformator yang biasa dipergunakan mempunyai ratio kerugian besi terhadap kerugian tembaga 1:4 atau 1:5. Harga transformator ditetapkan berdasarkan kenaikan suhu yang diperbolehkan dan ratio kerugian. 23. Transformator distribusi yang paling cocok adalah transformator dengan hubungan DY5 atau YZ5. Sisi sekunder dilengakapi dengan titik bintang (sterpunt) yang dihubungkan dengan tanah. 24. Untuk membantu pendinginan transformator, maka bangunan gardu direncankan sedemikian rup, sehingga ventilasi dapat berjalan dengan baik dengan memberi lobang 2 ventilasi, dibagian atas dan bawah. Lobang-lobang ini diberi kawat nyamuk agat binatang-binatang tidak dapat masuk kedalam gardu.



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

166

167

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

BAB 10 SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Sistem pentanahan pada jaringan distribusi digunakan sebagai pengaman langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi. Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem pentanahan. Sistem pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi yang langsung rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi, terhambatlah atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat pengaman tersebut. Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif, harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Membuat jalur impedansi rendah ketanah untuk pengamanan personil dan peralatan menggunakan rangkaian yang efektif. 2. Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan arus akibat surja hubung (surge current) 3. Menggunakan bahan tahan terhadap korosi terhadap berbagai kondisi kimiawi tanah. Untuk meyakinkan kontiniutas penampilan sepanjang umur peralatan yang dilindungi. 4. Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah dalam pelayanannya. Secara umum tujuan dari sistem pentanahan dan grounding pengaman adalah sebagai berikut : 1. Mencegah terjadinya perbedaan potensial antara bagian tertentu dari instalasi secara aman. 2. Mengalirkan arus gangguan ke tanah sehingga aman bagi manusia dan peralatan. 3. Mencegah timbul bahaya sentuh tidak langsung yang menyebabkan tegangan kejut. Sistem pentanahan dapat dibagi dua : 1. Pentanahan sistem ( pentanahan netral ) 2. Pentanahan umum ( pentanahan peralatan ) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

168

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

1.

Pentanahan Sistem (netral) berfungsi : a. Melindungi peralatan / saluran dari bahaya kerusakan yang diakibatkan oleh adanya ganguan fasa ke tanah b. Melindungi peralatan / saluran dari bahaya kerusakan isolasi yang diakibatkan oleh tegangan lebih c. Untuk keperluan proteksi jaringan d. Melindungi makhluk hidup terhadap tegangan langkah (step voltage)

2.

Pentanahan Umum Berfungsi a. Melindungi mahluk hidup dari tegangan sentuh b. Melindungi peralatan dari tegangan lebih

B. Sistem Pentanahan Netral Walaupun dahulu, banyak sistem distribusi sistem tenaga dioperasikan dengan titik netal tidak ditanahkan, tetapi sekarang praktis untuk mengoperasikan sistem dengan titik netral dihubungkan ketanah (ditanahkan) Macam pentanahan titik netral 1. Pentanahan langsung (solid) 2. Pentanahan dengan tahanan 3. Pentanahan dengan reaktansi 4. Pentanahan Petersen Coil. 1.

Sistem Netral Tidak Diketanahkan

R S Ictg Icrg

T

Icsg

Gambar 126. Sistem netral tidak dketanahkan

Arus Ictg yang mengalir dari fasa yang tergangu ketanah, yang mana mendahului tegangan fasa aslinya kenetral dengan sudut 90 0 . Akan terjadi busur api (arcing) pada titik ganguan karena induktansi dan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

169

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

kapasitansi dari system. Tengangan fasa yang sehat akan naik menjadi tegangan line (fasa-fasa) atau 3 kali tegangan fasa, bahkan sampai 3 kali tegangan fasa. 2.

Pentanahan Netral Langsung Pentanahan netral yang sederhana dimana hubungan langsung dibuat antara netral dengan tanah (Gambar 127).

R S T

Gambar 127. Pentanahan Netral Langsung (Solid)

Jika tegangan seimbang, juga kapasitasi fasa ke tanah sama, maka arus-arus kapasitansi fasa tanah akan menjadi sama dan saling berbeda fasa 120 0 satu sama lainnya. Titik netral dari impedansi adalah pada potensial tanah dan tidak ada arus yang mengalir antara netral impedansi terhadap netral trafo tenaga. 3.

Pentanahan Titik Netral dengan Tahanan Untuk membatasi arus gangguan tanah, alat pembatas arus dipasang antara titik netral dengan tanah. Salah satu dari pembatas arus ini adalah tahanan dan tahanan ada dua yaitu metalik dan cair (liquid). Besar dan hubungan fasa arus gangguan Iftg tergantung pada-pada harga reaktansi urutan nol dari sumber daya dan harga tahanan dan pentanahan. Arus gangguan dapat dipecah menjadi dua komponen yaitu yang safasa dengan tengangan ke netral dari fasa terganggu yang lain ke tinggalan 90 0 .

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

170

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

Komponen yang ketinggalan dari arus gangguan Iftg dalam, fasanya akan berlawanan arah dengan arus kapasitip Ictg pada lokasi gangguan. Dengan pemelihan harga tahanan pentanahan yang sesuai, komponen yang logging dari arua gangguan dapat dibuat sama atau lebih besar dari arus kapasitif sehingga tidak ada oscilasi transien karena dapat terjadi busur api.

R S T Icgr

Icgs

R Ictg Iftg + Ictg Iftg Gambar 128. Fasa Tegangan Tanah pada Pentanahan Netral dengan Tahanan

Jika harga tahanan pentanahan tinggi sehingga komponen logging dari arus gangguan kurang dari arus kasitif, maka kondisi sistem akan mendekati sistem netral yang tidak ditanahkan dengan resiko terjadinya tegangan lebih. 4.

Pentanahan Netral Dengan Reaktansi Suatu sistem dapat dikatakan ditanahkan reatansi bila suatu impendansi yang lebih induktif, disiipkan dalam titik netral trapo (generator) dengan tanah. Metode ini mempunyai keuntungan dari pentanahan tahanan : a. Untuk arus gangguan tanah maksimum peralatan reaktor lebih kecil dari resistor. b. Energi yang disisipkan dalam reaktor lebih kecil.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

171

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

Dengan ketiga tegangan fasa yang dipasang seimbang arus dari masingmasing impedansi akan menjadi sama dan saling berbeda fasa 120 0 satu sama lainnya. Secara konsekuen tidak ada perbedaan pontensial antara titik netral dari suplai trafo tenaga.

R S T

Gambar 129. Gangguan fasa T ke tanah pada pentanahan netral langsung

C. Tahanan Jenis Tanah Faktor keseimbangan antara tahanan pengetanahan dan kapasitansi di sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah (ρ). Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah yaitu: 1.

Pengaruh Keadaan Struktur Tanah Kesulitan yang biasa dijumpai dalam mengukur tahanan jenis tanah adalah bahwa dalam kenyataannya komposisi tanah tidaklah homogen pada seluruh volume tanah, dapat bervariasi secara vertikal maupun horizontal, sehingga pada lapisan tertentu mungkin terdapat dua atau lebih jenis tanah dengan tahanan jenis yang berbeda, oleh karena itu tahanan jenis tanah tidak dapat diberikan sebagai suatu nilai yang tetap. Untuk memperoleh harga sebenarnya dari tahanan jenis tanah, harus dilakukan pengukuran langsung ditempat dengan memperbanyak titik pengukuran.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

172

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

Tabel 15. Tahanan Jenis Tanah Jenis Tahan

Tanah Rawa

Tanah Liat dan Ladang

Pasir Basah

Kerikil Basah

Pasir Kerikil Kering

Tanah Berbatu

Tahanan jenis tanah (ohm)

30

100

200

500

1000

3000

2.

Pengaruh Unsur Kimia Kandungan zat-zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula. Didaerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pentanahan yang efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang lebih rendah, sering dicoba dengan mengubah komposisi kimia tanah dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pembumian ditanam. Cara ini hanya baik untuk sementara sebab proses penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya 6 (enam) bulan sekali.

3.

Pengaruh Iklim Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim, pembumian dapat dilakukan dengan menanam elektroda pembumian sampai mencapai kedalaman dimana terdapat air tanah yang konstan. Kadangkala pembenaman elektroda pembumian memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi sehingga harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Proses mengalirnya arus listrik di dalam tanah sebagian besar akibat dari proses elektrolisa, oleh karena itu air di dalam tanah akan mempengaruhi konduktivitas atau daya hantar listrik dalam tanah tersebut. Dengan demikian tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya konsentrasi air tanah atau kelembaban tanah, maka konduktivitas daripada tanah akan semakin besar sehingga tahanan tanah semakin kecil.

4.

Pengaruh Temperatur Tanah Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperatur di bawah titik beku air (0°C), dibawah harga ini

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

173

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

penurunan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan kanaikan harga tahanan jenis tanah dengan cepat. Gejala di atas dapat dijelaskan sebagai berikut ; pada temperatur di bawah titik beku air (0°C) , air di dalam tanah akan membeku, molekulmolekul air dalam tanah sulit untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah menjadi rendah sekali. Bila temperatur anah naik, air akan berubah menjadi fase cair, molekul-molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun. Pengaruh temperatur terhadap tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan rumus di bawah ini : ρt = ρ 0 (1 + α t ) ............................................................................ (1) dimana: ρt = tahanan jenis tanah pada t°C. ρo = tahanan jenis tanah pada 0°C α o = koefisien temperatur tahanan per °C pada 0° t = temperatur yang timbul (°C)

D. Metode Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Pengukuran tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan cara: 1.

Metode tiga titik (three-point methode). Metode tiga titik (three-point methode) dimaksudkan untuk mengukur tahanan pentanahan. Misalkan tiga buah batang pentanahan dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2 dan 3 sebagai batang pengentanahan pembantu yang juga belum diketahui tahanannya, seperti pada gambar 130. Bila tahanan diantara tiap-tiap batang pengetanahan diukur dengan arus konstan, tiap pengukuran dapat ditulis sebagai berikut : V R1− 2 = 1− 2 = R11 + R22 − 2R12 I V1− 3 R1− 3 = = R11 + R33 − 2R13 I V R2 − 3 = 2 − 3 = R22 + R33 − 2R23 I V1− 2 + V1− 3 − V2 − 3 = 2 R11 − 2 R12 − 2 R13 + 2 R23 I Tetapi, V1− 3 = V1− 2 + V2 − 3

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

174

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

V1− 2 = R11 − R12 − R13 + R23 I Akhirnya R11 = R + R12 + R13 − R23 ............................................ (2) Jadi: R =

E

+

-

A

V 1

2

Tanah

3 Elektroda

Gambar 130. Rangkaian Pengukuran Tahanan Jenis Tanah dengan Metode Tiga Titik.

Tahanan batang pengetanahan dari elektroda 1 dapat dibuat: R12 + R13 − R23 = 0 ........................................................................... (3) 2.

Metode empat titik (four electode methode) Metoda pengukuran yang dipergunakan adalah metoda empat titik seperti gambar 131. Bila arus I masuk ke dalam tanah melalui salah satu elektroda dan kembali ke elektroda yang lain sehingga pengaruh diameter konduktor dapat diabaikan. Arus masuk ke tanah mengalir secara radial dari elektroda, misalkan arah arus dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2 berbentuk permukaan bola dengan jari-jari r , luas permukaan tersebut 2 adalah 2ρ r , dan rapat arus adalah : I J= 2.π .r 2 dimana: 2 J = kerapatan arus [ A/m ] r = jari-jari [ m ] I = arus yang mengalir dalam tanah [ A ]

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

175

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

E

-

+

A

V 2

4

Tanah

a

3

a

1

a

Elektroda

Gambar 131. Rangkaian Pengukuran Tahanan Jenis Tanah dengan Metoda Empat Titik

Jika ρ adalah tahanan jenis tanah, maka medan dalam tanah pada arah radial dengan jarak r adalah : E( r ) = J ρ [V / m] I ρ [V / m] 2.π .r 2 Potensial pada jarak r dari elektroda adalah integral dari gaya listrik dari jarak r ke titik tak berhingga: Sehingga menjadi E( r ) =

∞

V = ∫ E (r ).dr = I r

ρ 2π a

Perbandingan antara tegangan dan arus atau tahanan menjadi

R=

ρ 2π a

Dari gambar 2, terlihat,r13 = r34 =r24 = α, Jadi

V3 = ρ

I 2π

⎛ 1 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ − a 2 a ⎝ ⎠

I 2π

⎛ 1 1⎞ ⎜⎜ − ⎟⎟ a⎠ ⎝ 2a

Dan

V4 = ρ

Beda tegangan antara 3 dan 4 adalah:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

176

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

⎡⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞⎤ ⎢⎜ a − 2a ⎟ − ⎜ 2a − a ⎟⎥ ⎠ ⎝ ⎠⎦ ⎣⎝

V34 = ρ

I 2π

V34 = I

ρ 2π a

V34 ρ = I 2π a Sehingga: ρ = R34 (2π a ) .........................................................(4) dimana: a = jarak antara elektroda [m] R34 = tahanan antara elektroda 3 dan 4 [Ω ] ρ = tahanan jenis tanah [Ω-m ]

Dan R34 =

E. Elektroda Pentanahan Elektroda pentanahan adalah penghantar yang ditanam dalam tanah dan membuat kontak langsung dengan tanah. Adanya kontak langsung tersebut bertujuan agar diperoleh pelaluan arus yang sebaik-baiknya apabila terjadi gangguan sehingga arus tersebut disalurkan ketanah. Menurut PUIL 2000 [3.18.11] elektroda adalah pengantar yang ditanamkan ke dalam tanah yang membuat kontak lansung dengan tanah. Untuk bahan elektroda pentanahan biasanya digunakan bahan tembaga, atau baja yang bergalvanis atau dilapisi tembaga sepanjang kondisi setempat tidak mengharuskan memakai bahan lain misalnya pada perusahaan kimia. Jenis-jenis elektroda yang digunakan dalam pentanahan adalah sebagai berikut: 1.

Elektroda batang Elektroda batang adalah elektroda dari pipa besi baja profil atau batangan logam lainnya yang dipancangkan ke dalam tanah secara dalam. Panjang elektroda yang digunakan sesuai dengan pentanahan yang diperlukan. Untuk menentukan besarnya tahanan pembumian dengan satu buah elektroda batang dipergunakan rumus sebagai berikut (Pabla.1994:159): ρ ⎛ 4L ⎞ Rbt = − 1⎟ ............................................................. (5) ⎜ ln 2πL ⎝ d ⎠ Dimana: Rbt = tahanan pembumian elektroda batang [Ω ] ρ = tahanan jenis tanah [Ω.m ] L = panjang batang yang tertanam [ m ]

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

177

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

d = diameter elektroda batang [ m ]

Gambar 132 Elektroda Batang dan Lapisan-lapisan Tanah di Sekeliling Elektroda

Setelah didapatkan nilai tahanan pentahanan dengan satu buah elektroda batang, dimana belum didapatkan nilai tahanan yang diinginkan, maka tahanan pentanahan dapat diperkecil dengan memperbanyak elektroda yang ditanahkan dan dihubungkan paralel.

Gambar 133. Pentanahan dengan Dua Batang Konduktor (Hubungan Paralel)

Disini kedua batang konduktor tersebut dihubungkan diatas tanah. Besar tahanan pentanahan adalah sebagai berikut : Untuk s >> Lx ρ ⎡ 4 Lx ⎤ ρ ⎡ Lx 2 2 Lx 4 ⎤ (6) Rp = Ln − 1⎥ + 4 ⎥ ............ …. ⎢1 − 8 + 4πLx ⎢⎣ a 5s ⎦ ⎦ 4πs ⎣ 3s Untuk s<< Lx 4lx s s2 s4 ⎤ ρ ⎡ 4lx ln ln 2 + − + − + Rp = ⎥ ⎢ 4πlx ⎣ a s 2 Lx 16 Lx 2 512 Lx 4 ⎦ Dimana: s = Jarak antara kedua konduktor (m)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

(7)

178

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

2.

Elektroda Bentuk Plat Elektroda plat adalah elektroda dari plat logam. Pada pemasangannya elektroda ini dapat ditanam tegak lurus atau mendatar tergantung dari tujuan penggunaannya. Bila digunakan sebagai elektroda pembumian pengaman maka cara pemasangannya adalah tegak lurus dengan kedalaman kira-kira 1 meter di bawah permukaan tanah dihitung dari sisi plat sebelah atas. Bila digunakan sebagai elektroda pengatur yaitu mengatur kecuraman gradien tegangan guna menghindari tegangan langkah yang besar dan berbahaya, maka elektroda plat tersebut ditanam mendatar.

Keterangan gambar: L = panjang plat t

t = kedalaman tertanam b

b = lebar plat

L Gambar 134. Elektroda Plat Dipasang Vertikal

Untuk menghitung besar tahanan pembumian elektroda plat dipergunakan rumus sebagai berikut : ρ ⎛ b⎞ R pl = ⎜1 + 1,84 ⎟ ……………………………………… (8) 4,1L ⎝ t⎠ dimana Rpl = tahanan pembumian elektroda plat [ Ω ] ρ = tahanan jenis tanah [Ω.m ] L = panjang elektroda plat [ m ] b = lebar plat [ m ] t = kedalaman plat tertanam dari permukaan tanah [ m ]

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

179

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

3.

Elektroda Bentuk Pita. Elektroda ini merupakan logam yang mempunyai penampang yang berbentuk pita atau dapat juga berbentuk bulat, pita yang dipilin atau dapat juga berbentuk kawat yang dipilin. Elektroda ini dapat ditanam secara dangkal pada kedalaman antara 0,5 sampai 1 meter dari permukaan tanah, tergantung dari kondisi dan jenis tanah. Dalam pemasangannya elektroda pita ini dapat ditanam dalam bentuk memanjang, radial, melingkar atau kombinasi dari lingkaran dan radial. Besar tahanan pembumian untuk elektroda pita dapat dihitung dengan rumus : ρ ⎛ 2L ⎞ R pt = ⎜ ln ⎟ ................................................................ (9) πL ⎝ d ⎠ dimana : Rpt = tahanan pembumian elektroda pita [ Ω ] ρ = tahanan jenis tanah [Ω.m ] L = panjang elektroda pita yang tertanam [ m ] d = lebar pita/diameter elektroda pita kalau bulat [ m ]

0,5 -1 m

0,5 -1 m

(a). Radial

(b). Lingkaran

0,5 -1 m

(c). Kombinasi Lingkaran radial

Gambar 135 Jenis-jenis Elektroda Pita dan Cara Pemasangannya

4.

Elektroda lain Bila persyaratan dipenuhi jaringan air minum dari logam dan selubung logam kabel yang tidak diisolasi yang lansung ditanamkan kedalam tanah. Besi tulang beton atau kontruksi baja bawah tanah lainnya boleh dipakai untuk elektroda.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

180

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

F. Konduktor Pentanahan Konduktor yang digunakan untuk pentanahan harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain: a. Memiliki daya hantar jenis (conductivity) yang cukup besar sehingga tidak akan memperbesar beda potensial lokal yang berbahaya. b. Memiliki kekerasan (kekuatan) secara mekanis pada tingkat yang tinggi terutama bila digunakan pada daerah yang tidak terlindung terhadap kerusakan fisik. c. Tahan terhadap peleburan dari keburukan sambungan listrik, walaupun konduktor tersebut akan terkena magnitude arus gangguan dalam waktu yang lama. d. Tahan terhadap korosi. Dari persamaan kapasitas arus untuk elektroda tembaga yang dianjurkan oleh IEEE Guide standar, menemukan suatu persamaan :

dimana : A : penampang konduktor (circular mills) I : arus gangguan (Ampere) t : lama gangguan (detik) Tm : suhu maksimum konduktor yang diizinkan ( 0 C ) Ta : suhu sekeliling tahunan maksimum ( 0 C ) Persamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan ukuran penampang minimum dari konduktor tembaga yang dipakai sebagai kisi-kisi pentanahan.

G. Sistem Pentanahan Pada Jaringan Distribusi Sistem JTM 20 kV sampai dengan 29 kV harus selalu diketanahkan karena kemungkinan gagal sangat besar oleh tegangan lebih transien yang dikaitkan oleh busur tanah (arcing grounds). Dibawah ini ditunjukkan konstrksi pentanahan langsung dan pentanahan peralatan jaringan. Pentanahan ini tidak membatasi arus gangguan tanah, oleh karena itu diperlukan suatu pengaman yang cepat. Tindakan pengamanan harus dilakukan sebaik-baiknya agar tegangan sentuh yang terlalu tinggi akibat dari kegagalan isolasi tidak terjadi dan membahayakan manusia serta peralatan itu sendiri. Pada pentanahan peralatan tegangan sentuh yang sering adalah tegangan sentuh tidak langsung sebagaimana dijelaskan dalam PUIL 2000 (3.5.1.1) bahwa tegangan sentuh tidak langsung adalah tegangan sentuh pada bagian

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

181

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

konduktor terbuka (BKT) perlengkapan atau instalasi listrik yang menjadi bertegangan akibat kegagalan isolasi.

Gambar 136. Pentanahan Netral Pada Tiang Lurus (Tangent)

Gambar 137. Pentanahan Netral Pada Tiang Akhir (Deadend)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

182

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 138. Sistem pentanahan netral lagsung

Gambar 139. Pentanahan Arrester Pada Tiang Lurus (Tangent)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

183

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 140. Pentanahan Arrester dan Fuse Cut Out Pada Tiang Trafo Single Pole

Gambar 141. Pentanahan Arrester dan Fuse Cut Out Pada Tiang Trafo Double Pole

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

184

SISTEM PENTANAHAN JARINGAN DISTRIBUSI

Gambar 142. Pentanahan Capasitor Bank Pada Tiang Lurus (Tangent)

Gambar 145. Sistem Pentanahan Pada Konstruksi Opstijg Cable

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

BAB 11 KARAKTERISTIK BEBAN TENAGA LISTRIK

A. Pendahuluan Secara umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi elektrik ini dibagi dalam beberapa sektor yaitu sektor perumahan, sektor industri, sektor komersial dan sektor usaha. Masing-masing sektor beban tersebut mempunyai karakteristik-karakteristik yang berbeda, sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsi energi pada masing-masing konsumen di sektor tersebut. Karakteristik beban yang banyak disebut dengan pola pembebanan pada sektor perumahan ditujukan oleh adanya fluktuasi konsumsi energi elektrik yang cukup besar. Hal ini disebabkan konsumsi energi elektrik tersebut dominan pada malam hari. Sedang pada sektor industri fluktuasi konsumsi energi sepanjang hari akan hampir sama, sehingga perbandingan beban puncak terhadap beban rata-rata hampir mendekati satu. Beban pada sektor komersial dan usaha mempunyai karakteristik yang hampir sama, hanya pada sektor komersial akan mempunyai beban puncak yang lebih tinggi pada malam hari.

B. Klasifikasi Beban Berdasarkan jenis konsumen energi listrik, secara garis besar, ragam beban dapat diklasifikasikan ke dalam : 1. Beban rumah tangga, pada umumnya beban rumah tangga berupa lampu untuk penerangan, alat rumah tangga, seperti kipas angin, pemanas air,lemari es, penyejuk udara, mixer, oven, motor pompa air dan sebagainya. Beban rumah tangga biasanya memuncak pada malam hari. 2. Beban komersial, pada umumnya terdiri atas penerangan untuk reklame, kipas angin, penyejuk udara dan alat – alat listrik lainnya yang diperlukan untuk restoran. Beban hotel juga diklasifikasikan sebagi beban komersial (bisnis) begitu juga perkantoran. Beban ini secara drastis naik di siang hari untuk beban perkantoran dan pertokoan dan menurun di waktu sore. 3. Beban industri dibedakan dalam skala kecil dan skala besar. Untuk skala kecil banyak beropersi di siang hari sedangkan industri besar sekarang ini banyak yang beroperasi sampai 24 jam. 4. Beban Fasilitas Umun

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

185

Pengklasifikasian ini sangat penting artinya bila kita melakukan analisa karakteristik beban untuk suatu sistem yang sangat besar. Perbedaan yang paling prinsip dari empat jenis beban diatas, selain dari daya yang digunakan dan juga waktu pembebanannya. Pemakaian daya pada beban rumah tangga akan lebih dominan pada pagi dan malam hari, sedangkan pada heban komersil lebih dominan pada siang dan sore hari. Pemakaian daya pada industri akan lebih merata, karena banyak industri yang bekerja siang-malam. Maka dilihat dari sini, jelas pemakaian daya pada industri akan lebih menguntungkan karena kurva bebannya akan lebih merata. Sedangkan pada beban fasi1itas umum lebih dominan pada siang dan malam hari. Beberapa daerah operasi tenaga listrik memberikan ciri tersendiri, misalnya daerah wisata, pelanggan bisnis mempengaruhi penjualan kWh walaupun jumlah pelanggan bisnis jauh lebih kecil dibanding dengan pelanggan rumah tangga.

C. Karakteristik Umum Beban Listrik Tujuan utama dari sistem distribusi tenaga listrik ialah mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk atau sumber ke sejumlah pelanggan atau beban. Suatu faktor utama yang paling penting, dalam perencanaan sistem distribusi adalah karakteristik dari berbagai beban. Karakteristik beban diperlukan agar sistem tegangan dan pengaruh thermis dari pembebanan dapat dianalisis dengan baik. Analisis tersebut termasuk dalam menentukan keadaan awal yang akan di proyeksikan dalam perencanaan selanjutnya. Penentuan karakteristik beban listrik suatu gardu distribusi sengat penting artinya untuk mengevaluasi pembebanan gardu distribusi tersebut, ataupun dalam merencanakan suatu gardu distribusi yang baru. Karakteristik beban ini sangat memegang peranan penting dalam memilih kapasitas transformator secara tepat dan ekonomis. Di lain pihak sangat penting artinya dalam menentukan rating peralatan pemutus rangkaian, analisa rugi-rugi dan menentukan kapasitas pembebanan dan cadangan tersedia dan suatu gardu. Karakteristik beban listrik suatu gardu sangat tergantung pada jenis beban yang dilayaninya. Hal ini akan jelas terlihat dan hasil pencatatan kurva beban suatu interval waktu. Berikut ini beberapa faktor yang menentukan karaktristik beban. 1.

Faktor Beban (load factor) Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata – rata terhadap beban puncak yang diukur dalam suatu periode tertentu. Beban rata – rata dan beban puncak dapat dinyatakan dalam kilowatt, kilovolt –

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

186

amper, amper dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus sama. Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya dipakai harian, bulanan atau tahunan. Beban puncak yang dimaksud disini adalah beban puncak sesaat atau beban puncak rata-rata dalam interval tertentu (demand maksimum), pada umumnya dipakai demand maksimum 15 menit atau 30 menit. Definisi dari faktor beban ini dapat dituliskan dalam persamaan berikut ini: Faktor beban dapat diketahui dari kurva bebannya. Sedangkan untuk perkiraan besaran faktor beban di masa yang akan datang dapat didekati dengan kata data statistik yang ada berdasarkan jenis bebannya.

Bila diterapkan pada pusat pembangkit maka di dapat, menurut definisi :

dengan : T = periode waktu Prata-rata = Beban rata – rata dalam periode T Pp= beban puncak yang terjadi dalam periode T pada selang waktu tertentu (15 menit atau 30 menit). Bila Prata dan Pp dalam kW dan T dalam jam. Bila T dalam setahun, maka didapat faktor beban tahunan, bila dalam satu bulan didapat faktor beban bulanan dan bila harian, faktor beban harian. 2.

Beban Harian Faktor beban harian, bervariasi menurut karakterstik dari daerah beban tersebut, apakah daerah pemukiman, daerah industry, perdagangan ataupun gabungan dari bermacam pemakai/pelanggan, juga bagimana keadaan cuaca atau juga apakah hari libur dan sebagainya.

3.

Faktor Beban harian rata – rata Faktor beban harian rata – rata , gambar 1. merupakan dasar dari pada faktor beban tahunan total.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

187

Gambar 146. Beban Puncak Harian (30 hari)

Gambar 147. Kurva Beban Puncak Bulanan

Selanjutnya, dapat dilihat beban puncak bulanan rata – rata terhadap beban puncak tahunan, lihat gambar 3. misalkan Ppt = puncak tahuanan (annual load faktor), maka ini dapat dihitung sebagaai berikut :

Dimana : Fbt = faktor beban tahunan Fbh = faktor beban harian Pph = beban puncak rata – rata harian Ppb = beban puncak rata – rata bulanan Ppt = beban puncak rata – rata tahunan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

188

Gambar 148. Kurva Beban Tahunan

4.

Faktor Penilaian Beban Faktor-faktor penilaian beban adalah faktor yang dapat memberikan gambaran mengenai karakteristik beban, baik dari segi kuantitas pembebanannya maupun dari segi kualitasnya. Faktor-faktor ini sangat berguna dalam meramalkan karakteristik beban masa datang atau dalam menentukan efek pembebanan terhadap kapasitas sistem secara menyeluruh. a.

Beban (Demand) Pengertian dari demand (D) dan suatu beban dapat diartikan sebagai besar pembebanan sesaat dan gardu pada waktu tertentu atau besar beban rata-rata untuk suatu interval waktu tertentu. Interval waktu dimana besarnya beban ingin ditentukan disebut : Demand Interval (T). Demand dapat dinyatakan dalam KW, KVA atau KVAR.

b.

Beban Maksimum (Maximum Demand) Maximum demand (Dmax ) adalah beban rata-rata terbesar yang terjadi pada suatu interval demand tertentu. Jadi maximum demand ditentukan untuk waktu tertentu dari suatu interval waktu tertentu, misal : - maximum demand 1 jam , T = 24 jam, dengan perkataan lain ; Dmx, 1 jam pada T = 24 jam,berarti besarnya beban rata-rata terbesar untuk selang waktu 1 jam pada interval waktu T = 24 jam.

c.

Beban Puncak (Peak Load) Beban Puncak (Pmax) adalah nilai terbesar dari pembebanan sesaat pada suatu interval demand tertentu. Untuk dapat memperjelas pengertian mengenai Demand (D), Maximum Demand

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

189

(Dmax) dan Beban Puncak (Pmax) dapat dilihat pada Gambar 152 dibawah ini.

Gambar 149. Perubahan KebutuhanMaksimum Terhadap Waktu

Interval Demand : T = 24 jam Demand = Pav : D = 27 kW Maximum Demand : Dmax, 1 jam = 95 kW Beban Puncak : Pmax = 10 kW d.

Beban Terpasang (Connected Load) Beban terpasang dari suatu sistem adalah jumlah total daya dari seluruh peralatan sesuai dengan KW atau KVA yang tertulis pada papan nama (name plat) peralatan yang akan dilayani oleh sistem tersebut. Jadi : n

PL =

∑p i =1

i

Dimana : Pi = rating KVA dari alat i n = jumlah alat yang terhubung ke sistem. e.

Faktor Keragaman (Diversity Factor) Faktor keragaman (fdiv) didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah beban maksimum dari masing masing unit beban yang ada pada suatu sistem terhadap beban maksimum sistem secara keseluruhan. Jadi faktor keragaman :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

190

Dmax 1 + Dmax 2 + .........Dmax n Dmax (1 + 2 + .........n )

fdiv = n

∑D =

i =1

max

Dmax s dimana : Dmax I = beban maksimum beban unit ke i Dmax s = beban maksimum sistem Bila Dmax i untuk seluruh unit bersamaan waktunya maka fdiv akan berharga 1, tetapi bila tidak fdiv akan lebih besar dari i. f.

Faktor Keserempakan (Coincidence Factor) Faktor keserempakan (fcf) adalah keba1ikan dari faktor keragaman, yang didefinisikan sebagai perbandingan antara beban maksimum dari suatu kumpulan beban dari sistem terhadap jumlah beban maksimum dari masing-masing unit beban. Jadi : Dmax (1 + 2 + .......n ) D fcf = = n s Dmax 1 + Dmax 2 + .....Dmax n ∑ Dmax i i =1

= g.

1 ( f div )

Faktor Kebutuhan (Demand Factor) Faktor kebutuhan didefinisikan sebagal perbandingan antara beban puncak suatu sistem terhadap beban terpasang yang dilayani oleh sistem. P fd = n max ∑ pi i =1

Nilai fd pada prinsipnya lebih kecil atau sama dengan satu. Bisa saja terjadi lebih besar dari satu, yaitu saat terjadi dibeban lebih. h.

Faktor Beban (Load Factor) Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata-rata selama interval tertentu dengan beban puncak yang terjadi pada interval yang sama. p FLd = av pmax

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

191

dimana: pav = beban rata-rata dan Pmax = beban puncak. Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata – rata terhadap beban puncak dalam periode tertentu. Beban rata – rata dan beban puncak dapat dinyatakan dalam kilowatt, kilovolt – amper, amper dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus sama. Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya dipakai harian, bulanan atau tahunan.

i.

5.

Faktor Rugi-Rugi (Loss Factor) Faktor rugi-rugi (fLs) didefinisikan sebagai perbandingan antara rugi-rugi daya rata-rata terhadap rugi-rugi daya beban puncak dalam selang waktu tertentu. p fLs = av pmax

Faktor Diversitas Faktor diversitas adalah perbandingan antara jumlah beban puncak dari masing – masing pelanggan dari satu kelompok pelanggan dengan beban puncak dari kelompok pelanggan tersebut. Didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah demand dari unit-unit beban terhadap demand maksimum dari keseluruhan beban. Secara matematis, faktor diversitas (Fd) dapat ditulis : DF =

∑ demand demand

maksimum unit − unit beban maksimum

∑ beban

… (3)

Atau

Dimana : Di = beban puncak (kebutuhan Maks) dari masing – masing beban i, yang terjadi tidak pada waktu yang bersamaan. Dk = D 1+2+3 ….n adalah beban puncak dari n kelompok beban.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

192

Untuk lebih memperjelas faktor diversitas ini, perhatikangambar 4. dimisalkan kelompok beban terdiri dari atas 4 pelanggan dengan beban puncak sama besar. Pada gambar penggunaan beban puncak dari keempat pelanggan tidak bersamaan waktunya, faktor diversitas adalah :

Sedangkan pada gambar lainnya,

Jadi 1 dan 4 adalah nilai extrim dari Fd dari 4 pelanggan ini.

Gambar 150. Dua nilai ekstrim unutuk faktor diversitas.

Pada umumnya faktor diversitas untuk gardu distribusi dan gardu induk nilainya berkisar sperti di bawah ini : a. Gardu distribusi 1,00 – 1,50 b. Gardu induk 1,08 – 1,60 6.

Faktor Kebersamaan (waktu) Faktor kebersamaan (waktu) adalah perbandingan antara beban puncak (kebutuhan maks) dari suatu kelompok pelanggan (beban) dengan beban puncak dari masing – masing pelanggan dari kelompok tersebut. Jadi faktor kebersamaan (Fc) adalah :

Dari definisi diatas dapat diketahui :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

193

7.

Kebutuhan “Demand” Kebutuhan sistem elektrik didefinisikan sebagai beban pada terminal terima secara rata-rata dalam suatu universal waktu tertentu. Satuan beban tersebut dapat berupa Kilowatt, Kilovoltampere, Ampere dan Kiloampere.

8.

Selang Kebutuhan “Demand Interval” Interval Kebutuhan merupakan periode yang dijadikan dasar untk terima secra rata-rata. Pemilihan periode ini dapat terjadi mulai dari selang 15 menit, selang 30 menit, selang 60 menit ataupun lainnya. Pada kondisi-kondisi tertentu kebutuhan pada selang 15 menit sama dengan kebutuhan pada selang 30 menit. Pernyataan kebutuhan ini harus diekspresikan dalam suatu selang waktu dimana kebutuhan tersebut diukur. Gambar II menunjukkan kurva harian beban “Daily Load Curve” yang menunjukkan beban sebagai fungsi waktu. Berdasarkan pada kurva harian beban tersebut dapat dibuat kurva lama beban “ Load Duration Curve” seperti pada gambar 1 dan 2.

Gambar 151. Kurva Harian Beban

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

194

Gambar 152. Kurva Lama Beban

9.

Kebutuhan Maksimum “Maksimum Demand” Kebutuhan Maksimum didefinisikan sebagai kebutuhan terbesar yang dapat terjadi dalam suatu selang tertentu. Jadi, kebutuuhan maksimum dapat dikatakan dalam selang waktu 1 jam, 1 minggu, harian dll.

10. Diversitas Kebutuhan “Diseverisfied Demand” Diversitas kebutuhan dikaitkan dengan beban komposit, dengan beban yang tidak saling berhubungan pada selang waktu tertentu. Jadi, diversitas kebutuhan merupakan perbandingan jumlah maksimum masing-masing beban komposit tersebut terhadap kebutuhan maksimum seluruh beban komposit. 11. Faktor Kebutuhan (DF = demand factor) Didefinisikan sebagai perbandingan antara beban puncak dengan beban trpasang dengan kata lain merupakan derajat pelayanan serentak pada seluruh beban terpasang. Definisi ini dapat dituliskan seperti persamaan (2) berikut : Beban puncak Faktor Kebutuhan = Beban terpasang Untuk suatu perioda waktu tertentu (2) Yang dimaksud dengan beban terpasang adalah jumlah kapasitas yang tertera pada papan nama (name plate). Faktor kebutuhan adalah perbandingan antara kebutuhan maksimum (beban puncak) terhadap total daya tersambung. Jadi : DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

195

Jumlah daya tersambung adalah jumlah dari daya tersambung dari seluruh beban dari setiap konsumen. Daya tersambung dan kebutuhan maksimum satuannya harus sama.faktor kebutuhan biasanya bernilai kurang dari satu. Faktor kebutuhan ini dapat menjadi satu bila keseluruhan beban yang tersambung serentak diberi energy dalam sebagian besar periodenya. Faktor kebutuhan menunjukkan tingkat dimana beban yang tersambung beroperasi serentak. Faktor kebutuhan dipakai untuk menentukan kapasitas (juga biaya) dari peralatan tenaga listrik yang diperlukan untuk melayani beban tersebut. Karena ada pengaruhnya terhadap investasi, maka faktor kebutuhan ini menjadi penting dalam menentukan jadwal pembiayaannya. Faktor kebutuhan dari beberapa jenis bangunan : a. Perumahan sederhana 50 – 75% b. Perumahan besar 40 – 65% c. Kantor 60 – 80% d. Toko sedang 40 – 60% e. Toko serba ada 70 – 90% f. Industry sedang 35 – 65% Besarnya faktor kebutuhan (biasanya dinyatakan dalam %) dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu : a.

Besarnya beban terpasang Sebagai contoh : Rumah tinggal yang mempunyai beban terpasang yang relatif besar, pada umumnya memiliki faktor kebutuhan yang lebih rendah bila dibandingkan dengan rumah tinggal yang mempunyai beban terpasang lebih kecil.

b.

Sifat pemakaian Toko-toko, pusat perbelanjaan, kantor-kantor dan bangunan industri biasanya memiliki faktor kebutuhan tinggi sedangkan gudang dan tempat rekreasi memiliki faktor demand yang rendah.

12. Faktor Coincident (CF = coincident factor) Didefinisikan sebagai perbandingan antara demand maksimum seluruh beban dengan jumlah demand maksimum masing-masing unit beban. Persamaan 4 menggambarkan definisi ini :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

196

CF =

Demand

∑ Demand

maksimum

∑ beban

maksimum unit − unit beban

… (4)

CF = 1/DF 13. Faktor Rugi-rugi Beban (LLF = Loss factor) Didefinisikan sebagai perbandingan antara rugi dan rata-rata terhadap rugi daya pada beban puncak pada periode waktu tertentu. Faktor rugi-rugi beban merupakan rugi-rugi sebagai fungsi waktu, berubh sesuai dengan fungsi dari waktu kuadrat. Oleh karena itu, faktor rugi-rugi ini tidak dapat ditentukan langsung dari faktor beban. Berdasarkan pengalaman dan percobaan yang dilakukan oleh Buller dan Woodrow dengan menganalisa ratusan grafik diperoleh persamaan empiris sebagai berikut : LLF = 0,3 (LF) + 0,7 (LF)2 ….. (5) Dengan : LLF = Faktor rugi-rugi LF = Faktor beban

14. Faktor Penggunaan (UF = utility factor) Didefenisikan sebagai pertandingan antara demand maksimum dengan kapasitas nominal dari sistem pencatu daya. Persamaan 6 menggambarkan defenisi ini : Demand maksimum sistem UF = ….. (6) Kapasitas no min al sistem Demand maksimum sistem dapat dicari kurva beban atau dengan menghitung beban terpasangnya. Demand maksimum merupakan perkaitan antara beban terpasang dengan faktor demand.

D. Kurva Beban dan Beban Puncak Kepadatan beban selalu dipakai sebagai ukuran dalam menentukan kebutuhan listrik. Sesuatu daerah kepadatan beban satuannya dapat berupa MVA/km2 atau KVA/m2 umumnya satuan yang dipakai adalah MVA/km2. Beban puncak (kebutuhan maksimum) didefenisikan sebagai beban (kebutuhan) terbesar/tertinggi yang terjadi selama periode tertentu. Periode tertentu dapat berupa sehari, sebulan maupun dalam setahun. Perode harian, yaitu variasi pembebanan trafo distribusi selama sehari. Selanjutnya beban puncak harus diartikan beban rata – rata selama selang waktu tertentu, dimana kemungkinan terjadinya beban tersebut. Contoh, DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

197

beban harian dari transformator distribusi di mana beban puncaknya selama selang waktu 1 jam, yaitu antara pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titikB). Nilai rata – rata kurva A – B, merupakan kebutuhan puncaknya (kebutuhan maksimum). Perlu diingatkan disini bahwa kebutuhan puncak (kebutuhan max) bukan merupakan nilai sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang waktu tertentu, biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15 menit, 30 menit atau satu jam. 1. Kurva Beban Kurva beban menggambarkan variasi perbebanan terhadap suatu gardu yang diukur dengan KW, Ampere atau KVA Sebagai fungsi dari waktu. Interval waktu pengukuran biasanya ditentukan berdasarkan pada penggunaan hasil pengukuran, misal : interval waktu 30 menit atau 60 menit sangat berguna dalam penentuan kapasitas rangkaian. Biasanya beban diukur untuk interval waktu 15 menit, 30 menit, satu hari atau 1 minggu. Kurva Beban menunjukkan permintaan (demand) atau kebutuhan tenaga pada interval waktu yang berlain-lainan. Dengan bantuan kurva beban kita dapat menentukan besaran dari beban-terbesar dan selanjutnya kapasitas pembangkit dapat ditentukan juga. Gambar 153.

Pukul 5 pagi beban mulai menanjak dan mencapai maksimum kira-kira pada pukul 8 pagi, waktu semua mesin industri beroperasi. Hal seperti itu akan konslan sampai menjelang habis waktu kerja, tetapi menurun pada waktu istirahat siang. Sehabis istirahat siang akan naik lagi dan akan menurun sekitar jam 4-5 sore.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

198

Gambar 154

Beban tranportasi kota akan tinggi kira-kira pada jam 9 pagi. Akan berkurang pada jam 12 siang dan akan naik lagi sampai kira-kira jam 5 sore.

Gambar 155

Beban untuk penerangan kota akan konstan dari jam 6 sore sampai jam 6 pagi.

Gambar 156

Beban rumah tangga akan maksimum pada jam 6 sore sampai kira-kira jam 12.00 malam dan akan menurun sesudah jam 12 malam.

Gambar 157 adalah salah satu contoh kurva beban suatu metropolitan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

199

2.

Beban Puncak Kepadatan beban selalu dipakai sebagai ukuran dalam menentukan kebutuhan listrik. Sesuatu daerah kepadatan beban satuannya dapat berupa MVA/km2 atau KVA/m2 umumnya satuan yang dipakai adalah MVA/km2. Beban puncak (kebutuhan maksimum) didefenisikan sebagai beban (kebutuhan) terbesar/tertinggi yang terjadi selama periode tertentu. Periode tertentu dapat berupa sehari, sebulan maupun dalam setahun. Perode harian, yaitu variasi pembebanan trafo distribusi selama sehari. Selanjutnya beban puncak harus diartikan beban rata – rata selama selang waktu tertentu, dimana kemungkinan terjadinya beban tersebut. Contoh, beban harian dari transformator distribusi di mana beban puncaknya selama selang waktu 1 jam, yaitu antara pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titik B). Nilai rata – rata kurva A – B, merupakan kebutuhan puncaknya (kebutuhan maksimum). Perlu diingatkan disini bahwa kebutuhan puncak (kebutuhan max) bukan merupakan nilai sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang waktu tertentu, biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15 menit, 30 menit atau satu jam.



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

200

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

201

BAB 12 ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTUHAN ENERGI LISTRIK

A. Pendahuluan Peramalan pada dasarnya merupakan suatu dugaan atau prakiraan mengenani terjadinya suatu kejadian atau peristiwa dimasa yang akan datang. Dalam kegiatan perencanaan peramalan merupakan kegiatan mula dari proses tersebut. Ramalan di bidang tenaga elektrik pada dasarnya merupakan ramalan kebutuhan energi elektrik (watt jant) dan ramalan beban tenaga elektrik (watt). Keduanya sering disebut dengan istilah Demand and Load Forecasting. Hasil peramalan ini dipergunakan untuk membuat rencana pemenuham kebutuhan maupun pengembangan penyediaan tenaga elektrik setiap saat secara cukup dan baik serta terus menerus. Secara garis besar pembuatan ramalan kebutuhan tenaga elektrik dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu : a. Pengumpulan dan penyiapan data. b. Pengolahan dan analisa data. c. Penentuan metoda dan pembuatan model.

B. Karakteristik Beban Umumnya, menurut kegiatan pemakaian (konsumen) listrik kita dapat mengelompokan konsumsi listrik yaitu konsumen rumah tangga, komersil, publik dan industri. Konsumen-konsumen ini mempunyai karakteristikkarakteristik beban yang berbeda, sebab hal ini berhubungan dengan pola konsumsi encrgi liatrik pada masing-masing konsumen tersebut. Untuk konsumen rumah tangga (perumahan) pola pembebanan ditunjukkan oleh adanya fluktuasi konsumsi energi listrik yang cukup besar, hal mi disebobkan konsumsi energi listnk tersebut doznman path mnbm han. Pada konsumen ir1ustri fluktuasi konsumsi energi listrik sepanjang hari akan hampir sama, sehingga perbandingan beban rata-rata terhadap beban puncak hampir mendekati satu Sedangkan pada konsumen komersil akan mempunyai beban puncak yang lebih tinggi pada malam hari.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

202

a.

Kebutuhan (Demand) Kebutuhan sistem listrik adalah beban pada terminal terima secara rata-rata dalam suatu selang (interval) waktu tertentu. Beban tersebut bisa dalam satuan Ampere, kiloAmpere, kiloWatts dan kiloVoltAmpere. Kebutuhan beban listrik pada suatu daerah tergantung dari keadaan penduduk, pertumbuhan ekonomi, rencana penggembangannya dalam waktu dekat dan waktu yang akan datang. Sehingga kebutuhan mendatang sangat bergantung pada faktor-faktor yang dapat diketahui tersebut.

b.

Kebutuhan Maksimum Kebutuhan maksimun dapat terjadi selama waktu satu jam, harian, mingguan, bulanan atau tahunan. Kebutuhan maksimum adalah sebagai kebutuhan yang terbesar yang dapat terjadi dalam suatu selang tertentu, biasanya terjadi dalam selang 15 menit, selang 30 menit atau dalam halhal tertentu 60 menit. Gambar 158 mengambarkan bahwa besarnya kebutuhan maksimum berubah untuk periode waktu selama diukur.

Gambar 158. Perubahan kebutuhan maksimum terhadap waktu

c.

Beban Terpasang Beban terpasang dimaksudkan adalah jumalah kapasitas dari semua beban dengan kapasitas yang tertera pada papan nama (name plate) dan peralatan-peralatan listrik. perbandingan beban puncak terhadap beban terpasang merupakan derajat pelayanan serentak pada seluruh beban terpasang. Hal ini dapat dijelaskan besarnya jumlah beban terpasang sangat mempengaruhi pola pelayanan beban, sebagai contoh, konsumen

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

203

komersil dan industri memiliki derajat pelayanan yang tinggi jika dibandingkan dengan konsumen rumah tangga (residentil). Beban terpasang ini dapat diketahui dengan melakukan survei ke lapangan ataupun data sekunder dari perusahaan penyedia daya listrik. d.

Beban Rata-Rata Beban rata-rata (Br) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang terpakai dengan waktu pada periode. Atau dituliskan menurut persamaan 1 periode tahunan : kWhyangterpakaiselama1tahun Br = (1) 365 X 24

e.

Faktor Beban Didefinisikan sebagai perbandingan antara beban rata-rata dengan beban puncak yang diukur untuk suatu periode waktu tertentu. Beban pucak (Lf) yang dimaksud adalah beban puncak sesaat atau beban puncak rata-rata dalam interval tertentu, pada umumnya dipakai beban puncak pada waktu 15 menit atau 30 menit. Untuk prakiraan besarnya faktor beban pada masa yang akan datang dapat didekati dengan data statistik yang ada. Dari definisi faktor beban dapat dituliskan menurut persamaan 2 B (BebanRata − rata ) (2) Lf = r B p (BebanPuncak ) Persamaan 2 tersebut mengandung arti bahwa beban rata-rata akan selalu bernilai lebih kecil dari kebutuhan maxsimum atau beban puncak, sehingga faktor beban akan selalu kecil dari satu.

f.

Faktor Kebutuhan Faktor kebutuhan adalah perbandingan beban puncak dengan seluruh beban terpasang pada sistem. Definisi ini dapat dituliskan seperti persamaan 3 B p (BebanPuncak ) (3) Fd = Bc (BebanTerpasang ) Faktor kebutuhan selalu bernilai lebih kecil dari satu. Besarnya faktor kebutuhan dipengaruhi oleh beberapa hal : 1. besarnya beban terpasang 2. Sifat pemakaian, sebagai contoh toko-toko, pusat perbelanjaan, kantor-kantor dan industri memiliki faktor kebutuhan tinggi sedangkan gudang dan tempat reakrasi memiliki faktor kebutuhan rendah.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

204

C. Metode Peramalan Kalau suatu pembangkit listrik akan dipasang pada suatu daerah/lokasi, seharusnya kita mengetahui beban kebutuhan tenaga maksimal pada lokasi tersebut. Hal itu untuk dapat secara tepat memperkirakan kapasitas pembangkit yang akan dipasang. Meskipun sangat sulit untuk memperkirakan/meramalkan beban maksimal pada masa mendatang didaerah termaksud, kita dapat membuat estimasi atau perkiraan yang mendekati kenyataan. Ada dua metode untuk perkiraan beban : a. Metode Statistik b. Metode Survey-lapangan Dalam metode statistik data-data kebutuhan maksimal tahunan untuk area termaksud dikumpulkan untuk beberapa tahun terakhir. Dan hasil data termaksud dapat diperkirakan beban pada masa mendatang dilokasi tersebut. Pada metode survey-lapangan data-data kebutuhan listrik/beban dari lokasi yang bersangkutan (dengan beban yang bervariasi) seperti misalnya untuk industri, pertanian, kantor-kantor dan perumahan penduduk dikumpulkandari survey-lapangan. Begitu pula data-data lainnya yang menyangkut pertumbuhan beban seperti : pertambahan penduduk, standar kehidupan, data-data iklim cuaca pada area tersebut dan pengembangan industri juga dikumpulkan. Secara umum terdapat lima kelompok besar metoda peramalan yang biasa digunakan oleh banyak perusahaan kelistrikan dewasa ini. Kelima metoda tersebut adalah sebagai berikut : 1.

Metode Sampling Statistik Metoda ini dibangun berdasarkan data dan analisa penggunaan tenaga listrik pada setiap sektor pemakaian. Keuntungan metoda ini ialah hasil ramalan merupakan simulasi dari penggunaan tenaga elektrik di masyarakat dengan lebih terinci serta dapat pada mensimulasikan perubahan teknologi, kebiasaan pemakaian dan kebijaksaaan pemerintah. Kelemahannya adalah dalam hal penyediaan data yang banyak dan kadang-kadang tidak tersedia di pusat data. Metoda ini pernah dicoba untuk menganalisis penggunaan energi di Indonesia, yaitu peramalan kebutuhan energi elektrik sektor rumah tangga dengan langkah pengerjaan menurut diagram berikut : a. Tahap pertama mendefinisikan fungsi yaitu rumusan kebutuhan energi dalam fungsi matematik. b. Tahap kedua berupa pengujian hubungan antara parameter.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

205

Metoda ini biasanya dipergunakan untuk meramalkan daerah yang luas tetapi mempunyai keadaan perlistrikan yang hampir merata, atau sedikitnya tidak terdapat perbedaan yang menyolok. Jadi untuk meramalkan kebutuhan tenaga listrik keseluruhan daerah yang luas cukup dengan mengambil suatu daerah sebagai sample yang dapat mewakili keseluruhan, sehingga mempermudah perhitungan. Dengan demikian metoda ini memerlukan persyaratan perlistrikan yang merata dan persyaratan inilah yang tidak dapat dipenuhi untuk kondisi daerah yang sedang berkembang. 2.

Metode Ekstrapolasi Pada metoda ini sangat bersandar pada data-data masa lampau dan kemudian memproyeksikannya kemasa yang akan datang. Teknik ekstrapolasi ini beranggapan bahwa faktor perubahan yang tercermin pada masa lampau akan memiliki pengaruh yang sama dan bersifat kontiniu dimasa yang akan datang. Bila terjadi fluktuasi-fluktuasi seperti terjadi pada daerah yang sedang berkembang maka metoda ini kurang tepat.

3.

Metode Perbandingan Yaitu proyeksi dengan analisa perbandingan dan kecenderungan yang homogen pada daerah lain. Metoda ini tidak bisa diterapkan pada daerah yang mempunyai kelistrikan yang sama. Metoda ini disebut juga metoda kecenderungan yaitu metoda yang dibangun berdasarkan hubungan data masa lalu tanpa memperhatikan penyebab (pengaruh ekonomi, iklim, teknologi, dan lain-lain). Metoda ini biasanya digunakan untuk peramalan jangka pendek.

4.

Metode Sektoral Metoda ini mengamati pertumbuhan beban listrik pada tiap-tiap sektor beban. Dimana beban dikelompokkan kedalam beberapa sektor beban, pada studi ini beban dibagi menjadi empat sektor beban, yaitu : Sektor Rumah Tangga, Komersil Industri dan Fasilitas Umum. Kebutuhan tenaga listrik di pusat beban adalah merupakan jumlah kebutuhan keempat sektor di dalam pusat beban tersebut. Metoda ini cocok digunakan untuk menghasilkan perhitungan yang lebih teliti dibandingkan dengan metoda yang lainnya.

5.

Metode Gabungan Metoda gabungan ini merupakan metoda gabungan dari keempat metode diatas. Setiap metode dan proses mempunyai kelebian dan kekurangannya masing-masing, sehingga sulit untuk menentukan mana

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

206

yang terbaik, hal ini juga disebabkan oleh pelaksanaan peramalan yang berbeda-beda menurut kondisi dan ruang lingkupnya. Metode yang terbaika adalah metode yang dikembangkan berdasarkan keadaan daerah yang bersangkutan dan kondisi sosio-ekonomi setempat. Pada setiap perioda tertentu ramalan beban harus dikoreksi kembali dan disesuaikan dengan kondisi pertumbuhan keadaan yang sebenarnya. Faktor lain yang harus diperhatikan dalam menentukan metode adalah masalah kependudukan dan penyebarannya.

D. Model Peramalan Model yang digunakan dalam peramalan harus dapat menggambarkan kaitan antara penjualan energi elektrik dengan variable lain yang ada dalam masyarakat seperti variable pendapatan dan tingkat konsumsi masyarakat. Hubungan antara penjumlah energi elekrik dengan variable-variable tersebut biasanya sangat rumit dan saling berkaitan. Oleh sebab itulah biasanya digunakan model pendekatan untuk memudahkan pembuatan ramalan. Ada dua macam pendekatan, yaitu : 1.

Model Mikro Model ini adalah model yang meninjau secara terperinci setiap komponen atau variable yang mempunyai penjualan enrgi elektrik.

2.

Model Makro Model ini adalah model yang meninjau secara umum dengan menyederhanakan variable yang mempengaruhi penjualan energi elektrik. Dalam penyusunan ramalan ini, dilakukan pembagian kebutuhan energi elektrik secara sektoral yang meliputi : Sektor Rumah Tangga Sektor Komersil Sektor Publik (pelayanan umum) Sektor Industri.

3.

Model Peramalan Algoritma Algoritma peramalan yang dilakukan dalam tulisan ini dibagi dalam dua bagian yakni : a.

Peramalan Kebutuhan Energi Elektrik Dengan langkah-langkah sebagai berikut : Mengumpulkan data-data historis dari variable-variable yang mempengaruhi kebutuhana energi elektrik seperti data historis kependudukan, Produk Domestik Regoinal Bruto (PDRB), tingkat

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

207

konsumsi energi masyarakat dan data produksi energi PLN untuk beberapa tahun terakhir, faktor beban, serta beberapa data lain. Melakukan analisa awal terhadap masing-masing data yang diperoleh, kemudian menyusun secara sistematis menurut tiap sektor yang dipengaruhi. Melakukan perhitungan matematis peramalan untuk masingmasing sektor berdasarkan data historis yang dijadikan variable. Melibatkan beberapa kebijaksanaan yang telah ditetapkan sebagai suatu pembatasan yang harus diikuti. Menyusun hasil ramalan kebutuhan masing-masing sektor dan ramalan secara keseluruhan untuk beberapa tahun ke depan dan menentukan tingkat pertumbuhan kebutuhan energi total pertahun. b.

Peramalan Beban Dalam tulisan ini peramalan beban dilakukan setelah peramalan kebutuhan energi dilakukan. Pada dasarnya laju pertumbuhan kebutuhan energi sama dengan laju pertumbuhan beban rata-rata sedangkan untuk menghitung pertumbuhan beban puncak harus dicari hubungan antara laju pertumbuhan beban puncak dengan langkah-langkah sebagai berikut : a. Menentukan persamaan pertumbuhan kebutuhan energi elektrik total pertahun. b. Mementukan persamaan pertumbuhan faktor beban pertahun dengan persamaan Gompertz. c. Menentukan persamaan pertumbuhan beban pertahun dengan menghubungkan a dan b melalui persamaan (1). d. Menyusun hasil peramalan untuk beberapa tahun ke depan.

E. Analisis Peramalan Memprediksi nilai suatu besaran pada kondisinya dimasa yang akan datang dengan tepat adalah suatu pekerjaan yang sulit, apalagi jika besaran tersebut dipengaruhi oleh banyak faktor. Tetapi di lain pihak seringkali hasil prediksi tersebut menjadi salah satu masukan yang penting dalam menyusun rencana masa depan. Suatu metoda peramalan yang dapat digunakan untuk mengamati tingkat hubungan antar faktor yang mempengaruhi suatu besaran tertentu adalah Metoda Kausal. Salah satu model dari metoda ini adalah Model Regresi. Model regresi adalah suatu model matematik yang memanfaatkan data masa lalu untuk menganalisa bentuk formulasi suatu variable terhadap variable yang lain, yang dapat digunakan dalam memprediksi pola kejadian pada masa yang akan datang. Bentuk umum dari model regresi adalah : DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

208

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

Y = β 2 + β1 x 2 + β 2 x 2 ⋅ ⋅ ⋅ + β n xn (4) Dengan : X1 X2 disebut variable bebas dan Y disebut variable tak bebas sedangkan β 0 β1 β 2 adalah parameter-parameter yang kan ditaksir nilainya berdasarkan data masa lalu. Dengan mengetahui nilai taksiran β 0 β1 β 2 ini akan dapat ditentukan seberapa besar nilai-nilai X1 (1 = 1, 2, 3…) tersebut akan mempengaruhi nilai Y. Ada beberapa kategori pengklafikasian model regresi. Salah satunya adalah pengklasifikasikan berdasarkan jumlah variabel bebasnya dikenal dua model regresi yakni Model regresi linier sederhana dan Model regresi majemuk. 1.

Model Regresi Linier Sederhana Model regresi linier ini hanya mempunyai satu variabel bebasnya. Bentuk umum persamaan permasalahan linier sederhana adalah : (5) Y = β 0 + β1 x Mendekati nilai β 0 dan β1 yang sebenarnya atau dengan kata lain dipilih b0 dan b1 yang akan menjadikan nilai e1 minimum. Untuk maksud itu digunakan metoda kuadrat terkecil (Least Square Methode) yng prinsip dasarnya adalah mencari persamaan garis lurus yang paling dekat menghampiri pola penyebaran titik observasi, sedemikian rupa sehingga nilai jumlah kuadrat penyimpangan (kesalahan) menjadi minimum. = bo + b1 x1 + e1 (6) Y1 e1 = Y1 – bo – b1 x1 (7)

= (Y1 – bo – b1 x1)2 ∑ e12 = Σ (Y1 – b – b1 x1)2 = SSE

e12

(8) (9)

Dengan : SSE = Jumlah kuadrat penyimpangan atau kesalahan (sum of square error) Dengan mendiferensiasikan SSE secara persial terhadap bo dan b1 maka akan diperoleh nilai bo dan b1 yang memberikan nilai SSE paling kecil. ∂ (SSE ) = −2 ∑(Y1 − bo − b1 x1 ) (10) ∂ (bo ) ∂ (SSE ) = 2 ∑(Y1 − bo − b1 x1 )x1 (11) ∂ (b1 ) Jika persamaan (10) dan (11) disamakan dengan nol, maka akan diperoleh :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

209

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

− 2 ∑(Y1 − bo − b1 x1 ) = Ο Νbo + b1 ∑ x1 = ∑ Υ1 dan − 2 ∑(Υ1 − bo − b1 x1 )x1 = O

(12)

(13)

b2 ∑ x1 + b1 ∑ x = ∑ x1Y1 Dengan menyelesaikan persamaan kedua persamaan diatas akan diperoleh : Ν ∑ x1Υ1 − x1 ∑ Υ1 (14) b1 2 Ν ∑ x12 − (∑ x1 ) Eliminasi persamaan nilai b1 ini kedalam (6) dan (7) akan menghasilkan : bΟ = Υ − b1 x (15) 2 1

dengan Υ dan x berturut-turut menyatakan nilai rata-rata dari Y dan x. Dengan demikian maka kedua parameter β Ο dan β1 dapat didekati nilainya dengan menggunakan bo dan b1 diatas. Penyebaran lebih lanjut dari persamaan SSE diatas akan memberikan hasil berikut : 2 SSE = ∑(Υ1 − bΟ − b1 x1 )

{( ) ( )} SSE = ∑ (Υ − Υ ) − 2b ∑(Χ − x )(Υ − Υ ) + b ∑(x − x ) 2

SSE = ∑ Υ1 − Υ − b1 x1 − x 2

1

1

1

2 1

1

2

1

Bila didefinisikan bahwa : 2 2 ( ∑ x1 ) S xx = ∑ x1 − x 1 − Ν

(

)

S yy

2 ( ∑ Υ1 ) −

( ) = ∑Υ Ν (∑ x )(∑ Υ ) = ∑ (x − x )(Υ − Υ ) = ∑ x Υ − Ν

S yy = ∑ Υ1 − Υ 1

2

2 1

1

1

1

1

1

Maka dapat dilihat nilai taksiran b1 dapat dinyatakan dengan : Sx y (16) b1 = Sx x berarti : (17) SSE = S yy − 2b1 S xy + b12 SS xx = S yy − b1 S xy Hasil ini akan berguna bagi penentuan bersambung deviasi standar dari formulasi regresi. Karena dapat dibuktikan bahwa : DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

S2 =

S yy − b1 S xy

210

= o2

n−2 Maka S2 akan merupakan penaksiran tak bias dari ukuran variasi sebenarnya (o2) dari permasalahan regresi. Jadi telah diperoleh besaran S2, yakni : SSE S yy − b1 S xy S2 = (18) = n−2 n−2 a.

Indikator keberhasilan model regresi Sampai disini pembahasan telah menyelesaikan uraian tentang pokok-pokok penyusunan model regresi linier. Pertanyaan yang sering muncul setelah ini adalah apakah penaksiran parameter dan hasil peramalan dengan menggunakan model ini dapat dipercaya untuk digunakan lebih lanjut. Untuk menjawab pertanyaan ini perlu dilakukan serangkaian pengujian. Maka tahapan berikutnya yang perlu adalah menguji tingkat kepercayaan dari beberapa indikator keberhasilan dari model yang tersusun. Ada 4 buah indikator yang bisa digunakan untuk indikator keberhasilan dari model regresi, yakni : 1. Ketetapan penaksiran parameter β Ο 2. Ketetapan penaksiran parameter β1 3. Ketetapan penaksiran Y 4. Kedudukan hubuungan (korelasi) antara variabel x variabel Y 1). Pengujian Ketepatan Penaksiran Parameter βo Besaran statistik uji yang digunakan untuk menguji apakah hasil penaksiran bo terhadap nilai sebenarnya masih berada dalam toleransi yang ditetapkan adalah statistik uji Tbo. Menurut Netter dan Wassermen nilai dari Tbo dapat dihitung dari hubungan berikut : bo Tbo = (19) S (∑ x12 )/ nS xx

Dari literatur dapat diturunkan bawha bentuk distribusi dari statistik uji ini adalah student-t dengan derajat kebebasan sebesar (n-2) dimana = jumlah titik observasi. Dengan memasukkan nilai-nilai bo, S, Sxx dan ∑ 12 yang telah dihasilkan sebelumnya maka akan didapat nilai dari besaran Tbo.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

211

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

Selanjutnya bila digunakan tingkat kepercayaan sebesar

α maka dari tabel distribusi student-t diperoleh nilai t (1 − α / 2) , n-2. Sehingga dari kedua nilai ini dapat disusun kriteria penerimaan atau penolakan hipotesa yang menguji apakah nilai bo mewakili nilai β o dengan ketentuan sebagai berikut : t Bila (1 − α / 2 ) , n-2 < Τbo < t (1−α / 2 ).n −2 maka hipotesa diterima jika diluar ketentuan diatas maka hipotesa akan ditolak. 2). Pengujian Ketetapan Penaksiran Parameter β1 Prosedur pengujian ini adalah sama dengan pengujian sebelumnya hanya saja besaran statistik uji yang digunakan berbeda yaitu Tb1. Nilai dari Tb1 dapat dihitung dari hubungan berikut (Netter & Wasserman) : b1 Tb1 = (20) S / S xx Bentuk distribusi dari uji Tb1 ini adalah student-t dengan derajat kebebasan sebesar (n-2). Sehingga dengan memasukkan nilai b1, S dan Sxx maka nilai Tb1 akan diperoleh. Dengan tingkat kepercayaan α nilai Tb1 ini akan diperbandingkan dengan nilai standarnya yang diperoleh dari tabel yaitu t (1 − α / 2, n − 2) . Sehingga kriteria pengambilan kesimpulan ini dapat disusun sebagai berikut : Bila τ (1−α / 2 ).n −2 < Τb1 < τ (1−α / 2 ).n −2 maka hipotesa bisa

diterima dan bila nanti Tb1 berada diluar interval diatas, maka hipotesa ditolak. 3). Pengujian Ketepatan Penaksiran Y Disini prosedur pengujian yang digunakan juga sama dengan kedua pengujian sebelumnya, tetapi dengan menggunakan statistik uji (Netter & Wasserman) : yo (21) Τ= 2 S (1 / n ) + xo − x / S xx

(

)

Dengan : Yo = Nilai y untuk suatu nilai x yang sama dengan xo diperoleh dengan menggunakan persamaan model regresi.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

212

Besaran ini juga berdistribusi standar x dengan derajt kebebasan (n-2). Dengan tingkat kepercayaan sebesar α , maka kriteria penerimaan atau penjumlahan hipotesa ini menunjukkan bahwa y mewakili y adalah sebagai berikut : Bila − t (1−α / 2 ).n − 2 < Ty < t (1−α / 2 ).n− 2 maka hipotesa dapat diterima, sedangkan jika Ty berada diluar interval diatas, maka hipotesa ditolak. 4). Pengujian Korelasi Suatu besaran yang dapat digunakan untuk melihat indikasi adanya saling keterhubungan antara variabel bebas dengan variabel tak bebas dalam model regresi adalah koefisien korelasi. Besarnya koefisien korelasi ini dapat dihitung dari hubungan berikut : S xy S (22) Γ = b1 xx = S yy S xx S yy Dengan Γ adalah koefisien korelasi yang nilainya terletak dalam intrval − 1 ≤ Γ ≤ 1 . Koefisien korelasi sama dengan 1 menunjukkan adanya keterhubungan yang kuat dan berbanding lurus antara variabel bebas dengan variabel tak bebasnya. Koefisien korelasi -1 menunjukkan adanya keterhubungan yang kuat seperti diatas tetapi dengan sifat yang berbanding terbalik, sedangkan koefisien korelasi sama dengan nol menunjukkan bahwa keterhubungan tersebut mununjukkan sifat diantaranya. 2.

Model Regresi Linier Majemuk Model ini adalah merupakan turunan dari model regresi linier sederhana dengan jumlah variabel bebasnya lebih lebih dari satu. Ini berarti semua prinsip yang digunakan adalah sama seperti model regresi linier sederhana hanya dengan jumlah parameter yang lebih banyak. Bentuk umum dari model regresi linier majemuk adalah : Υ = β o + β1 x1 + β 2 x2 KKK β n xn (23) Permasalahan ini didekati dengan model berikut : Υ = bo + b1 x1 + b2 x2 + KKKbn xn dengan : bo, b1, b2 ….. adalah merupakan penaksiran dari parameterparameter β o , β1 , β 2 ,KK

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

213

Meskipun penurunan untuk mencapai besaran-besaran b1 (I = 0,1,2 …) itu adalah sama seperti prosedur yang telah dijelaskan namun karena bekerja dengan lebih banyak parameter maka dengan prosedur tersebut akan membutuhkan banyak perhitungan yang merepotkan. Cara lebih mudah yang bisa digunakan untuk penaksiran tersebut adalah dengan memanfaatkan perhitungan secara vektor dan matriks. Dengan cara ini bisa terdapat (p-1) buah variabel bebas maka formulasi permasalahan selengkapnya adalah : (24) Υ1 = β 0 β1 x1.1 + β 2 x1.2 + K + β p −1 x1. p −1 + c Dan bila untuk masing-masing variabel tersebut terdapat n buah nilai observasi, maka diperoleh vektor dan matriks sebagai berikut : L1 p −1 ⎤ ⎡ y1 ⎤ ⎡1 x11 x12 ⎢y ⎥ ⎢1 x x22 L2 p −1 ⎥⎥ 21 ⎢ 2⎥ ⎢ ⎥ X = ⎢. Υ=⎢ . ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢. ⎥ ⎢. ⎥ ⎢⎣ y n ⎥⎦ ⎢⎣1 xn1 xn 2 L np − 1⎥⎦ nxp nx1 ⎡ β1 ⎤ ⎢β ⎥ ⎢ 2⎥ β =⎢ . ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ . ⎥ ⎢⎣ β n ⎥⎦ px1

⎡ c1 ⎤ ⎢c ⎥ ⎢ 2⎥ c=⎢ . ⎥ ⎢ ⎥ ⎢.⎥ ⎢⎣cn ⎥⎦ nx1

Dengan rotasi vektor dan matriks, maka persamaan diatas dapat dituliskan sebagai berikut : Υ = Χ.β + c Bila parameter β akan ditaksir oleh b, maka vektor b harus berbentuk : ⎡ b0 ⎤ ⎢b ⎥ ⎢ 1 ⎥ b=⎢ . ⎥ ⎥ ⎢ ⎢ . ⎥ ⎢b p −1 ⎥ ⎦ px1 ⎣

Sehingga persamaan regresi dari model ini menjadi : Υ = Χ.b + c

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

214

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

Dengan vektor Υ nx1 menyatakan vektor observasi yang kemudian menjadi vektor hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan regresi, serta vektor e nx1 adalah vektor kesalahan yang merupakan penaksiran dari vektor c . Dengan metoda kuadrat terkecil, maka akan dicari nilai-nilai dari b dengan meminimumkan nilai e sehingga memenuhi persamaan : Υ + Χ.b Bila kedua suku dalam persamaan diatas diperkaitkan awal dengan transpose dari matriks X, yaitu X’. maka akan diperoleh : Χ '.Υ = Χ'.b Sehingga

(

b = Χ '.Χ 2

)

−1

.Χ'.Υ

(25)

Dengan demikian telah dapat ditentukan semua nilai b yang merupakan penaksiran dari β . Setelah penaksiran ini diperoleh, maka tahapan selanjutnya adalah menguji kebenaran model yang ditembangkan. Bentuk pengujian kebenaran model ini terdiri dua jenis, yaitu : a. Pengujian hubungan regresi. b. Pengukuran korelasi.

a.

Pengujian Hubungan Korelasi Pengujian ini dimaksudkan untuk melihat apakah ada atau tidak hubungan antara variabel tak bebas Y dengan variabel bebas X (yaitu x1, x2 … xp-2). Besaran statistik uji yang digunakan disini adalah : ⎡ b.Χ'.Υ − nΥ 2 ⎤ ⎢ ⎥ p −1 ⎦ (26) F= ⎣ ⎡ Υ '.Υ − b'.Χ' Υ ⎤ ⎢ ⎥ n− p ⎣ ⎦ Dengan nilai y menyatakan nilai rata-rata dari hasil observasi. Dari literatur diperoleh bahwa statistik uji ini mempunyai distribusi Fisher–Snedecor (distribusi F) dengan derajat kebebasan pembilang = (p-1) dan derajat kebebasan untuk penyebut = (n-p) sehingga menggunakan tingkat kepercayaan sebesar α maka dari tabel distribusi F dapat diperoleh daerah kritis untuk pengujian ini yaitu : F α .( p − 1)( . n − p ) . Maka hipotesa diterima. Berarti dapat disimpulkan bahwa terjadi keterhubungan diantara kedua jenis variabel tersebut. Bila F berada diluar interva diatas, maka hipotesa

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

215

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

ditolak. Berarti paing tidak terdapat satu variabel bebas yang tidak berhubungan dengan variabel tak bebas.

b.

Pengukuran Korelasi Prinsipnya sama seperti yang dikenal dalam analisa model regresi linear sederhana. Untuk menghitungnyadapat digunakan perumusan berikut : ,`

R = 1−

Υ .Υ − b. X , .Υ ,

Υ .Υ − n.Υ

(27)

Nilai r akan terletak antara -1 dan 1 dengan makna seperti yang telah diuraikan sebelumnya.

c.

Elastisitas Apabila suatu fungsi dinyatakan sebagai : y = f (x) maka yang dimaksud dengan elastisitas y terhadap x adalah angka yang menunjukkan berapa besar perubahan y akibat terjadinya perubahan satu unit x, atau ditulis dengan : Δy (rata − rata ) (28) cyx = y Δx (rata − rata ) x dengan : cyx = elastisitas Δ x 0, maka : cyx = dy / dx.x / y Dari beberapa literatur diperoleh bahwa elastisitas dapat dihitung dengan dua cara yaitu dengan metoda kurva statis dan kurva dinamis. Dari kedua kurva diatas, kurva dinamis lebih memadai dari kurva statis untuk menghitung elastisitas dalam membuat ramalan kebutuhan energi elektrik. Perhitungan elastisitas yang digunakan dalam tulisan ini adalah cara curva dinamis, yang secara umum dapat dinyatakan dalam rumus : Y = a . xb Dengan : Y = variabel tak bebas X = variable bebas A dan b = konstanta Elastisitas y terhadap x dari persamaan diatas dapat dinyatakan dengan :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

216

b.a.xb −1.x (29) a.xb Atau : cyx = b Dengan demikian funtuk persamaan eksponensial seperti persamaan (22) maka elastisitas y terhadap x adalah b. Untuk sebuah persamaan yang mempunyai lebih dari satu variabel bebas yang fungsinya dpat dinyatakan dengan : (30) Y = a.x 1b1 . x b2 2 Maka b1 . b2 . ….. cyx =

G. Peramalan Kebutuhan Energi Elektrik Dengan meninjau secara umum pendekatan yang digunakan dalam menghitung kebutuhan energi, maka pemakai (konsumen) listrik dikelompokkan menjadi empat konsumen yaitu: 1. Konsumen Rumah Tangga, 2. Konsumen Komersil, 3. Konsumen Publik, 4. Konsumen lndustri. Algoritma perhitungan dari pendekatan yang digunakan untuk menyusun prakiraan kebutuhan energi pada masing-masing konsumen.

1.

Sektor Rumah Tangga Pemikiran dasar pada metode ekonometri bahwa segala sesuatu yang nyata bergantung kepada segala sesuatu yang lain. Saling keterkaitan ini menyebabkan saling ketergantungan (mutual interdependence) antara variabel-variabel di dalam persamaan. Dalam hal ini diasumsi adanya elastisitas yang mempengaruhi nilai keterkaitan dimana kebutuhan listrik rumah tangga membutuhkan informasi kuantitatif tentang masa lain. Data masa lalu (historis) yang dibutuhkan ialah data listrik konsumsi rumah tangga, jumlah penduduk , pendapatan perkapita regional (PP) atau produk domestik regional bruto (PDRB) dan penyediaan daya (S) oleh perusahaan penyediaan daya (PLN). Oleh karena itu, maka untuk kebutuhan energi listrik rumah tangga ada elastisitas antara kebutuhan energi listrik rumah tangga dengan pendapatan perkapita dan kemampuan penyediaan daya. Hal ini bisa dinyatakan menurut persamaan 31. ε (31) RT = aRT (PP) rp (S) ε rs Dengan : εrp = Elastisitas rumah tangga terhadap pendapatan perkapita εrs = Elastisitas rumah tangga terhadap kemampuan daya

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

217

aRT

= Konstanta Jika laju pertumbuhan pendapatan perkapita (ipp) dan laju pertumbuhan kemampuan penyediaan daya (is) diketahui maka laju pertumbahan kebutuhan energi listrik konsumen rumah tangga bisa dinyatakan dengan persamaan 32. (32) irt = εrp . ipp + εrs . is Selanjutnya dapat dihitung kebutuhan energi listrik rumah tangga setiap tahun dengan persamaan eksponesial yaitu; (33) RTn = RT0 (l +irt)n Dimana; RTn = Kebutuhan energi listrik konsumen rumah tangga pada tahun ke-n (kWh) RT0 = konsumsi energi listrik rumah tangga ditahun awal pengamatan (kWh) = Laju pertumbuhan kebutuhan listrik konsumen Rumah Tangga irt n = Tahun yang dilewati Untuk peramalan kebutuhan energi elektrik sektor rumah tangga dalam tulisan ini diterapkan dua model mikro peramalan dan model makro peramalan.

a.

Model Mikro Kebutuhan energi elektrik sektor rumah tangga menurut model ini bisa dinyatakan dengan : p RTn = n . Ern . Rrn (kWh) (34) s Dengan : RTn = jumlah seluruh kebutuhan energi elektrik sektor rumah tangga pada tahun ke-n (Kwh) Pn = jumlah penduduk pada tahun ke-n (jiwa) Ern = rasio elektrifikasi pada tahun ke-n Rrn = pemakaian energi elektrik rata-rata tiap rumah tangga pada tahun ke-n (Kwh) Angka 5 dalam persamaan (24), menyatakan jumlah jiwa ratarata dalam tiap rumah, dan angka ini diambil sesuai dengan ketentuan dari PLN. Data jumlah penduduk dan pertumbuhannya setiap tahun dapat dinyatakan dengan rumus yang telah umum, yakni : (35) Pn =P0 (1 + P)n Dengan : Pn = jumlah penduduk pada tahun ke-n Po = jumlah penduduk di tahun awal pengamatan P = laju rata-rata pertumbuahan penduduk tiap tahun

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

218

Silai p biasanya didapat dari bio pusat statistik Daerah atau bisa diperoleh melalui perhitungan jiak data historis kependudukan daerah tersebut diketahui, yakni melalui rumus : P Pada k = V k - 1 Pk −1 Pk9 adalah laju pertumbuahan penduduk pada tahun ke-k, dan p dapat dihitung dengan merata-ratakan pk Besarnya ratio elektrifikasi suatu daerah untuk beberapa tahun kedepan biasanya ditargetkan oleh PLN. Namun jika data tersebut tidak diperoleh, maka besarnya rasio elektrifikasi bisa dihitung dengan metoda kecenderungan gompertz. Formulasi matematik kurava gompertz dapat dituliskan sebagai berikut : n (36) ERn = K . a b Dengan : K = 10 A = konstanta yang besarnya = er/k pada tahun awal matan B = suatu konstanta yang besarnya diperoleh pada waktu n = nt, dengan nt adalah tahun yang pada saat itu besarnya er telah ditargetkan. Untuk memudahkan perhitungan, persamaan (36)dilinierkan menjadi : ⎛ ER ⎞ ln ⎜ n ⎟ = b n + ln(ln(a)) ⎝ K ⎠ Apabila a telah didapat nt dan ERnt diketahui, dan k = 100 Maka ER untuk tahun-tahun yang akan datang bisa diperkirakan. Besarnya Rrn untuk tahun-tahun yang akan datang diperoleh melalui perhitungan regresi linier berdasarkan data historis tahuntahunh sebelumnya (minimal 5 tahun).

b.

Model Makro Perhitungan dengan model ini membutuhkan data historis minimal selama 10 tahun. Data historis yang dibutuhkan untuk menghitung keutuhan energi sektor rumah tangga ini adalah : Data historis konsumsi energi elektrik sektor rumah tangga, data historis pendapatan perkapita regional atau prduk domestik regional bruto (PDRB), dan data historiskemampuan penyediaan daya oleh PLN (VA). Dalam hal ini dianggap ada elastisitas antara kebutuhan energi elektrik sektor rumah tangga (RT) dengan pendapatan perkapita

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

219

(Power Pack) dan kemampuan penyediaan daya PLN (S). hal ini bisa dinyatakan dengan cara kurva dinamis : ε RT = art. (PP) rp . S ε rs atau In(RT) = In (art) + εrp. In (PP) + εrs. In(S) Dengan εrp dan εrs masing-masing adalah variabel bebas elastisitas RT terhadap p dan variabel bebas RT terhadap s, art = konstanta. Dengan menggunakan regresi linier majemuk maka εrp dan εrs bisa dicari. Selanjutnya jika laju pertumbuhan pendapatan perkapita (P) dan laju pertumbuhan kemampuan penyediaan daya PLN (s) diketahui maka laju pertumbuahn kebutuhan energi sektor rumah tangga (irt) bisa dinyatakan dengan : (37) irt = εrp . pada + εrs . s Sehingga kebutuhan energi elektrik sektor rumah tangga setiap tahun dapat diperoleh melalui : (38) RTn = RT0 (1 + irt)n Dengan RT0 adalah kebutuhan di taun awal pengamatan.

2.

Sektor Komersil Untuk melakukan peramalan kebutuhan energi elektrik sektor komersil bisa ditempuh beberapa cara, salah satunya adalah dengan menganggap bahwa ada hubungan elastisitas antara kebutuhan energi sektor komersil (KO) dengan kebutuhan energi sektor rumah tangga (RT) Elastisitas KO terhadap RT (εkr)dalam tulisan ini dapat dinyatakan dengan : ΔKO (rata − rata ) εkr = ko ΔRT (rata − rata ) RT Selanjutnya laju kebutuhan energi elektrik sektor komersil bisa dinyatakan dengan : (39) Iko = εkr . irt Dan kebutuhan energi elektrik sektor komersil bisa dinyatakan dengan : (40) KOn = kOn ( 1 + iko )n Dengan k0n adalah kebutuhan energi elektrik sektor komersil di tahun awal pengamatan. Prakiraan kebutuhan energi listrik konsumen komersil dengan mengasumsi bahwa ada hubungan elastisitas antara kebutuhan listrik

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

220

kosumen komersil dengan kebutuhan listrik konsumen rumah tangga hubungan demikian dinyatakan dalam perasamaan betikut: (41) Ko = ako . (RT) ε kr Dengan : ako = Konstanta RT = Konsumsi energi listrik Rumah Tangga εkr = Elastisitas Komersil terhadap Rumah Tangga Elastisitas dapat dihitung dengan regresi linear sederhana dan selanjutnya laju kebutuhan energi listrik konsumen komersil dinyatakan dengan (42) iko = εkr . irt sehingga kebutuhan listrik konsumen komersil setiap tahun bisa dihitung menurut persamaan 43. (43) Kon = Ko0 (1+iko) Dimana; Kon = Kebutuhan energi listrik konsumen Komersil pada tahun ke-n (kWh) Koo = Konsumsi energi listrik Komersil di tahun awal pengamatan (kWh) = Laju pertumbuhan kebutuhan energi listrik konsumen Komersil iko n = Tahun yang dilewati

3.

Sektor Publik Konsumen pada sektor ini adalah semua konsumen yang tidak termasuk kelompok rumah tangga, komersil dan industri. Yang dimaksud dengan konsumen sektor ini adalah kantor-kantor pemerintah, rumah sakit, rumah-rumah ibadah, sekolah-sekolah, badan-badan sosial, sekolah-sekolah, kantor-kantor pemerintah dan penerangan jalan. Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk meramalkan kebutuhan sektor ini. Dengan menganggap ada hubungan dan perbandingan yang tetap antara kebutuhan sektor publik (power pack) dengan sektor rumah tangga maka elastisitas antara kedua sektor ini bisa dinyatakan dengan : ΔPP (rata − rata ) εkr = PP ΔRT (rata − rata ) RT Selanjutnya jika kita laju kebutuhan energi sektor rumah tangga di ketahui maka laju pertumbuhan sektor publik dapat dinyatakan sebagai : ipp = εpr . irt (35) Dan kebutuhan energi elektrik sektor publik bisa dinyatakan dengan :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

221

PPn = PP0 (1+ ipp)n (44) Dengan pfo menyatakan kebutuhan energi elektrik sektor komersil di tahun awal pengamatan. Dengan mengasumsi ada hubungan antara kebutuhan konsumen publik dengan kebutuhan konsumen rumah tangga, maka elatisitas antara kedua konsumen (εpr) bisa dinyatakan : ε Pb = apb (RT) pr (45) εpr atau koefisien elastisitas konsumen publik terhadap konsumen rumah tangga bisa dihitung dengan menggunakan persamaan regresi linear sederhana. Jika pertumbuhan kebutuhan listrik rumah tangga (irt) diketahui maka laju pertumbuhan energi listrik konsumen publik dapat dinyatakan seperti persamaan 46. (46) ipb = εpr . irt Dan kebutuhan energi listrik konsumen publik setiap tahun bisa dihitung dengan : (47) Pbn = Pb0 (1 + ipb)n dimana: Pbn = Kebutuhan energi listrik konsumen Publik pada tahun ke-n (kWh) Pb0 = Konsumsi energi listrik Publik ditahun awal pengamatan (kWh) ipb = Laju pertumbuhan kebutuhan energi listrik konsumen Publik n = Tahun yang dilewati

4.

Sektor Industri Untuk menentukan kebutuhan energi listrik konsumen industri dalam hal ini didasarkan atas asumsi bahwa ada hubungan antara kebutuhan energi listrik industri dengan produk domestik regional bruto industri (PI) tersebut. Hubungan ini bisa dinyatakan dengan : ε In = aln (PI) ip (48) Dengan εip elastisitas konsumen industri terhadap PDRB industri. Jika pertumbuhan PDRB industri (ipi) diketahui, maka laju pertumbuhan energi listrik konsumen industri dapat dinyatakan dengan : (49) Iin = εip . ipi Dan kebutuhan energi listrik konsumen industri untuk setiap tahun dapat dihitung dengan persamaan berikut : (50) Inn = Ino (1 + iin)n Dimana : Inn = Kebutuhan energi listrik konsuzmen Industri pada tahun ke-n (kWh) Ino = Konsumsi energi listrik industri di awal tahun pengamatan (kWh) = Laju pertumbuhan kebutuhan energi listrik konsumen Industri iin

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

n

222

= Tahun yang dilewati

Untuk melakukan perhitungan kebutuhan energi elektrik sektor industri biasanya diawali dengan memisahkan kebutuhan dalam dua kelompok yakni kebutuhan yang telah tersambung dan kebutuhan baru karena adanya peralihan penyediaan energi sendiri di industri kepada penyediaan yang dikelola PLN. Dalam tulisan ini hnya dilakukan perhitungan kebutuhan berdasarkan data historis penyediaan energi oleh PLN. Hal ini dilakukan semata-mata untuk menyederhanakan perhitungan. Untuk menentukan kebutuhan energi sektor industri bisa dilakukan dengan beberapa cara. Dalam tulisan ini didasarkan atas anggapan bahwa ada hubungan antara kebutuhan energi elektrik sektor industri dengan PDRB sektor industri , yang dinyatakan dengan : b (51) IN = alp .(IP) Ip Dengan : IN = kebutuhan energi elektrik sektor industri (kWh) = konstanta aip PI = PDRB sektor industri (rupiah) = variable bebas elastisitas in terhadap pi bip Persamaan diatas dilinierkan menjadi : ln (lN) = ln adalahlp + blp (PI) Dengan menggunakan metoda regresi linier sederhana maka nilai bip bisa didapat. Selanjutnya jika pertumbuhan PDRB industri (ipi) diketahui, maka laju pertumbuahan energi elektrik sektor industri (iln) dapat dinyatakan dengan : (52) iln = bip . ipl Dan kebutuhan energi elektrik sektor industri setiap tahun bisa dinyatakan dengan : (kWh) (53) INn = INo ( 1 + iln ) Dengan Ino adalah kebutuhan energi elektrik sektor industri di tahun awal pengamatan.

5.

Kebutuhan Energi Elektrik Total Kebutuhan energi elektrik total (TOT) disa diperoleh dengan menjumlahkan kebutuhan keempat sektor : TOT = RT + KO + PP + IN (kWh) (54) Dan jika laju pertumbuahan kebutuhan energi elektrik total dianggap konstan, maka laju rata-ratanya adalah :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

223

TOT1 (55) −1 TOT0 Dengan TOTn dan TOTo masing-masing menyatakan kebutuhan energi elektrik total tahun ke-n dan kebutuhan energi elektrik total di tahuhn awal pengamatan.

itot =

6.

n

Peramalan Beban Setelah peramalan kebutuhan energi elektrik dilakukan dan aju pertumbuhannya dperoleh, maka langkah selanjutnya adalah meramalkan kondisi beban untuk beberapa tahun kedepan. Untuk meramalkan kondisi beban imasa yang akan datang bisa digunakan beberapa cara. Cara yang dignakan dalam tulisan ini adalah dengan mencari hubungan antara laju pertumbuhna penggunaan energi elektrik dengan laju pertumbuhan beban. Laju pertumbuhan kebutuhan energi elektrik mempunyai harga yang sama dengan pertumbuhan energi rata-rata, dengan demikian jika laju pertumbuan kebutuhan energi elektrik diketahui maka laju pertumbuhan beban rata-rata juga diketahui. Peramalan beban yang terpenting adalah peramalan beban puncak pada kurva beban, baik pada kurva beban harian, mingguan, bulanan dan seterusnya. Hubungan antar beban puncak (BP) dan beban rata-rata (BR) bisa dinyatakan dengan : BP(n ) (56) LF(n) = BR(n ) Dengan LF = menyatakan beban puncak dan n adalah tahun pengamatan pada kenyataan harga LF tidaklah konstan dari tahun ke tahun karena berubah-ubahnya bentuk kurva bebannya. Dalam hal ini PLN telah mentargetkan besarnya faktor beban untuk beberapa tahun yang akan datang. Apabila pertumbuhan faktor beban rata-rata tiap tauhn (mulai dari tahun awal perhitungan sampai tahun yang pada saat itu besarnya faktor beban telah ditargetkan) bisa dinyatakan dengan suatu formulasi matemasik, maka kondisi beban puncak tiap tahunpun bisa diramalkan. Jika faktor beban setiap tahun bisa dinyatakan dengan rumus berikut : LF(n) = LF(O) . (1 + a) n Dengan LF(n) = Faktor beban pada tahun a, dimana pada tahun tersebut besarnya faktor beban telah ditargetkan. LF(O) = Faktor beban diawal pengamatan α = Laju pertumbuhan faktor beban rata-rata mulai dari tahun awal pengamatan sampai pada tahun n.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

224

Besarnya beban puncak setiap tahun dan laju pertumbuhan bisanya bisa ditentukan jika persamaan beban rata-rata tiap tahun telah diperoleh. Karena pertumbuhan beban rata-ratapersis sama dengan pertumbuhan kebutuhan energi elektrik, maka beban ratarata tiap tahun bisa dinyatakan denga persamaan : BR(n) = BR(O) (1 + i ) n Dengan i menyatakan petumbuhan beban rata-rata tiap tahun atau pertumbuhan kebutuhan energi elektrik rata-rata tiap tahun.

H. Prakiraan Kebutuhan Energi Listrik 1.

Umum Prakiraan pada dasarnya ialah menduga lebih awal mengenai peristiwa atau keadaan diwaktu yang akan datang. Dalam kegiatan perencanaan, prakiraan merupakan kegiatan mula dari suatu proses perencanaan tersebut. Prakiraan dibidang tenaga listrik menduga suatu kebutuhan energi listrik (Watt jam) dan beban tenaga listrik (Watt). Hasil prakiraan ini dipergunakan untuk membuat rencana kebutuhan maupun pengembangan penyediaan tenaga listrik setiap saat secara cukup dan baik serta terus menerus. Dalam hal ini perlu disadari bahwa semakin jauh jangka waktu ke depan maka semakin sulit dan semakin ketidak pastian, tidak tentunya kejadian atau peristiwa terutama bila hal tersebut akan dinyatakan dalam angka-angka. Karena itu cara apapun (metode) yang digunakan hanya akan dapat memberikan suatu nilai perkiraan. Bagi negara-negara yang sedang berkembang dan sedang giatgiatnya membangun, maka pertumbuhan tenaga listrik, jelas akan besar dan cepat, sehingga perolehan prakiraan yang baik dan cepat, yaitu yang mendekati kebutuhan yang sebenarnya serta dapat disajikan sesuai waktu yang diperlukan. Akan sangat membantu dalam proses perencanaan. Sebagaimana yang diharapkan, bahwa berkembangnya beban listrik di suatu daerah sangat tergantung pada penduduk dan perkembangannya, indikator ekonomi dan data demografi di daerah tertentu tersebut.

2.

Metodologi Perkiraan Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menghitung prakiraan beban antara lain yaitu metode analitis, ekonometri dan gabungan. Setelah pemilihan metode lalu dilakukan pembuatan model yang akan mempresentasikan data dan informasi menjadi suatu fungsi matematis untuk menghitung proyeksi kebutuhan daya listrik. Dalam hal ini pendekatan yang digunakan dalam menghitung kebutuhan listrik

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

225

adalah dengan model yang meninjau secara umum (makro) dengan menyederhanakan variabel yang mempengaruhi penjualan energi listrik. Korelasi antara satu variabel dengan variabel yang lain merupakan informasi kuantitatif dengan menerapkan tiga konsdisi sebagai berikut ini : a. Tersedia informasi tentang masa lalu (historis), b. Informasi tersebut dapat dikuantitatifkan dalam bentuk data numerik, c. Dapat diasumsikan bahwa beberapa aspek pola masa lalu akan terus berlanjut di masa mendatang. Kondisi terakhir ini dikenal sebagai asumsi berkesinambungan (assumption of continuity).

a.

Metode Analisis Metode ini dibangun berdasarkan data dari analisa penggunaan akhir tenaga listrik pada setiap konsumen pemakai. perolehan data merupakan hasil survei ke lapangan. Pada umumnya data diperlukan ialah data yang memberi gambaran penggunaan peralatan listrik di masyarakat atau kemampuan masyarakat membeli peralatan listrik. Keuntungan metode ini ialah hasil prakiraan merupakan hasil simulasi dari penggunaan tenaga listrik dimasyarakat, sederhana dan mengurangi masalah validitas parameter model. Dan sebeliknya metode ini tidak tanggap terhadap perubahan parameter ekonomi, sebagai contoh pengaruh kenaikkan tarif listrik, pendapatan (PDRB) dan sebagainya.

b.

Metode Ekonometri Suatu metode yang dibangun dengan mengikuti idikatorindikator ekonomi. Prakiraan beban ini didasarkan adanya hubungan antara penjualan energi listrik dan beban puncak dengan beberapa variabel ekonomi seperti pendapatan (Produk Domestik regional Bruto), harga dan penggunaan peralatan listrik. Saling ketergantungan ini dapat di tulis secara matematis sebagai berikut; Penjualan atau beban puncak = f(pendapatan, harga dan penggunaan peralatan listrik) Metode ekonometri ini cocok diterapkan untuk suatu kasus, misalnya hanya berlaku untuk suatu daerah atau wilayah.

c.

Metode Gabungan Metode gabungan merupakan gabungan dan metode analitis dan ekonometri. Metode dikembangkan berdasarkan keadaan sosio

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

226

ekonomi dan penggunaan akhir tenaga listrik disuatu daerah atau wilayah.

d.

I.

Elastisitas Jika suatu fungsi dinyatakan sebagai berikut; y = f (x) (57) Persamaan 57 memiliki elastisitas yang menunjukan besar perubahan y akibat terjadi perubahan satu unit x. Perubahan dalam x merupakan suatu pertambahan dari x, ini dinyatakan oleh Δx. Dan juga y dalam Δy. Dan persamaan 57 dapat ditulis elastisitas y terhadap x adalah: Δy y (58) εyx = Δx x dalam hal ini Δy/y adalah rata-rata pertumbuhan dalam y, begitu juga Δx/x. jika Δx menuju ke 0 (Δx—0) maka menurut G.F. Leibniz; Lim Δy/Δx = dy/dx Δx – 0 Dari persamaan 58 εyx = Δy/Δx . x/y atau (59) εyx = dy/dx . x/y sebagai contoh, jika y = f(x) = axb maka elastisitas y terhadap x adalah b atau εyx = b. Untuk sebuah persamaan yang mempunyai lebih dan satu variabel bebas, fungsinya dapat dinyatakan: (60) y = a x1b1 x2b2 dimana : y = variabel tidak bebas x1,2 = variabel bebas a = konstanta b1 = elastisitas y terhadap x1 b2 = elastisitas y terhadap x2

METODA RAMALAN BEBAN SECARA SEKTORAL 1. Umum Yang dimaksud dengan peramalan beban adalah suatu perkiraan besarnya beban listrik diwaktu yang akan datang dengan melihat kecenderungan peningkatan beban listrik pada tahun-tahun sebelumnya.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

227

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

Dalam hal ini peramalan beban listrik pada masa yang akan datang sangat dibutuhkan untuk suatu analisa pengembangan / penambahan kapasitas pembangkit, sistem transmisi dan distribusi bagi pelayanan pada konsumen. Untuk meramalkan beban suatu sistem tenaga listrik, terlebih dahulu harus ditentukan karakteristik / kecenderungan dan pertumbuhan beban sistem tenaga listrik tersebut. Karakteristik ini didapat dengan menghubungkan kebutuhan energi listrik pertahun atau beban tersambung maupun jumlah langganan pada tahun sebelumnya dan sistem tenaga yang ditinjau. Pada umumnya kebutuhan energi listrik bagi negara-negara yang sedang berkembang mempunyai kecenderungan peningkatan pemakaian yang sangat tinggi. Pertumbuhan beban listrik tidaklah berdiri sendiri, tetapi ditunjang oleh pertumbuhan ekonomi, jumlah penduduk dan lain-lain. peramalan dalam studi ini dilakukan dengan metoda meramal secara sektoral, yaitu membagi beban menjadi empat sektor beban, sektor Rumah Tangga, Komersil, Industri dan Fasilitas Umum dengan mengamati pertumbuhan setiap sektor beban tersebut.

2.

Penggambaran Kurva Didalam praktek sering kita menjumpai suatu hubungan antara dua buah variabel, sebagai contoh : - penjualan tumbuh karena daya beli masyarakat meningkat. - pendapatan nasional meningkat karena investasi meningkat. Seringkali hubungan antara kedua variabel ini dinyatakan dengan suatu persamaan matematik. Untuk menentukan persamaan matematik itu langkah pertama adalah mengumpulkan data yang menunjukkan hubungan antara dua variabel itu misalnya kedua variabel itu disebut X1 dan Y1 ; X2 dan Y2 dan seterusnya. Selanjutnya titik-titik itu (X1 , Y1) dan (X2,Y2)….. (Xn,Yn) digambarkan pada sebuah susunan salib sumbu. Kumpulan titik ini dinamakan diagram penyebaran Dari diagram penyebaran ini umumnya dapat dibuat suatu kurva pendekatan.

(a). Linier

(b). Non linier Gambar 159. Kurva Pendekatan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

228

Kurva pendekatan dapat digolongkan dalam dua golongan yaitu, kurva yang linier (garis lurus) dan kurva non linier (tidak lurus), seperti diperlihatkan pada gambar 159 diatas.

3.

Kurva S Perkembangan beban pada suatu daerah membentuk pola tertentu yang disebut kurva S, seperti terlihat pada gambar 4.2. Dari gambar terlihat bahwa kurva perkembangan beban pada daerah yang sedang berkembang dapat didekati dengan bentuk 1inier atau eksponensial. Karena Kota Palembang dan kota-kota lainnya di Indonesia sedang dalam proses perkembangan, maka bentuk persamaan linier atau eksponensial dapat dipakai dalam meramalkan besarnya kebutuhan akan tenaga listrik di Kota Palembang. Cara ini digunakan dalam studi ini.

Gambar 160. Pola Perkembangan Beban Listrik Pada Suatu Daerah, Kurva S

4.

Analisis Kecenderungan (Trend) Analisa trend adalah cara mempelajari tata laku dari suatu objek dalam sederetan waktu, atau proses diwaktu yang lalu dan sekarang, kemudian membuat model matematiknya, sehingga tata laku yang akan datang dapat diketahui dari sekarang. Pendekatan yang mengikuti analisa trend dilakukan dengan pemasukan fungsi matematik kontiniu kedalam data aktual, untuk mendapatkan kesalahan terkecil. a.

Metode Kuadrat Terkecil Untuk Menentukan Trend Seperti kita ketahui trend linier dapat ditulis sebagai persamaan garis lurus Y = a + bx Dimana : Y = Variabel yang diramalkan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

229

x = Variabel waktu. a dan b = bilangan konstan Garis lurus yang dicari adalah garis lurus yang mendekati titik-titik dari data historis. Untuk mencari garis lurus tersebut kita perlu mencari besaran harga a dan b, besaran tersebut merupakan nilai konstan yang tidak berubah-ubah didalam penganalisaan yang dilakukan. Artinya bila diperoleh nilai atau besaran a dan b, maka untuk setiap nilai x atau variabel akan dapat ditentukan / diperoleh besaran Y atau variabel yang dicari untuk nilai X tersebut. Terdapat beberapa teknik dan metoda yang dapat dipergunakan untuk mencari atau meramalkan nilai a dan b dalam hubungan fungsional dari persamaan Y = a + bx, pada prinsipnya teknik dan metoda yang ada mendasarkan proses analisanya pada usaha untuk rnendapatkan suatu garis lurus yang tepat melalui atau mendekati titik-titik yang berserakan (scatter) dari data observasi. Garis tersebut dinyatakan sebagai berikut : (61) Yˆ = a + bx Kesalahan ramalan yang terdapat adalah : (62) ei = Yi - Yˆ sedangkan penyimpangan atau deviasi ramalan adalah : (63) d = Yi - Y Dalam hal ini Y adalah nilal yang diramalkan, x adalah Variabel yang mempengaruhi atau variabel bebas, e adalah nilai kesalahan ramalan, dan d adalah penyimpangan atau deviasi, Y adalah nilai observasi dan Y adalah rata-rata dari nilai observasi, selisih nilai ramalan dan nilai observasi rata-rata adalah : Y-Y yang merupakan besaran yang ditunjukkan atau diterangkan dengan terdapatnya garis yang melalui atau mendekati titik dari data observasi. Seperti yang telah diuraikan diatas usaha yang dilakukan untuk mendapatkan garis yang tepat untuk ramalan adalah meminimalisasikan kesalahan ramalan. Kesalahan ramalan diminimalisasikan dengan cara mengambil turunan parsial atau partial derivative dan jumlah kesalahan ramalan, dan kemudian menyamakannya dengan nol. Proses pengerjaannya adalah sebagai berikut : 2 (64) ∑ e2 = ∑ Y − Yˆ i

(

i

i

)

dimana dari persamaan (4.1) diketahui. Y = a + bx, sehingga dengan pensubstitusian diperoleh : 2 (65) ∑ ei2 = ∑ (Yi − a − bxi ) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

230

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

∂ (∑ ei )

2

a

= −2∑ (Yi − a − bxi ) = 0

(66)

∂ (∑ ei )

2

= −2∑ xi (Yi − a − bxi ) = 0 (67) b Dari persamaan (4.6) dan (4.7) dapat diperoleh hasil persamaan dibawah ini, yang merupakan formula umum dari teknik dan metoda yang disebut kuadrat terkecil (lest square). Kedua persamaan tersebut adalah : (68) ∑ Yi = na + b∑ xi

∑ xY

i i

= a ∑ xi + b∑ xi2

(69)

Nilai-ni1ai a dan b dapat diperoleh dengan pemecahan secara simultan dari kedua persamaan (4.8) dan (4.9) nilai a dan b dapat diperoleh : ∑ yi − b ∑ xi a= (70) n n Atau: a = y − bx Dan: n∑ xi yi − ∑ xi ∑ yi (71) b= 2 n∑ xi2 − (∑ xi ) atau: n∑ xi yi − x∑ yi (72) b= ∑ xi2 − x∑ yi Metode ini dipakai dalam meramalkan pertumbuhan jumlah langganan, beban tersambung dimasa yang akan datang. b.

Trend Eksponensial Trend eksponensial adalah menggambarkan tingkat pertumbuhan yang bertambah dengan cepat sekali, bentuk persamaan adalah sebagat berikut : Y = abx Ada beberapa jenis trend yang tidak linier akan tetapi dapat dibuat linier, dengan jalan melakukan transformasi (perubahan bentuk), seperti dalam membuat ramalan jumlah penduduk ,konsumsi energi listrik, faktor beban dan lain-lain. Dalam studi ini dilakukan peramalan dengan persamaan : n pn = p0 (1 + α ) (73)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

231

Dimana : Pn = data tahun terakhir.. P0 = Data pada tahun permulaan. α = tingkat kenaikan/pertumbuhan. n = jumlah interval tahun. Rumus tersebut pada hakekatnya sama dengan rumus Y = abX. untuk: Y = Pn ; a = Po ; b = (1 + α) dan x = n. Untuk mengadakan ramalan di tahun yang akan datang maka rumus ; Pn = Po (1 + α )n dapat diubah menjadi : p (74) α = n n −1 p0 Rumus ini adalah rumus rata-rata ukur (geometric mean). Trend eksponensial pada studi ini digunakan untuk meramalkan jumlah penduduk, GDP, konsumsi energi listrik, faktor beban dimana perkembangannya secara geometris (berkembang dengan cepat). c.

Trend Gompertz Trend ini biasanya digunakan untuk mewakili data yang menggambarkan perkembangan / pertumbuhan yang mula-mula tumbuh dengan cepat sekali akan tetapi lambat laun agak lambat, kecepatan pertumbuhannya makin berkurang sampai tercapai suatu titik jenuh (saturation point). Rumusnya adalah : x y = a × bc atau log Y = log a + (log b)(c)x Bentuk kurvanya sebagai berikut :

Gambar 161. Kurva Trend Gompertz

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

232

dimana : a = menunjukkan harga batas atau asimtot. b = menunjukkan rasio yang konstan. c = menunjukkan tingkat pertumbuhan. Sebelum titik B, tingkat pertumbuhan terjadi cepat sekali setelah titik B, tingkat kenaikan tersebut berangsur-angsur menurun ketika mendekati nilai a. Bilangan konstanta a,b, dan c dapat dicari dengan cara menggunakan seperti trend yang dirubah, yaitu dengan memilih beberapa titik. Trend Gompertz ini sangat cocok di terapkan dalam meramalkan Rasio Elektrifikasi dimasa yang akan datang, karena rasio elektrifikasi berkembang sangat cepat sekali pada saat sekarang, dan akan mencapai suatu harga kejenuhan di waktu yang akan datang.

J.

DEFINISI DAN ISTILAH 1. Beban Tersambung Adalah jumlah daya dalam kilowatt (kW) dari semua lampu penerangan dan peralatan pelanggan : 2.

Permintaan Maksimal adalah beban maksimal yang dipakai oleh pelanggan pada setiap/suatu waktu. Jika semua lampu penerangan serta semua peralatan yang ada pada semua pelanggan dinyalakan/dihidupkan secara bersama-sama maka kebutuhan maksimal akan sama dengan beban tersambung. Tetapi biasanya kebutuhan maksimal yang sesungguhnya lebih kecil dari beban tersambung, karena semua lampu-penerangan dan peralatan termaksud tidak pernah dihidupkan/dinyalakan secara bersamaan. Kebutuhan maksimal suatu stasiun pembangkit adalah beban maksimal pada stasiun pembangkit pada suatu periode tertentu. Faktor Kebutuhan/Permintaan (Demand Factor) per min taanmaksimal Faktor Permintaan = (75) bebanmaksimal

3.

Kurva Beban Kurva Beban adalah grafik/kurva yang menunjukkan hubungan antara beban (kW) dan waktu (jam). Ada bermacam-macam bentuk kurva beban:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

233

Kalau kurva itu diplot untuk selama 24 jam atau selama satu hari maka disebut kurva-beban-harian, kalau untuk selama satu tahun (8760 jam) mak disebut kurva-beban-tahunan. Daerah dibawah kurva beban merupakan energi yang dibangkitkan/dihasilkan dalam jangka waktu yang dimaksud. Luas daerah dibawah kurva beban dibagi jumlah waklu yang borsangkutan akan menghasilkan beban rata pada stasiun pembangkit. Kurva Beban memberikan informasi lengkap tentang beban yang akan datang dan dapat pula rnembantu untuk menentukan kapasitas terpasang dari stasiun pembangkit. Kurva beban juga dapat membantu untuk membuat estimasi mengenai “biaya-pembangkit” serta untuk menentukan skedul operasi, yaitu untuk mengatur ”giliran” kapan kita hidupkan dari beberapa pembangkit tenaga.

Gambar 162. Kurva Beban

4.

Faktor Beban Faktor beban adalah perbandingan / ratio antara beban rata-rata dan permintaan maksimal. Faktor beban memegang peranan penting dalam biaya. Pembangkit tenaga per unit penbangkit tenaga. Makin tinggi faktor beban makin rendah biaya-pembangkit per unit alat untuk permintaan (demand) maksimal yang sama.

5.

Pembangkit-tenaga beban-pokok dan Pembangkit-tenaga bebanterbesar Pembangkit tenaga bekerja pada faktor-beban yang berbeda-beda. Pembangkit yang mensuplai beban-pokok (base load) disebut pembangkit beban pokok Pembangkit-beban-pokok bekerja sepanjang tahun, berkapasitas besar dan bekerja dengan faktor beban yang tinggi, bekerja sangat efisien. Biaya tetap dan biaya semi-tetapnya untuk pembangkit ini biasanya tinggi.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

234

Dalam periode-waktu yang relati kecil dalam satu tahun dan bekerja pada faktor beban yang rendah. Pembangkit ini harus mampu start dengan cepat. Stasiun pembangkit tenaga-air dan tenaga nuklir biasanya diklasifikasikan sebagai pembangkit Beban-Pokok. Stasiun pembangkit tenaga-panas biasanya merupakan pembangkit tenaga-menengah, artinya bisa merupakan pembangkit yang bisa melayani Beban-Pokok ataupun Beban-Terbesar. Sedangkan pembangkit tenaga diesel merupakan pembangkit tenaga Beban-Terbesar. Sistim operasi-kerja beberapa pembangkit serta koordinasi pembangkit tenaga-listrik akan dapat menghasilkan penghematan biaya yang sangat berarti jika dibandingkan dengan pembangkit tenaga-listrik dari satu unit besar, dengan syarat bahwa bebannya sama. 6.

Faktor Kapasitas Sistim-Pembangkit Faktor kapasitas adalah pembanding/ratio dari Energi Aktual yang dlihasilkan (kWh) kilowatt-jam dengan Energi Maksimal yang mungkin dapat dihasilkan oleh pembangkit selama periode waktu yang sama. E (76) Faktor Kapasitas Pembangkit = C ×t Dimana : E = energi yang dihasilkan (kWh) dalam suatu periode tertentu C = kapasitas pembangkit (kW) t = Total jam dalam periode waktu tersebut.

7.

Faktor Penggunaan Pembangkit Faktor Penggunaan Pembangkit adalah perbandingan/ratio energi yang dihasilkan pada periode waktu tertentu dengan enargi maksimal yang mungkin dapat dihasilkan selama jam operasi aktual dari pembangkit.

8.

Faktor Diversitas Faktor diversitas adalah perbandingan/ratio antara Jumlah Permintaan Maksimal dengan Permintaan Maksimal secara simultan dari sutau sistim. Biasanya Permintaan-permintaan Maksimal dari bermacam-macam pelanggan tidak timbul bersamaan dan Permintaan Maksimal secara Simultan lebih kecil dari Total Permintaan Maksimalnya. Stasiun Pembangkit harus mampu mensuplai Permintaan Maksimal Simultan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

235

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

Tabel 16. Faktor Permintaan untuk beberapa tipe Pelanggan Tipe Pelanggan : - sampai1/4 kW -1/2 sampai1/4 kW - lebih dari 1 kW Penerangan : - sekolah-sekolah, hotel (komersial) - industri kecil, teater - instaurant, kantor, toko Pelayanan tenaga : - sampai 10 HP (umum) - 10 sampai 20 HP - 20 sampai 100 HP - diatas 100 HP Penerangan (Tahanan)

Faktor permintaan 1.00 0.60 0.50 0.55 0.65 0.70 0.75 0.65 0.55 0.50

Tabel 17. Faktor Diversitas Tipe Pelanggan Antar sub-stasiun Antar pengumpan (feeder) Antar transformator Antar pelanggan

9.

Penerangan (rumah) 1.1 1.2 1.3 1.5

Faktor Diversitas Penerangan Pelayanan tenaga (komersil) (umum) 1.1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.3 1.5 1.5

Kurva Waktu Beban (Kurva Durasi-Beban) Kurva waktu-beban menunjukkan urutan besarnya beban dan lama waktu pengaruh beban dari beban terbesar sampai yang terkecil selama 24 jam, jadi merupakan grafik yang menurun. Tetapi grafik ini diambilkan grafik-chronologis yaitu grafik yang menunjukkan beban-beban dari jam 6 pagi sampai jam 6 pagi lagi, menurut kenyataannya. (grafik 163) Kalau dari grafik-chronologis kita urutkan dari beban terbesar, sesuai dengan lamanya beban itu bekerja, sampai yang terkecil, maka grafik yang kita peroleh diramalka Kurva Waktu-Beban atau Kurva Durasi-Beban. Luas dibawah garis pada Grafik Chronologis dan Grafik Durasi tentunya sama dan menggambarkan jumlah energi selama 24 jam yang dihasilka oleh pembangkit. Kurva Durasi-Beban membantu kita untuk memilih/mengopersikan genset secara ekonomis. Untuk memilih beban pokok (beban-dasar) dan beban terbesar (peak load) menjadi lebih mudah.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

236

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

Gambar 163. Grafik Chronologis dan Grafik Durasi

10. Pembagian Beban-Ekonomis antara Stasiun-stasiun Pembangkit dengan Beban-Pokok dan Beban-Terbesar (Peak Load) Misalkan suatu stasiun-pembangkit mempunyai Kurva-DurasiBeban seperti gambar 164 dibawah ini.

Beban itu di suply oleh pembangkit beban pokok dan pembangkit beban terbesar

Gambar 164. Kurva-Durasi-Beban

Misalkan : C1 = biaya tahunan dari pembangkit beban-pokok C2 = biaya-tahunan dari pembangkit beban-terbesar C1 = R1 . kW + P1 . kWh C2 = R2 . kW + P2 . kWh M1 M2 E2 C1

= Beban terbesar dari pembangkit Beban-Pokok = Beban Terbesar dari pembangkit Beban Terbesar = M – M1 = Jumlah unit (kWh)yang dibangkitkan oleh pembangkit BebanTeratas = E – E1 = R1 . M1 + P1 . E1

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

237

C2 C C

= R2 (M – M1) + P2 (E – E1) = Biaya Total Tahunan operasi sistem secara keseluruhan = C1 + C2 = R1 . M1 + P1 . E1 + R2 (M – M1) + P2 (E – E1) Biaya nominalnya akan menjadi sebagai berikut : dC =0 dM 1 dE dE1 .R 2.P 2 = R1 + P1 dM 1 dM 1 dE R1.R 2 ( jam ) = dM 1 P 2.P1 E1 jumlah unit yang dibngkitkn oleh pembangkit beban-pokok digambarkan sebagai luas dibawah garis AB. dE1 = luas yang diarsir ABCD = dM1 x AB dE1 R1.R 2 Jadi AB = (77) = dM 1 P1.P 2 Ini menunjukkan bahwa untuk pembagian yang ekonomis, pembangkit beban terbesar harus beroperaswi selama : R1.R 2 jam / tahun P 2.P1 Beban dapat dibeda-bedakan sebagai berikut : 1. Beban untuk perumahan Beban untuk perumahan termasuk didilamnya penerngan rumah tangga listrik untuk alat—alat dn perlengkapan rumah tangga (radio, televisi, pompa air, alat pemanas air, kulkas, frezer, alat penanak nasi dan lain-lain). 2.

3.

4.

Beban untuk perdagangan Beban untuk perdagangan diantaranya penerangan untuk toko, kantor, dagang, adpertensi, alat-alat untuk toko, restaurant dan lainlain. Beban untuk industri Bebanindustri adalah semua beban yang digunakan pada industri kecil, sedang maupun besar. Beban untuk pelayanan kota Beban untuk pelayanaan kota terdiri dari penerangan jalanjalan,tenaga listrik yang digunakan untuk air bersih dan drainase kota.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

5. 6.

238

Beban untuk keperluan irigasi Beban untuk irigasi adalah tenaga yang diperlukan untuk pompapompaair irigasi. Beban untuk keperluan transportasi Beban untuk transportasi adalah tenaga yang digunakan pada trem listrik bus-troli (bus listrik) dan Kereta listrik.

K. BIAYA ENERGI LISTRIK Biaya total energi listrik yang dibangkitkan oleh stasiun pembangkit terdiri dari : 1. Biaya Tetap a. Biaya Modal, terdiri dari : 1. Harga Tanah 2. Harga Bangunan 3. Harga Peralatan 4. Biaya Instalasi 5. Biaya Perencanaan dan Disain b.

Biaya Modal Sistem Distribusi Primer yang terdiri dari : 1. Biaya Sub-Stasiun, 2. Biaya Jaringan Transmisi dan lain-lain. 3. Bunga Modal, Asuransi, Pajak 4. Biaya Pengelolaan dan pemeliharaan 5 Biaya Depresiasi (Penyusutan) Tiap-tiap tahun selama umur ekonomis pembangkit untuk mengganti penyusutan mesin-mesin karena operasi dan umurnya, karena rusak dan aus. Biaya depresiasi yang dikumpulkan tiap-tiap tahun membantu lancarnya pelaksanaan penggantian suku cadang dan perbaikan mesin. Ada beberapa metode untuk menghitungbiaya depresiasi per tahun. a. Metode Garis-Lurus (Straight Line) b. Metode Pengumpulan-Biaya (Sinking Fund)

1). Metode Garis Lurus Menurut metoda ini depresiasi dianggap menurun menurut garis lurus. P.S Depresiasi Tahunan A = (78) n Dimana, P = Biaya Modal Pembangkit S = Nilai Sisa (Salvage Value) n = Umur Ekonomis Pembangkit DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

239

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

(a)

(b)

Gambar 165. Grafik Metode Garis Lurus dan Metode Pengumpulan Biaya

Tiap bunga modal yang dikumpulkan untuk depresiasi dinyatakan sebagai penghasilan.

2). Metoda Pengumpulan-Biaya (Sinking Fund) Dalam metoda ini Biaya-Tahunan yang disisihkan untuk Depresiasi, disamping dari biaya-instalasi pembangkit secara keseluruhan, masih ditambahkan (“dikumpulkan”) biya dari bung-modal dari seluruh biaya pembangkit termaksud. Depresiasi tahunan akan menjadi sebagai berikut ; ⎤ ⎡ r A = (P.S )⎢ (79) ⎥ n ⎣ (1 + r ) − 1⎦ Dimana : r = suku bunga majemuk P = Biaya modal pembangkit S = Nilai Sisa n = umur ekonomis alat A = Depresiasi Tahunan Depresiasi Tahunan setelah 1 tahun = A + A.r =A(1+r) Depresiasi Tahunan setelah 2 tahun = [A (1+r)] + [A (1 + r) x r] = A (1 + r)2 Besarnya A yang disisihkan sesudah 1 tahun akan memperoleh bunga untuk (n-1) tahun. Jadi, jumlah A yang diperoleh bersama-sama dengan bunga yang “dikumpulkan” adalah harus sama dengan (P-S). Pada tahun ke-n akan menjadi : (P-S) = A+A (1+r) + (1+r)2 ……..+ A (1+r)n.1

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

240

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

(P-S) = A[1+(1+r)+(1+r)2 ……….+(1+r)n.1] Ringkasan dari persamaan tersebut : r(P.S) = A[(1+r)n-1] ⎤ ⎡ r A = (P.S )⎢ ⎥ n ⎣ (1 + r ) − 1⎦

(80)

2.

Biaya Energi Biaya Energi atau Biaya Operasi Terdiei dari : a. Biaya Bahan Bakar b. Biaya Tenaga Kerja yang beroperasi c. Biaya pemiliharaan dan material d. Biaya Suplai, misalnya : Air untuk boiler, kondensator dan keperluan lain-lain a. Minyak-minyak pelumas b. Bahan-bahan kimia untuk pemrosesan air (water treatment)

3.

Biaya Beban Pelanggan a. Biaya ini tergantung dari banyaknya pelanggan. Biaya yang termasuk kedalamnya diantaranya : b. Biaya modal untuk sistem distribusi skunder, depresiasi, pajak dan bunga modal. c. Biaya inspeksi/pengawasan dan pemiliharaan jaringan distribusi dan transformator. d. Biaya tenaga kerja untuk pembacaan meter-meter dan pekerja kantor. e. Biaya pulisitas/iklan.

4.

Keuntungan Investor Tentu saja investor menghendaki pengembalian modal dan keuntungan yang layak dari investasi modal. Besarnya suku-suku keuntungan berlain-lainan sesuai dengan pertimbangan bisnis dan tempat investasi.

5.

Energi Didalam menentukan Tarif Energi untuk pemakaian listrik pertimbangan yang layak agak berlain-lainnan. Disarankan untuk membebani pelanggan dengan tarif energi sesuai dengan permintaan maksimalnya(kW) dan energi yang digunakan (kWh). Didalam tarif harus sudah diperhitungkan : a. Biaya Tetap b. Biaya Opersi dan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

241

Keuntungan Tarif yang ditentukan seyogyanya : a. Mudah dimengerti b. Menjadi relatif murah untuk pemakaian energi yang banyak c. Memungkinkan pelanggan mempunyai “faktor beban” yang tinggi d. Harus diperhitungkan mengenai tarif kebutuhan maksimal dan tari energi e. Untuk sambungan tenaga seharusnya lebih murah dari pada sambungan untuk penerangan f. Seharusnya tidak ada hal-hal yang menyulitkan unutk sambungansambungan kabel dan meter-meter

6.

Tipe Tarif Ada beberapa tipe tarif, yaitu : a. Suku Tarif Permintaan yang rata (datar) b. Suku Tarif Meter menurut garis lurus c. Suku Tarif Meter Berjenjang d. Suku Tarif Blok e. Suku Tarif Dua Bagian f. Suku Tarif Tiga Bagian Selama tarif tersebut dapat diperoleh dari persamaan berikut ini : Y = DX + EZ + C (81) Dimana : Y = jumlah tagihan selama periode waktu tertentu Z = energi yang dipakai(kWh) selama periode tertentu C = jumlah tetap yang ditagihkan kepada pelanggan selama satu masa tagihan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

242

Gambar 166. Grafik Energi yang digunakan

Keterangan-keterangan mengenai tipe tarif : a. Suku tarif permintaan tetap (datar) Tarif ini didasarkan pada jumlah lampu yang dipasang dan jumlah jam penggunaan per bulan atau per tahun. Besarnya tarif dinyatakan sebagai suatu biaya per lampu atau per unit pemakaian (kW) oleh pelanggan. Tarif energi semacam ini memungkinkan untuk tidak usah memakai peralatan meteran. Dalam tarif ini jumlah biaya yang dibebankan kepada pelanggan tergantung dari energi yang dipakai pelanggan (kWh) yang direcord dengan peralatan meteran kilowatt-jam. Keuntungan-keuntungan dari tarif ini adalah :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

243

1). Untuk pelanggan-pelanggan yang sama sekali tidak menggunakan energi tidak akan membayar apapun, meskipun sebenarnya pelanggan harus membayar sebagian biaya pembangunan pembangkit tersebut. 2). Karena biaya per kWh tetap, tarif ini tidak memungkinkan pelanggan untuk menggunakan tambahan tenaga. b.

Suku Tarif Meter Panjang Menurut tarfi ini, tagihan unutk penggunaan energi akan semakin menurun dengan semakin naiknya penggunaan energi. Y = EZ kalau 0
c.

Suku Tarif Blok Menurut tarif ini, sutu harga per unit (kWh) tertentu ditentukan unutk semua bagian dari blok termaksud dari unit tersebut dan untuk blok energi yang “berhasil”, maka tagiahan biaya akan lebih kecil. Y = E1Z1 + E2Z2 + E3Z3 +…….. (82) Dimana : E1E2E3 ……. tagihan unit energi Z1Z2Z3 ......... blok energi yang bersangkutan

d.

Listrik (suku tarif berdasarkan permintaan menurut hopkinson) Sesuai dengan tarif ini : tagihan total didasarkan pada permintaan (demand) maksimal dan energi yang dikonsumsikan, yang digunakan Y = DX+EZ (83) Suatu meteran tambahan diperlukan untuk merekord permintaan maksimal. Tarif ini digunakan untuk beban industri.

e.

Suku Tarif Tiga Bagian (tarif Doherty) Menurut tarif ini : pelanggan membayar suatu jumlah tetap tertentu sebagia ntambahan dari tagihan/biaya untuk permintaan maksimal dan energi yang telah digunakan. Biaya tetap itu sangat tergantung kepada kenaikan harga bahan bakar, kenaikan upah kerja dan sebagainya. Y = D.X + E.Z + C (84) Tampilan pembangkit (performance) dan kharakteristika operasi pembangkit Boiler, turbin, generator harus bekerja secara efisien. Beberapa kurva diperlukan untuk memantau tampilannya atau

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

ANALISIS PERAMALAN BEBAN DAN KEBUTHAN ENERGI LISTRIK

244

“performance”nya. Adapun kurva-kirva tersebut adalah kurva input-output Tampilan suatu stasiun pembangkit dapat dinyatakan lewat kurva input-output yang secara grafis menunjukkan hubungan antara output (L) dan input (I). Input biasanya dinyatakan daalam juaan Btu/jam, dan Output atau beban dinyatakan dalam (megawatt). Input untuk PLTA (tenaga air) biasanya dinyatakan dalam (cusecs) biasanya ditulis (m3/detik).



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

BAB 13 ANALISIS GANGGUAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI

A. Pendahuluan Tenaga listrik disalurkan ke masyarakat melalui jaringan distribusi. Oleh sebab itu jaringan distribusi merupakan bagian jaringan listrik yang paling dekat dengan masyarakat. Jaringan distribusi dikelompokkan menjadi dua, yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 kV, 12 kV, 6 KV. Pada saat ini, tegangan distribusi primer yang cenderung dikembangkan oleh PLN adalah 20 kV. Tegangan pada jaringan distribusi primer, diturunkan oleh gardu distribusi menjadi tegangan rendah yang besarnya adalah 380/220 V, dan disalurkan kembali melalui jaringan tegangan rendah kepada konsumen. Dalam operasi sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan - gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik ke konsumen. Gangguan adalah penghalang dari suatu sistem yang sedang beroperasi atau suatu keadaan dari sistem penyaluran tenaga listrik yang menyimpang dari kondisi normal. Suatu gangguan di dalam peralatan listrik didefinisikan sebagai terjadinya suatu kerusakan di dalam jaringan listrik yang menyebabkan aliran arus listrik keluar dari saluran yang seharusnya. Berdasarkan ANSI/IEEE Std. 100-1992 gangguan didefenisikan sebagai suatu kondisi fisis yang disebabkan kegagalan suatu perangkat, komponen atau suatu elemen untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Gangguan hampir selalu ditimbulkan oleh hubung singkat antar fase atau hubung singkat fase ke tanah. Suatu gangguan hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi. Istilah gangguan identik dengan hubung singkat, sesuai standart ANSI/IEEE Std. 100-1992. Hubung singkat merupakan suatu hubungan abnormal (termasuk busur api) pada impedansi yang relatif rendah terjadi secara kebetulan atau disengaja antara dua titik yang mempunyai potensial yang berbeda. Istilah gangguan atau gangguan hubung singkat digunakan untuk menjelaskan suatu hubungan singkat. Tujuan menganalisis gangguan pada jaringan distribusi adalah : 1. Untuk menentukan arus maksimum dan minimum hubung singkat tiga fasa 2. Untuk menentukan arus gangguan tak simetris bagi gangguan satu dan dua line ke tanah, gangguan line ke line, dan rangkaian terbuka. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

245

3. 4. 5.

Penyelidikan operasi rele-rele proteksi Untuk menentukan kapasitas pemutus dari circuit breaker Untuk menentukan distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan busbar selama gangguan. (Weedy, 1988 : 299) Berdasarkan studi yang telah dilakukan EPRI (Burke and Lawrence, 1984; EPRI 1209-1, 1983) bahwa penyebab terjadinya gangguan permanen pada jaringan distribusi seperti gambar 167 berikut.

Gambar 167. Persentase gangguan berdasarkan sebab

Hampir 40% dari gangguan yang diteliti, terjadi pada priode cuaca yang tidak menguntungkan seperti : cuaca hujan, dingin dan salju. Gangguan distribusi terjadi pada satu fase, dua fase atau ketiga fasenya. Hal ini sebabkan bahwa hampir sebagian besar dari panjang saluran distribusi adalah saluran satu fase, setiap gangguan satu fasa hanya mencakup bagian satu fase. Begitu juga bagian tiga fase, beberapa jenis gangguan cenderung terjadi dari fase ke tanah. Gangguan yang disebabkan oleh peralatan dan hewan cenderung terjadi dari fase ke tanah. Pohon juga dapat menyebabkan gangguan satu fase ke tanah pada sistem tiga fase, tetapi gangguan fase-fase lebih sering terjadi. Gangguan petir cenderung menyebabkan gangguan dua atau tiga fase ke tanah pada sistem tiga fase. Gangguan-gangguan tersebut menyebabkan terjadinya : 1. Menginterupsi kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen apabi1a gangguan itu sampai menyebabkan terputusnya suatu rangkaian (sircuit) atau menyebabkan keluarnya satu unit pembangkit . 2. Penurunan tegangan yang cukup besar menyebabkan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

246

3. 4.

Pengurangan stabilitas sistim dan menyebabkan jatuhnya generator. Merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan itu.

Gangguan terdiri dari gangguan temporer atau permanent, rata-rata jumlah gangguan temporer lebih tinggi dibandingkan gangguan permanent. Kebanyakan gangguan temporer di amankan dengan circuit breaker (CB) atau pengaman lainnya. Gangguan permanent adalah gangguan yang menyebabkan kerusakan permanent pada sistem. Seperti kegagalan isolator, kerusakan penghantar, kerusakan pada peralatan seperti transformator atau kapasitor. Pada saluran bawah tanah hampir semua gangguan adalah gangguan permanen. Kebanyakan gangguan peralatan akan menyebabkan hubung singkat. Gangguan permanen hampir semuanya menyebabkan pemutusan/gangguan pada konsumen. Untuk melindungi jaringan dari gangguan digunakan fuse, recloser atau CB.

B. Jenis Gangguan Pada dasarnya gangguan yang sering terjadi pada sistem distribusi saluran 20 kV dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu gangguan dari dalam sistem dan gangguan dari luar sistem. Gangguan yang berasal dari luar sistem disebabkan oleh sentuhan daun/pohon pada penghantar, sambaran petir, manusia, binatang, cuaca dan lain-lain. Sedangkan gangguan yang datang dari dalam sistem dapat berupa kegagalan dari fungsi peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan pemutus beban dan kesalahan pada alat pendeteksi. Klasifikasi gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi (Hutauruk, 1987 : 4) adalah : a. Dari jenis gangguannya :. 1) Gangguan dua fasa atau tiga fasa melalui hubungan tanah 2) Gangguan fasa ke fasa 3) Gangguan dua fasa ke tanah 4) Gangguan satu fasa ke tanah atau gangguan tanah b. Dari lamanya gangguan 1) Gangguan permanen 2) Gangguan temporer a.

Gangguan yang bersifat temporer Gangguan yang bersifat temporer ini apabila terjadi gangguan, maka gangguan tersebut tidak akan lama dan dapat normal kembali. Gangguan ini dapat hilang dengan sendirinya atau dengan memutus sesaat bagian yang terganggu dari sumber tegangannya. Kemudian disusul dengan penutupan kembali peralatan hubungnya. Apabila

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

247

ganggguan temporer sering terjadi dapat menimbulkan kerusakan pada peralatan dan akhirnya menimbulkan gangguan yang bersifat permanen. Salah satu contoh gangguan yang bersifat temporer adalah gangguan akibat sentuhan pohon yang tumbuh disekitar jaringan, akibat binatang seperti burung kelelawar, ular dan layangan. Gangguan ini dapat hilang dengan sendirinya yang disusul dengan penutupan kembali peralatan hubungnya. Apabila ganggguan temporer sering terjadi maka hal tersebut akan menimbulkan kerusakan pada peralatan dan akhirnya menimbulkan gangguan yang bersifat permanen. b.

Gangguan yang bersifat permanen Gangguan permanen tidak akan dapat hilang sebelum penyebab gangguan dihilangkan terlebih dahulu. Gangguan yang bersifat permanen dapat disebabkan oleh kerusakan peralatan, sehinggga gangguan ini baru hilang setelah kerusakan ini diperbaiki atau karena ada sesuatu yang mengganggu secara permanen. Untuk membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan atau menyingkirkan penyebab gangguan tersebut. Terjadinya gangguan ditandai dengan jatuhnya pemutus tenaga, untuk mengatasinya operator memasukkan tenaga secara manual. Contoh gangguan ini yaitu adanya kawat yang putus, terjadinya gangguan hubung singkat, dahan yang menimpa kawat phasa dari saluran udara, adanya kawat yang putus, dan terjadinya gangguan hubung singkat.

C. Penyebab Gangguan Gangguan biasanya diakibatkan oleh kegagalan isolasi di antara penghantar phasa atau antara penghantar phasa dangan tanah. Secara nyata kegagalan isolasi dapat menghasilkan beberapa efek pada sistem yaitu menghasilkan arus yang cukup besar, atau mengakibatkan adanya impedansi diantara konduktor phasa atau antara penghantar phasa dan tanah. Penyebab terjadinya gangguan pada jaringan distribusi disebabkan karena (Hutauruk, 1987 : 3): a. kesalahan mekanis b. kesalahan thermis c. karena tegangan lebih d. karena material yang cacat atau rusak e. gangguan hubung singkat f. konduktor putus Faktor-faktor penyebab terjadinya gangguan pada jaringan distribusi adalah karena (Hutauruk, 1987 : 4): a. Surja petir atau surja hubung b. Burung atau daun-daun DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

248

c. d. e. f.

Polusi debu Pohon-pohon yang tumbuh di dekat jaringan Keretakan pada isolator Andongan yang terlalu kendor Secara umum gangguan dibedakan pada dua kondisi tegangan saat terjadinya gangguan, yaitu gangguan terjadi pada tegangan normal dan gangguan terjadi pada tegangan lebih. 1.

Gangguan Terjadi Pada Kondisi Tegangan Normal. Gangguan pada kondisi tegangan normal terjadi dikarenakan pemerosotan dari isolasi dan kejadian-kejadian tak terduga dari benda asing. Pemerosotan isolasi dapat terjadi karena polusi dan penuaan. Saat ini batas ketahanan isolasi tertinggi (high insulation level) sekitar 3-5 kali nilai tegangan nominalnya. Tapi dengan adanya pengotoran (pollution) pada isolator yang biasanya disebabkan oleh penumpukan jelaga (soot) atau debu (dust) pada daerah industri dan penumpukan garam (salt) karena angin yang mengandung uap garam menyebabkan kekuatan isolasi akan menurun. Hal inilah yang menyebabkan penurunan resistansi dari isolator dan menyebabkan kebocoran arus. Kebocoran arus yang kecil ini mempercepat kerusakan isolator. Selain itu pemuaian dan penyusutan yang berulang-ulang dapat juga menyebabkan kemerosotan resistansi dari isolator.

2.

Gangguan Terjadi Pada Kondisi Tegangan Lebih Gangguan pada kondisi tegangan lebih salah satunya disebabkan sambaran petir yang tidak cukup teramankan oleh alat-alat pengaman petir. Petir menghasilkan surja tegangan yang sangat tinggi pada sistem tenaga listrik, besarnya tegangan dapat mencapai jutaan volt dan ini tidak dapat ditahan oleh isolasi. Surja ini berjalan secepat kilat pada jaringan listrik, faktor yang membatasinya adalah impedansi dan resistansi dari saluran. Untuk mengatasi surja petir ini sehingga tidak mengakibatkan kerusakan pada isolasi dan peralatan sistem tenaga lainnya, diperlukan suatu peralatan proteksi khusus untuk dapat mengatasi surja petir ini.

3.

Akibat dari Gangguan Akibat yang paling serius dari gangguan adalah kebakaran yang tidak hanya akan merusak peralatan dimana gangguan terjadi tetapi bisa berkembang ke sistem dan akan mengakibatkan kegagalan total dari sistem. Berikut ini akibat- akibat yang disebabkan oleh gangguan: a. Penurunan tegangan yang cukup besar pada sistem daya sehingga dapat merugikan pelanggan atau mengganggu kerja peralatan listrik.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

249

b. c. d. e.

4.

Bahaya kerusakan pada peralatan yang diakibatkan oleh arcing (busur api listrik). Bahaya kerusakan pada peralatan akibat overheating (pemanasan berlebih) dan akibat tekanan mekanis (alat pecah dan sebagainya). Tergangguanya stabilitas sistem dan ini dapat menimbulkan pemadaman menyeluruh pada sistem tenaga listrik. Menyebabkan penurunan tegangan sehingga koil tegangan relai gagal bertahan.

Statistik Gangguan Pada sistem tenaga listrik terjadinya gangguan hampir sebagian besar dialami pada saluran udara. Dalam sistem tiga phasa kegagalan isolasi antara satu phasa dengan tanah disebut gangguan saluran ke tanah atau gangguan satu phasa ke tanah, sedangkan kegagalan isolasi di antara dua phasa disebut gangguan saluran ke saluran, kegagalan isolasi dua phasa ke tanah disebut gangguan dua saluran ke tanah, menurunnya isolasi di antara tiga phasa disebut gangguan tiga phasa. Frekuensi timbulnya gangguan dari sistem tenaga listrik berbedabeda. Informasi ini akan membantu dalam menentukan disain dan aplikasi suatu proteksi. Bermacam - macam frekuensi gangguan dapat dilihat pada tabel 18 berikut ini. Tabel 18. Jumlah fase yang mengalami gangguan

Gangguan yang terjadi pada sistem distribusi biasanya merupakan gangguan – gangguan yang terkait dengan saluran penghantar dan peralatan – peralatan gardu distribusi seperti trafo distribusi, kawat pentanahan dan sebagainya. Seperti pada sistem tenaga umumnya, maka gangguan yang terjadi pada sistem distribusi dapat dikategorikan sebagai berikut:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

250

5.

Gangguan hubung singkat a. Gangguan hubung singkat dapat terjadi antar fase (3 fase atau 2 fase) atau 1 fase ketanah dan sifatnya bisa temporer atau permanen. b. Gangguan permanen : Hubung singkat pada kabel, belitan trafo, generator, (tembusnya isolasi). c. Gangguan temporer : Flashover karena sambaran petir, flashover dengan pohon, tertiup angin.

6.

Gangguan beban lebih Gangguan beban lebih terjadi karena pembebanan sistem distribusi yang melebihi kapasitas sistem terpasang. Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus-menerus berlangsung dapat merusak peralatan. Beban lebih adalah sejumlah arus yang mengalir yang lebih besar dari arus nominal. Hal ini terjadi karena penggunaan daya listrik oleh konsumen melampuai kapasitas nominal mesin. Hal ini tidaklah segera merusak perlengkapan listrik tetapi mengurangi umur peralatan listrik. Untuk waktu yang singkat arus lebih tidaklah memebawa akibat yang jelek terhadap perlengkapan listrik, umpamanya pada waktu menjalankan motor-motor,arus mulanya cukup besar dalam waktu yang singkat tetapi tidak banyak berpengaruh terhadap peralatan listrik.

7.

Gangguan tegangan lebih Gangguan tegangan lebih termasuk gangguan yang sering terjadi pada saluran distribusi. Berdasarkan penyebabnya maka gangguan tegangan lebih ini dapat dikelompokkan atas 2 hal: a. Tegangan lebih power frekwensi. Pada sistem distribusi hal ini biasanya disebabkan oleh kesalahan pada AVR atau pengatur tap pada trafo distribusi. b.

Tegangan lebih surja Gangguan ini biasanya disebabkan oleh surja hubung atau surja petir.

Dari ketiga jenis gangguan tersebut, gangguan yang lebih sering terjadi dan berdampak sangat besar bagi sistem distribusi adalah gangguan hubung singkat. Sehingga istilah gangguan pada sistem distribusi lazim mengacu kepada gangguan hubung singkat dan peralatan proteksi yang dipasang cenderung mengatasi gangguan hubung singkat ini.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

251

D. Analisis Gangguan 1.

Gangguan Hubung Singkat Gangguan hubung singkat adalah gangguan yang terjadi karena adanya kesalahan antara bagian-bagian yang bertegangan. Gangguan hubung singkat dapat juga terjadi akibat adanya isolasi yang tembus atau rusak karena tidak tahan terhadap tegangan lebih, baik yang berasal dari dalam maupun yang berasal dari luar (akibat sambaran petir). Bila gangguan hubung singkat dibiarkan berlangsung dengan agak lama pada suatu sistem daya, akan banyak pengaruh-pengaruh yang tidak diinginkan yang akan terjadi. Berikut ini akibat yang ditimbulkan gangguan hubung singkat antara lain: a.

Berkurangnya batas-batas kestabilan untuk sistem daya.

b.

Rusaknya perlengkapan-perlengkapan yang berada dekat dengan gangguan yang disebabkan oleh arus-arus tak seimbang, atau tegangan rendah yang ditimbulkan oleh hubung singkat. Gangguan hubung singkat adalah gangguan yang terjadi karena adanya kesalahan antara bagian-bagian yang bertegangan. Gangguan hubung singkat dapat terjadi akibat adanya isolasi yang tembus atau rusak karena tidak tahan terhadap tegangan lebih, baik yang berasal dari dalam maupun yang berasal dari luar (akibat sambaran petir). Gangguan hubung singkat adalah suatu kondisi pada sistem tenaga dimana penghantar yang berarus terhubung dengan penghantar lain atau dengan tanah. Gangguan yang mengakibatkan hubung singkat dapat menimbulkan arus yang jauh lebih besar dari pada arus normal. Bila gangguan hubung singkat dibiarkan berlangsung dengan lama pada suatu sistem daya, banyak pengaruh-pengaruh yang tidak diinginkan yang dapat terjadi. (Stevenson, 1982: 317) : a. Berkurangnya batas-batas kestabilan untuk sistem daya. b. Rusaknya perlengkapan yang berada dekat dengan gangguan yang disebabkan oleh arus tak seimbang, atau tegangan rendah yang ditimbulkan oleh hcubung singkat. c. Ledakan-ledakan yang mungkin terjadi pada peralatan yang mengandung minyak isolasi sewaktu terjadinya suatu hubung singkat, dan yang mungkin menimbulkan kebakaran sehingga dapat membahayakan orang yang menanganinyadan merusak peralatan – peralatan yang lain. d. Terpecah-pecahnya keseluruhan daerah pelayanan sistem daya itu oleh suatu rentetan tindakan pengamanan yang diambil oleh sitem – sistem pengamanan yang berbeda – beda; kejadian ini di kenal sebagai “cascading”. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

252

Perhitungan hubung singkat adalah suatu analisa kelakuan suatu sistem tenaga listrik pada keadaan gangguan hubung singkat, dimana dengan cara ini diperoleh nilai besaran-besaran listrik yang dihasilkan sebagai akibat gangguan hubung singkat tersebut. Analisa gangguan hubung singkat diperlukan untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik waktu perencanaan maupun setelah beroperasi kelak. Analisa hubung singkat digunakan untuk menentukan setting relai proteksi yang digunakan untuk melindungi sistem tersebut dari kemungkinan adanya gangguan tersebut. Tujuan dari perhitungan gangguan hubung singkat adalah untuk menghitung arus maksimum dan minimum gangguan, dan tegangan pada lokasi yang berbeda dari sistem tenaga untuk jenis gangguan yang berbeda sehingga rancangan pengaman, relai dan pemutus yang tepat bisa dipilih untuk melindungi sistem dari kondisi yang tidak normal dalam waktu yang singkat. Salah satu relai proteksi yang digunakan adalah relai gangguan tanah Ground Fault Relai (GFR). Relai ini digunakan sebagai pengaman dimana fungsinya nanti adalah untuk membantu relai diferensial dalam mengamankan busbar dari gangguan hubung tanah di dalam daerah pengaman busbar. Karena diketahui relai differensial tidak terlalu sensitif dalam mendeteksi terjadinya gangguan hubung singkat ke tanah tetapi relai diferensial ini cukup efektif untuk mengatasi gangguan hubung singkat antara fasa dengan fasa karena biasanya arus gangguan untuk hubung singkat antara fasa dengan fasa adalah tidak terhingga. Perhitungan hubung singkat adalah suatu analisa kelakuan suatu sistem tenaga listrik pada keadaan gangguan hubung singkat, dimana dengan cara ini diperoleh nilai besaran-besaran listrik yang dihasilkan sebagai akibat gangguan hubung singkat tersebut. Gangguan hubung singkat dapat didefinisikan sebagai gangguan yang terjadi akibat adanya penurunan kekuatan dasar isolasi antara sesama kawat fasa dengan tanah yang menyebabkan kenaikan arus secara berlebihan. Analisa gangguan hubung singkat diperlukan untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik waktu perencanaan maupun setelah beroperasi kelak. Kegunaan dari analisis gangguan hubung singkat antara lain adalah (B. M. Weedy, 1988: 299): a. Untuk menentukan arus maksimum dan minimum hubung singkat tiga-fasa. b. Untuk menentukan arus gangguan. c. Penyelidikan operasi relai-relai proteksi. d. Untuk menentukan kapasitas pemutus daya.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

253

e.

2.

Untuk menentukan distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan busbar selama gangguan.

Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Untuk Netral Tidak Diketanahkan Pada jaringan distribusi tenaga dengan tegangan yang tidak terlalu tinggi antara 3 kV sampai 35 kV titik netralnya tidak diketanahkan seperti gambar 168. Karena adanya kapasitansi antara kawat dan tanah maka kalau ada hubungan singkat arus IA = 0 karena adanya arus kapasitive antara kawat dan tanah.

Zf

Gambar 168. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ketanah Untuk Netral Tidak Diketanahkan

Pada titik K gambar 168 dianggap timbul tegangan Vo = EA V A = E A – EA = 0 VB = EB − EA = 3 Vph.

(1) (2)

VC = EC – EA = 3 Vph. (3) Karena adanya kapasitansi antara kawat penghantar dengan tanah, maka walaupun titik netral tidak ditanahkan arus akan mengalir relatif kecil pada waktu terjadi hubung singkat kawat ke tanah. UB IB = = j CUB (4) Xo UC IC = = j CUC (5) XC I A = −( IB + IC ) = j 3 Uph (6) C = Total Capasitansi dari kawat yang tidak mendapat gangguan.

3.

Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Untuk gangguan ini dianggap phasa a mengalami gangguan. Gangguan ini dapat digambarkan pada gambar di bawah:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

254

Gambar 169. Gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah

Kondisi terminalnya sebagai berikut: Ib = 0 ; Ic = 0 ; Va = Ia.Zf Untuk persamaan arus yang digunakan diperoleh dari komponen simetris arus: V phasa Ia0 = Ia1 = Ia2 = (7) Z 0 + Z 1 + Z 2 + 3Z f ⎡ I af ⎢ ⎢ I bf ⎢ I cf ⎣

⎤ ⎡1 1 1 ⎤ ⎡ I a 0 ⎤ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ 2 ⎥ = ⎢1 a a ⎥ ⎢ I a1 ⎥ ⎥ ⎢⎣1 a a 2 ⎥⎦ ⎢⎣ I a 2 ⎥⎦ ⎦ Arus ganguan untuk fhasa a didapatkan I af =Ia0 + Ia1 + Ia2

(8)

I af =3Ia0 = 3Ia1 = 3Ia2

(9)

Dengan kata lain semua arus urutan sama dari persamaan dan dari gambar diatas V af = 3Z f x I a1 V af = Va1 + Va2 + Va0 = 3Z f x I a1

(10)

Persamaan di atas menunjukkan bahwa masing-masing arus urutan sama. ⎡Va 0 ⎤ ⎡0 ⎤ ⎡ Z 0 0 0 ⎤ ⎡ I a 0 ⎤ ⎢V ⎥ = ⎢V ⎥ − ⎢ 0 Z 0 ⎥⎥ ⎢⎢ I a1 ⎥⎥ (11) 1 ⎢ a1 ⎥ ⎢ f ⎥ ⎢ ⎢⎣Va 2 ⎥⎦ ⎢⎣0 ⎥⎦ ⎢⎣ 0 0 Z 2 ⎥⎦ ⎢⎣ I a 2 ⎥⎦

Va0 = - Iao.Z0 Va1 = Vf – Ia1 Z1 Va2 = - Ia2 Z2 Va = Va1 + Va2 + Va0

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

(12)

255

Jika pada phasa b atau c terjadi gangguan satu phasa ketanah,maka tegangan dari phasa a dapat dilihat dari komponem ⎡Vaf ⎤ ⎡1 1 1 ⎤ ⎡Va 0 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ 2 (13) ⎢Vbf ⎥ = ⎢1 a a ⎥ = ⎢Va1 ⎥ ⎢Vcf ⎥ ⎢⎣1 a a 2 ⎥⎦ ⎢⎣Va 2 ⎥⎦ ⎣ ⎦

seterusnya V bf = Va0 + a 2 Va1 + aVa2 2

V cf = Va0 + aVa1 + a Va2 I1phasa = 3 x I0 =

(14) (15)

3 xV phasa

(16) (Z1 + Z 2 + Z 0 ) Menurut Turan Gonen (1986 : 549 ) rumus untuk gangguan satu phasa ke tanah, yaitu: V phasa (17) If 1phasa ke tanah = ZG 2Z1 + Z 0 (18) Dimana ZG = 3 3V phasa If 1 phasa ke tanah = (19) 2Z1 + Z 0 Pada arus dapat digambarkan dengan rangkaian equivalen sebagai berikut :

Gambar 170. Rangkaian ekivalen gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah

Dari persamaan-persamaan di atas kita dapat melukiskan vector diagram untuk arus dan tegangan sebagai berikut:

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

256

a.

b.

Gambar 171. Vektor diagram arus dan tegangan gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah

Sehingga diperoleh: Ia1 = 1/3 Ia =

Vf Z1 + Z 2 + Z 0 + Z f 3V f

(20)

(21) Z 1 + Z 2 + Z 0 + 3Z f Sebagian besar saluran distribusi adalah jenis radial, dengan hanya satu sumber dan satu jalur untuk arus gangguan. Gambar berikut menunjukkan persamaan untuk menghitung arus gangguan pada saluran distribusi.

Ia = If =

Gambar 172. Gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah

4.

Gangguan hubung singkat tiga fasa Kondisi saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa (Turan Gonen, 1986: 284): I a + Ib + I c = 0

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

257

Va = Vb = Vc a b c Iaf Zf

Ibf Zf

Icf Zf

Gambar 173. Gangguan hubung singkat tiga fasa

Karena sistemnya seimbang maka urutan negatif dan urutan nol tidak ada, sehingga diperoleh: Va = Vf – Ia1Za1 = 0 (22) Vf Ia1 = Ia = If = (23) Z1

Gambar 174. Ganguan hubung singkat tiga fasa dengan vektor diagramnya

5.

Gangguan hubung singkat dua fasa Gangguan terjadi pada phasa b dan phasa c Kondisi pada saat gangguan

Gambar 175. Gangguan hubung singkat dua fasa DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

258

Ia = 0 ; Ib = - Ic ; Vb - Vc = Zf Ib Dari komponen-komponen simetris (Turan Gonen, 1986:275) Ia0 = 0 (24) V phasa Ia1 = -Ia2 = (25) Z1 + Z 2 + Z f Jika Zf = 0 V phasa Ia1 = -Ia2 = (26) Z1 + Z 2 Subtitusikan persamaan (14) dan (15) ke persamaan (2) maka didapat (27) Ibf = - Icf = 3I a1∠ − 90° Menurut Gonen ( 1986 : 548 ) rumus untuk gangguan dua phasa adalah: j 3 × VL − N If.L – L = (28) Z1 + Z 2 Dari komponren-komponen simetris (Turan Gonen, 1986: 275): Ia0 = 1/3 (Ia + Ib + Ic) = 1/3 (0 + -Ic + Ic) = 0 (29) Ia1 = 1/3 (Ia + a Ib + a2 Ic) = 1/3 (0 + a Ib – a2 Ib) = 1/3 (a – a2) Ib (30) Ia2 = 1/3 (Ia + a2 Ib + a Ic) = 1/3 (0 + a2 Ib – a Ib) = 1/3 (a2 – a) Ib (31) Sehingga : Ia1 = -Ia2 Vb – Vc = ZfIb Vb – Vc = (a2 - a) (Va1 – Va2) (32) (a2 - a) [ Vf - (Z1 + Z2) Ia1] = Zf Ib Subsitusikan Ib ke persamaan (8), maka : 3I a1 (33) Vf - (Z1 + Z2) Ia1 = Zf (a − a 2 )(a 2 − a ) (a – a2) (a2 – a) = 3 Sehingga diperoleh : Ia1 = Vf (34) Z 1 + Z2 + Zf Jadi arus gangguan antar fasa adalah : Ibf = -j 3 Ia1 (35) Ia0 = -

V f − Z1I a1 Z 0 + 3Z f

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

(36)

259

Ia2 = -

V f − Z1I a1 Z2

Ia1 =

Z1 +

Vf Z 2 ( Z 0 + 3Z f )

Z 2 + Z 0 + 3Z f If = Ib + Ic = 3 Ia0

(37)

(38)

(39)

Gambar 175. Gangguan hubung singkat dua fasa

6.

Hubung Singkat Fasa ke Fasa Hubungan singkat antara 2 kawat penghantar dengan. titik netral sistim tidak ditanahkan seperti Gambar 5.

Gambar 176. Persentase gangguan berdasarkan sebab

Kita misalkan pada phasa B dan C terjadi hubungan singkat titik K. Dari kejadian ini kita membuat 3 persamaan. IA = 0 (Arus beban diabaikan) (40) DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

260

IB = Ic (41) UBK = UcK (42) Dengan mempergunakan analisa komponen simetris untuk arus kita memperoleh hubungan berikut : I0A = 1/3(IA+IB+IC) = 1/3(0+IB-IC) = 0 (43) IB I2A = 1/3(IA+aIB+a2IC) = j (44) 3 IB I2A = 1/3(IA+a2IB+aIC) = 1/3(0+a2IB-aIB)= j (45) 3 Ki ta nyatakan dengan equivalent sebagai beri kut :

Gambar 177. Rangkaian equvalent hubungan singkat phasa-phasa

EA (46) j( X 1 + X 2 ) Berdasarkan persamaan diatas hasil dari analisa kamponen simetris kita dapat melukiskan diagram vektor untuk arus dan tegangan. I 1A =

Gambar 178. Diagram vektor arus dan tegangan untuk gangguan hubung singkat fasa ke fasa

Tegangan sepanjang kawat penghantar dapat digambarkan sebagai berikut :

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

261

Gambar 179. Persentase gangguan berdasarkan sebab

Dari hubungan singkat phasa-phasa diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. sangat mengganggu simetris dari arus dan tegangan 2. hubungan phasa antara arus dan tegangan sangat berbeda.

Gambar 180. Gangguan hubung singkat fasa ke fasa

7.

Hubung Singkat Fasa-Fasa ke Tanah Hubungan galvanis phasa-phasa pengahantar pada satu titik ketanah dengan titik netralnya ketanah. Dapat dilukiskan dengan rangkaian ekivalent gambar 181.

Gambar 181. Gangguan hubung singkat fasa-fasa ke tanah

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

262

Dari peristiwa hubugan singkat diatas kita menetapkan 3 persamaan sebagai berikut : IA =0 (47) UBK = 0 (48) UCK = 0 (49) Dengan analisa komponen simetris untuk tegangan kita mendapatkan U1A = 1/3 UA (50) U2A = 1/3 UA (51) UoA = 1/3 UA (52) U1A=U2A=UoA=1/3 UA (53) Dari analisa komponen simetris untuk arus kita mendapatkan : EA (54) I 1A = X2+ X0 j( X 1+ ) X2+ X0 X0 (55) I 2 A = − I 1A X2+ X0 X2 (56) Io = − I1A X2+ X0 8.

Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa Kondisi saat terjadi gangguan hubung singkat tiga phasa. Ia + Ib + Ic = 0 Ia = 0 E = Eb = Ec

Gambar 182. Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa

1,0∠0° Z1 + Z f Subtitusikan Persamaan (20) ke Persamaan (2) 1,0∠0° Iaf = Ia1 = Z1 + Z f

Ia0 = 0;

Ia2 = 0;

Ia1 =

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

......

(57)

......

(58)

263

Ibf = a2Ia1 =

1,0∠240° Z1 + Z f

......

(59)

1,0∠120° ...... (60) Z1 + Z f Va0 = 0; Va2 = 0; Va1 = Zf . Ia1 ...... (61) Vaf = Zf . Ia1 ...... (62) Vbf = Zf . Ia1 ∠240° ...... (63) Vcf = Zf . Ia1∠120° ...... (64) Menurut Gonen ( 1986 : 547 ) rumus untuk gangguan tiga phasa adalah:

Icf = aIa1 =

If 3 phasa = Ifa = Ifb = Ifc =

VL−N Z1

…..

(65)

Tabel 19. Frekuensi gangguan yang terjadi pada saluran udara Tipe gangguan

Gambar

% Kejadian

L-G

70 %

L-L

0.15 %

L-L-G

0.1%

L-L-L

0.5 %

Sumber: (Gonen 1988 : 545 )

E. Komponen Simetris Komponen simetris digunakan untuk menganalisis terutama sistem yang tidak seimbang, misalnya saat terjadi hubung singkat tiga phasa, dua phasa dan satu phasa ke tanah. Dimana sebuah sistem tak seimbang diubah menjadi tiga rangkaian persamaan yaitu rangkaian urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol. Menurut teorema Fortescue, tiga fasor tak seimbang dari sistem tiga phasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang. Himpunan seimbang komponen itu adalah (Stevenson, 1982: 260):

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

264

a.

Komponen urutan positif, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam phasa sebesar 1200, dan mempunyai urutan phasa yang sama seperti fasor aslinya. b. Komponen urutan negatif, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam phasa sebesar 1200, dan mempunyai urutan phasa yang berlawanan dengan fasor aslinya. c. Komponen urutan nol, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnyadan dengan pergeseran phasa nol antara fasor yang satu dengan yang lain. Tujuan lain adalah untuk memperlihatkan bahwa setiap phasa dari sistem tiga phasa tak seimbang dapat di pecah menjadi tiga set komponen.

Gambar 183. Vektor Diagram Untuk Komponen Simetris

Cara yang biasa dilakukan dalam menghitung besar arus gangguan hubung singkat pada komponen simetris adalah memulai perhitungan pada rel daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menghitung pada titik-titik lainnya yang letaknya semakin jauh dari gardu induk tersebut. Impedansi saluran suatu sistem tenaga listrik tergantung dari jenis konduktornya yaitu dari bahan apa konduktor itu dibuat yang juga tentunya pula dari besar kecilnya penampang konduktor dan panjang saluran yang digunakan jenis konduktor ini Suatu komponen urutan arus menyebabkan tegangan jatuh sesuai dengan urutan arusnya dan tidak mempengaruhi urutan arus lainnya, berarti tiap urutan yang seimbang akan terdiri dari suatu jaringan. Ketidakseimbangan arus atau tegangan ini akan menimbulkan pula impedansi urutan positif, urutan negatif dan urutan nol. Impedansi urutan dapat didefinisikan sebagai suatu impedansi yang dirasakan arus urutan bila tegangan urutannya dipasang pada peralatan atau pada sistem tersebut. Seperti juga tegangan dan arus didalam metode komponen simetris dikenal tiga macam impedansi urutan yaitu : a. Impedansi urutan positif (Z1)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

265

Impedansi urutan positif adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan positif. b. Impedansi urutan negatif (Z2) Impedansi urutan negatif adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan negatif c. Impedansi urutan nol (Z0) Impedansi urutan nol adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri arus urutan nol. Metoda komponen simetris yang digunakan dalam perhitungan yang berhubungan dengan keadaan yang tidak seimbang pada perangkat listrik tiga fasa, dan secara khusus untuk perhitungan hubung singkat yang tidak seimbang pada perangkat listrik. Cara yang biasa dilakukan dalam menghitung besar arus gangguan hubung singkat pada komponen simetris adalah memulai perhitungan pada rel daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menghitung pada titik-titik lainnya yang letaknya semakin jauh dari gardu induk tersebut. Untuk suatu transformator, impedansi urutan positifnya sama dengan impedansi bocor transformator tersebut. Begitu juga dengan impedansi urutan negatifnya. Sedangkan besar impedansi urutan nol transformator tergantung dari hubungan transformator dengan impedansi pentanahannya. Sedangkan pada busbar impedansi yang dihitung adalah impedansi pada saluran yang digunakan. Impedansi saluran suatu sistem tenaga listrik tergantung dari jenis konduktornya yaitu dari bahan apa konduktor itu dibuat yang juga tentunya pula dari besar kecilnya penampang konduktor dan panjang saluran yang digunakan jenis konduktor ini. Metode komponen simetris di dalam perhitungan tak seimbang dari sistem 3 phasa dan khususnya pada keadaan hubungan singkat. Arus 3 phasa tak seimbang IA, IB, dan IC seperti gambar 184 di bawah ini.

a

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

b. Positiv-sequence

266

c. Negativ-sequence

d. Zero-sequence

Gambar 184. Vektor Diagram Untuk Komponen Simetris

Dengan mempergunakan operator a persamaan-i dapat ditulis sebagai berikut IA = I1A + I2A + I0. (66) IB = a2 I1A + a I2A + I0. (67) IC = a I1A + a2 I2A + I0. (68) Dari persamaan di atas kita dapatkan (69) I1A = 1/3 (IA + aIB + a2IC) (70) I2A = 1/3 (IA + a2IB + aIC) I0 = 1/3 (IA + IB + IC) (71) Komponen urutan positif, negatif, dan urutan nol dari arah dan tegangan dihubungkan satu dengan yang lainnya dengan impedansi yang sesuai dengan urutan positif, negatif, dan nol. Pada perhitungan arus hubungan singkat dengan metode komponen simetris biasanya aktif resistance sangat kecil sehingga sering diabaikan, sehingga yang dipandang adalah reactance yang dinyatakan berturut—turut X1, X1, dan X0 (urutan positif, negatif, dan nol). Urutan phasa positif reactance X1 adalah reactance dari keadaan rangkaian seimbang 3 phasa. Urutan phasa negatif reactance X2 untuk semua sistem elemen listrik tanpa perputaran medan magnet adalah sama, dengan urutan positif. Jadi, untuk transformator, reactor, kawat penghantar daya = X2 = X1. Untuk mesin sinkron X2 = X1 tergantung dari perencanaan. Urutan phasa nol reactance pada umumnya berbeda dasarnya dengan urutan positif dan negatif. Setiap arus sistim ini dapat dipecahkan menjadi penjumlahan vektor yang membentuk sistim 3 phasa yang simetris yaitu urutan phasa positif, phasa negatif, dan phasa nol. IA = I1A + I2A + I0A. (72) IB = I1B + I2B + I0B. (73) IC = I1C + I2C + I0C. (74)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

267

Phasa urutan positif ditandai dengan indek 1, urutan phasa negatif ditandai dengan indek 2, urutan nol dengan indek 0. Semua urutan phasa reactor arus dimisalkan mempunyai kecepatan dan arah putaran yang sama. Arah putaran positif diambil berlawanan dengan arah jarum jam. Pada analisa simetrical hubungan singkat sering bahwa komponan phasa B dan C dinyatakan dengan komponen phasa A dengan mempergunakan phasa operator a. Operator a adalah unit vektor yang membentuk sampai dengan 1200 dengan nyala positif.

Gambar 185. Vektor Diagram Untuk Komponen Simetris

a = ej120 = -0,5 + j 3/2 (75) 2 j240 a = e = -0,5 – j 3/2 (76) a4 = 1a (77) a2 + a + 1 = 0 (78) Mengalikan vektor dengan a menghasilkan putaran 1200, mengalikan dengan a2 menghasi1kan putaran 240° untuk urutan positif. I1B = a2 I1A I1C = a I1A Untuk urutan negatif : I2B = a I2A Untuk urutan nol : I0A = I0B = I0C = I0 Dengan adanya operator a cukup menghitung arus dan tegangan untuk 1 phasa pada hubungan singkat. Persamaan pada gambar 2. diasumsikan bahwa impedansi urutan positif sama dengan impedansi urutan negatif. Impedansi untuk kedua komponen urutan pada gangguan fase ke fase adalah Z1 + Z2 dapat disederhanakan menjadi 2Z1. Arus maksimum terjadi jika RF = 0. Arus maksimum pada gangguan fase-fase 86,6% dari arus maksimum gangguan tiga fase. Pada kebanyakan kasus arus beban diabaikan, hal ini disebabkan karena arus beban tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap hasil perhitungan. DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

268

Arus gangguan tiga fase hampir selalu mempunyai magnitude yang lebih besar. Pada beberapa jaringan, impedansi urutan nol lebih signifikan dibandingkan komponen urutan positif. Pada lokasi tertentu arus gangguan fase ke tanah dapat menjadi lebih besar, misalnya pada gardu induk. Alasannya adalah : 1. Hubungan delta-wye transformator adalah sumber komponen urutan nol. Komponen urutan positif merupakan impedansi saluran sistem subtransmisi atau sistem transmisi, komponen urutan nol tidak. Ganbar 3. berikut menunjukkan diagram komponen urutan positif dan nol. 2. Jika transformator gardu jenis three-legged, komponen urutan nol lebih rendah dibandingkan komponen urutan positif, impedansi urutan nol 85% dari komponen urutan positif. Jika terjadi gangguan fase tanah meningkat 2,5%.

Gambar 186. Diagram urutan positif dan urutan nol pada teransformator terhubung delta-wye

Pada beberapa kasus dimana impedansi urutan nol lebih kecil dibandingkan impedansi urutan positif, gangguan fase ke tanah mengakibatkan arus fase yang lebih tinggi. Gangguan dua fase ke tanah menghasilkan arus tanah yang lebih tinggi. Untuk mengurangi arus gangguan pada gangguan fase ketanah, dapat digunakan reaktor netral pada transformator. Gambar 4 menunjukkan persamaan rangkaian dengan netral reaktor.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

269

Gambar 176. Penyebab terjadinya gangguan pada saluran udara

Gambar 177. Persentase gangguan berdasarkan sebab

Gambar 4. perhitungan arus gangguan dengan netral reaktor pada transformator gardu induk

F. Gangguan Pada Jaringan Distribusi 20 kV Suatu gangguan didalam peralatan listrik didefinisikan sebagai terjadinya suatu kerusakan di dalam sirkuit listrik yang menyebabkan aliran arus listrik keluar dari saluran yang seharusnya. Gangguan ini umumnya disebabkan oleh putusnya kawat saluran transmisi sehingga terjadi hubung singkat ke tanah, pecahnya isolator atau rusaknya isolasi. Impedansi gangguan umumnya rendah, sehingga arus gangguan menjadi besar. Selama gangguan, tegangan tiga phasa menjadi tidak seimbang dan suplai ke sirkuit tiga phasa yang berdekatan akan terpengaruhi. Arus gangguan yang besar dapat merusak tidak hanya peralatan yang terganggu, tetapi juga instalasi yang dilalui arus gangguan. Gangguan dalam peralatan DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

270

yang penting dapat mempengaruhi stabilitas sistem tenaga listrik. Sebagai contoh, suatu gangguan pada daerah suatu pusat pembangkit yang dapat mempengaruhi stabilitas sistem interkoneksi. Ada beberapa penyebab terjadinya gangguan dalam suatu pembangkit listrik tertentu. Gangguan ini dapat dibuat sekecil mungkin dengan cara antara lain: 1.

Memperbaiki desain sistem

2.

Memperbaiki kualitas komponen

3.

Mempergunakan relai proteksi yang lebih baik

4.

Pengoperasian dan pemeliharaan yang lebih baik.

Tetapi gangguan yang terjadi tidak dapat seluruhnya dihilangkan. Gangguan dapat diperkecil lagi beberapa tingkat dengan mengambil langkahlangkah sebagai berikut: 1. Perbaikan kuantitas mesin, peralatan, instalasi dan lain-lain, dengan perbaikan dalam desain teknik pembutan material, quality control dan testing yang memadai. 2. Perbaikan desain tata letak yang betul, pemilihan peralatan. 3. Keandalan pengaman sistem yang memadai 4. Sumber daya manusia yang terlatih untuk mengoperasikan dan memasang pusat pembangkit. Gangguan-gangguan yang mungkin dapat terjadi pada saluran distribusi antara lain petir, angin kencang dan kerusakan isolator. Untuk gangguan petir, arus yang di induksikan sangat besar dan dapat merusak perlengkapan instalasi listrik atau alat-alat pemakai listrik. Sedangkan gangguan angin kencang dapat juga merusak peralatan listrik seperti robohnya tiang distribusi, tertimpanya kawat saluran karena pohon tumbang, berayun berlebihan kawatkawat saluran sehingga bisa putus. Semua gangguan ini dapat menyebabkan terjadinya hubung singkat antar fasa dan hubung singkat fasa ke tanah. Permasalahan yang sering dijumpai pada sistem distribusi antara lain pemadaman pada penyulang 20 kV, yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat. Jika penyetelan overcurrent relay (OCR) dan ground fault relay (GFR) yang berada di Incoming atau di outgoing kurang baik, dapat menyebabkan pemadaman total (black out) atau jika salah satu penyulang terkena gangguan, dapat mengakibatkan penyulang lain yang berada pada satu bus juga ikut trip, karena gangguan hubung singkat dapat mentripkan relai yang ada pada incoming feeder.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

271

Tabel 20. Data Gangguan pada Gardu Induk Simpang Haru Penyulang 20 kV/6,3 kV Gor Agus Salim Teluk Bayur 2 Wahidin Cokroaminoto Jati Matahari RSUP Marapalam Metro Andalas Pauh Limo 1 Pauh Limo 2 Polamas BRI Kandis 2 Sudirman Sutan Syahrir Kandis 1 Imam Bonjol 1 Imam Bonjol 2 Jumlah

Jenis Gangguan Bulan Desember 2008 Bulan Januari 2009 OCR Lama GFR Lama OCR Lama GFR Lama (menit) (menit) (menit) (menit) 15 2 24 1 2 1 144 5 367 1 2 2 191 0 1 2 1 1 1 1 1 185 1 1 55 8 161 129 3 5 7 3 53 2 1 1 1 201 2 1 1 1 2 38 2 1 1 1 33 1 46 1 1 1 163 1 4 1 2 2 301 5 223 2 20 1 31 84 21 64 4 -

Sumber. Data gangguan GI Simpang Haru

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa frekuensi terjadinya gangguan pada umumnya mengalami peningkatan. Feeder yang paling sering mengalami ganggguan adalah feeder Marapalam. Hal ini dapat dilihat pada jenis gangguan tanah, dimana frekuensi gangguan pada jaringan distribusi 20 kV GIS Simpang Haru, pada bulan Januari 2009 di penyulang Marapalam terjadi 7 kali gangguan relai GFR selama 8 menit, sedangkan bulan Desember 2008 terjadi 5 kali gangguan selama 55 menit. Dengan adanya fluktuasi jumlah gangguan tiap bulannya pada feeder Marapalam, maka perlu diupayakan penanggulangan terhadap kondisi tersebut. Dari tabel dapat juga dilihat bahwa ganguan sering terjadi pada sisi outgoing feeder, hal ini dapat dilihat pada tabel bahwa pemadaman pada masing- masing feeder tidak bersamaan.



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

272

273

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

BAB 14 JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

A. Pendahuluan Jaringan distribusi bawah tanah dewasa ini telah banyak digunakan, terutama untuk perkotaan atau wilayah tertentu yang menonjolkan unsur estetika. Hal ini disebabkan, distribusi bawah tanah tersembunyi dibandingkan dengan saluran udara dan lebih handal. Salah satu dari penggunaan jaringan distribusi bawah tanah adalah untuk jaringan distribusi perumahan (underground residential distribution = URD). Beberapa fasilitas juga menggunakan konstruksi jaringan bawah tanah seperti industri dan pusat-pusat layanan komersial. Penggunaan lain dari saluran bawah tanah seperti jaringan yang melewati sungai, jalan tol atau pada persilangan saluran transmisi. Konstruksi jaringan bawah tanah mahal dan biayanya lebih bervariasi, faktor-faktor utama yang mempengaruhi biaya jaringan bawah tanah adalah : 1. Pengembangan. Jalan-jalan, jalan raya dan trotoar dan saluran air, hal ini akan memperlambat pengerjaan konstruksi dan akan meningkatkan biaya 2. Kondisi tanah Bebatuan dan material lain yang bersifat keras akan meningkatkan waktu dan biaya pengerjaan untuk pemasangan kabel 3. Perkotaan, pinggiran kota dan pedesaan Konstruksi perkotaan jauh lebih sulit tidak hanya disebabkan bangunan-bangun beton tetapi juga lalu lintas. Area pedesaan secara umum lebih murah perpanjang saluran, tetapi salurannya lebih panjang. 4. Pipa Kabel Saluran yang dilapisi beton jauh lebih mahal dibandingkan dengan yang ditanam langsung. 5. Bahan dan ukuran kabel Biaya kabel relatif lebih rendah dibandingkan biaya lain pada jaringan bawah tanah. 6. Peralatan instalasi Mesin-mesin besar dan mesin lainnya yang sesuai dengan permukaan dan jenis tanah akan memudahkan instalasi.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

274

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

B. Perbandingan Antara Saluran Udara dan Saluran Bawah Tanah. Berdasarkan pemasangannya, saluran distribusi dibagi menjadi dua kategori, yaitu : saluran udara (overhead line) merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kawat penghantar yang ditompang pada tiang listrik. Sedangkan saluran bawah tanah (underground cable) merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kabel-kabel yang ditanamkan di dalam tanah. 1.

Saluran Bawah Tanah (Underground Lines) Saluran distribusi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang ditanam didalam tanah. Kategori saluran distribusi seperti ini adalah yang favorite untuk pemasangan di dalam kota, karena berada didalam tanah, maka tidak mengganggu keindahan kota dan juga tidak mudah terjadi gangguan akibat kondisi cuaca atau kondisi alam. Namun juga memilik kekurangan, yaitu mahalnya biaya investasi dan sulitnya menentukan titik gangguan dan perbaikannya. Kedua cara penyaluran memiliki keuntungan dan kerugian masingmasing. Keuntungan yang dapat diperoleh dari suatu jaringan bawah tanah adalah bebasnya kabel dari gangguan pohon, sambaran petir maupun dari gangguan manusia. Kabel-kabel bawah tanah yang digunakan pun banyak sekali jenisnya selain disebabkan bahan-bahan isolasi plastik yang terus berkembang maka selalu saja ada tambahan jenis-jenis kabel baru. Keuntungan pemakaian kabel bawah tanah adalah : a. Tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir, badai, tertimpa pohon, dsb. b. Tidak mengganggu pandangan, bila adanya bangunan yang tinggi, c. Dari segi keindahan, saluran bawah tanah lebih sempurna dan lebih indah dipandang, d. Mempunyai batas umur pakai dua kali lipat dari saluran udara, e. Ongkos pemeliharaan lebih murah, karena tidak perlu adanya pengecatan. f. Tegangan drop lebih rendah karena masalah induktansi bisa diabaikan. g. Tidak ada gangguan akibat sambaran petir, angin topan dan badai. h. Keandalan lebih baik. i. Tidak ada korona. j. Rugi-rugi daya lebih kecil.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

275

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

k.

Menciptakan keindahan tata kota.

Adapun kerugian atau kelemahan dari penggunaan jaringan kabel bawah tanah ialah sebagai berikut : a. Harga kabel yang relatif mahal b. Gangguan yang terjadi bersifat permanen c. Tidak fleksibel terhadap perubahan jaringan d. Waktu dan biaya untuk menanggulangi bila terjadi gangguan lebih lama dan lebih mahal e. Biaya investasi pembangunan lebih mahal dibanding-kan dengan saluran udara, f. Saat terjadi gangguan hubung singkat, usaha pencarian titik gangguan tidak mudah (susah), g. Perlu pertimbangan-pertimbangan teknis yang lebih mendalam di dalam perencanaan, khususnya untuk kondisi tanah yang dilalui. h. Hanya tidak dapat menghindari bila terjadi bencana banjir, desakan akar pohon, dan ketidakstabilan tanah. i. Biaya pemakaian lebih besar atau lebih mahal. j. Sulit mencari titik kerusakan bila ada gangguan. 2.

Saluran Udara (Overhead Lines) Saluran distribusi yang menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antar menara atau tiang distribusi. Keuntungan dari saluran distribusi adalah lebih murah, mudah dalam perawatan, mudah dalam mengetahui letak gangguan, mudah dalam perbaikan, dan lainnya. Namun juga memiliki kerugian, antara lain: karena berada di ruang terbuka, maka cuaca sangat berpengaruh terhadap keandalannya, dengan kata lain mudah terjadi gangguan, seperti gangguan hubung singkat, gangguan tegangan lebih karena tersambar petir, dan gangguan-gangguan lainnya. Dari segi estetika/keindahan juga kurang, sehingga saluran distribusi bukan pilihan yang ideal untuk suatu saluran distribusi didalam kota. Jaringan saluran udara baik untuk dipergunakan pada daerah dengan kepadatan beban yang rendah, karena disini harga pembelian hak jalan untuk hantaran udara relatif murah, disamping harga materialnya yang murah dibandingkan dengan jaringan kabel bawah tanah. Keuntungannya a. Lebih fleksibel dan leluasa dalam upaya untuk perluasan beban. b. Dapat digunakan untuk penyaluran tenaga listrik pada tegangan diatas 66 kV. c. Lebih mudah dalam pemasangannya.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

276

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

d. e. f. g. h.

Bila terjadi gangguan hubung singkat, mudah diatasi dan dideteksi. Mudah dilakukan perluasan pelayanan dengan penarikan cabang yang diperlukan. Mudah memeriksa jika terjadi gangguan pada jaringan. Mudah untuk melakukan pemeliharaan. Tiang-tiang jaringan distribusi primer dapat pula digunakan untuk jaringan distribusi sekunder dan keperluan pemasangan trafo atau gardu distribusi tiang, sehingga secara keseluruhan harga instalasi menjadi lebih murah.

Kerugian dari jaringan hantaran udara adalah gangguan sambaran petir, gangguan dari manusia, serta menganggu pemandangan dikarenakan oleh banyaknya tiang-tiang dan kabelkabel hantaran udara yang digunakan sehubungan dengan banyaknya konsumen yang harus dilayani. Kerugiannya a. Mudah terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir, badai, tertimpa pohon, dsb. b. Untuk wilayah yang penuh dengan bangunan yang tinggi, sukar untuk menempatkan saluran, c. Masalah efek kulit, induktansi, dan kapasitansi yang terjadi, akan mengakibatkan tegangan drop lebih tinggi. d. Ongkos pemeliharaan lebih mahal, karena perlu jadwal pengecatan dan penggantian material listrik bila terjadi kerusakan.

C. Kabel Saluran Bawah Tanah Sistem listrik dari saluran distribusi bawah tanah dengan kabel banyak ragamnya. Dahulu, sistemnya di Jepang adalah sistem tiga-fasa tiga kawat dengan netral yang tidak ditanahkan. Sekarang, sistem pembumiannya adalah dengan tahanan tinggi atau dengan reactor kompensasi, untuk mengkompensasikan arus pemuat pada kabel guna menjamin bekerjanya rele serta guna membatasi besarnya tegangan lebih. Di Eropa sistem pembumian dengan reactor banyak dipakai, sedang di Amerika sistem pembumian langsung atau sistem pembumian dengan tahanan yang kecil banyak digunakan. Juga di Jepang sekarang banyak terlihat sistem Amerika yang terakhir itu dipakai, terutama untuk saluran kabel diatas 66 kV. Dalam sistem kelistrikan saluran distribusi merupakan rantai penghubung antara pusat-pusat pembangkit tenaga menuju pusat beban malalui gardu induk transmisi dan distribusi. Berdasarkan cara DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

277

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

pemasangannya saluran sistem distribusi dapat dibagi dalam tiga kelompok, yaitu: saluran udara (overhead line), saluran kabel bawah laut (submarine cable) dan saluran kabel tanah. Pada sistem saluran kabel bawah tanah, penyaluran tenaga listrik melalui kabel-kabel seperti kabel bawah laut dengan berbagai macam isolasi pelindungnya. Saluran kabel bawah tanah ini dibuat untuk menghindari resiko bahaya yang terjadi pada pemukiman padat penduduk tanpa mengurangi keindahan lingkungan. Inti dari suatu kabel adalah penghantar fase, berikutnya pelindung penghantar, isolator kabel, selanjutnya pelindung isolator, netral dan terakhir lapisan pembungkus. Kebanyakan kabel distribusi adalah penghantar tunggal. Jenis kabel yang biasanya digunakan ada dua jenis, yaitu kabel netral konsentris (concentric neutral cabel) dan kabel daya (power cable). Kabel netral konsentris biasanya mempunyai penghantar aluminium, isolasi dan netral konsentris, gambar 178 berikut menunjukkan jenis kabel dengan netral konsentris.

Gambar 178. Kabel Netral Konsentris

1.

Kabel Tanah Kabel tanah ialah satu atau beberapa bagian hantaran yang berisolasi, berpelindung mekanis dan berselubung luar yang dalam penggunaannya ditanam/dipasang di dalam tanah. (PLN Operasi & Pemeliharaan Jaringan Distribusi, 1995:01) Kabel Tanah adalah salah satu / beberapa kawat yang diisolasikan, sehingga tahan terhadap tegangan tertentu antara penghantar yang satu dengan penghantar yang lain ataupun penghantar dengan tanah serta dibungkus dengan pelindung, sehingga terhindar dari pengaruh-pengaruh kimia lain yang ada dalam tanah.  Oleh karena kabel tanah tersebut beroperasi dalam tanah, maka komponen termasuk kabel harus mampu beroperasi secara terus menerus karena memiliki persyaratan isolasi yang khusus untuk me-

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

278

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

lindunginya dari segala bentuk kelembaban serta pengaruh pengaruh lain yang terdapat didalam tanah. Penggunaan Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) dinilai mampu menciptakan keindahan dan kenyamanan tata kota meskipun investasi yang diperlukan relatif tinggi, pemeliharaan cukup rumit, namun pemilihan penggunaan SKTM tetap akan diperlukan terutama dari segi estetika dan pembebasan tanah. Instalasi (pemasangan) kabel dalam tanah dapat dilakukan dengan penanaman langsung atau melalui saluran pelindung. Instalasi kabel tanah dengan penanaman langsung, yaitu kabel secara langsung, tanpa menggunakan saluran pelindung (duct atau pipa), ditanam di dalam tanah. Kondisi pemasangan kabel mempengaruhi kemampuan membawa arusnya. Kondisi pemasangan ini antara lain meliputi sususan peletakan kabel, pentanahan selubung logam (sheath) / pelindung (shield), jarak antar kabel, kedalamanan penanaman, dan kondisi tanah. 2.

Klasifikasi Kabel Tenaga Untuk penyaluran tenaga listrik dibawah tanah digunakan kabel tenaga (power cable). Jenis kabel tenaga banyak sekali, namun demikian dapat diklasifikasikan menurut beberapa kelompok berikut : a. Kelompok menurut kulit pelindungnya (armor) misalnya, kabel bersarung timah hitam (lead sheahted), kabel berkulit pita baja (steel-tape armored). b. Kelompok menurut konstruksinya misalnya: plastik dan karet (jenis BN,EV,CV) kabel padat (jenis belt,H,SL,SA), kabel jenis datar (flat-type), kabel minyak (oil-filled). c. Kelompok menurut penggunaan, misalnya, kabel saluran (duct draw-in), kabel taruh (direct-laying), kabel laut (submarine), kabel corong utama (main shaft),kabel udara (overhead).

3.

Konstruksi Kabel Bawah Tanah Sebagai penghantar, konstruksi kabel ada dua bagian yaitu : a. Bagian utama yaitu bagian yang harus ada pada setiap kabel antara lain : 1). Selubung (sheath) 2). Isolasi (Insulation) 3). Penghantar (conduktor) 4). Tabir (screen)

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

279

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Gambar 179. Bahagian Utama dari Kabel

b.

Bagian pelengkap yaitu bagian yang hanya di pergunakan untuk memperkuat (memperbaki) sifat – sifat kabel tenaga atau untuk melindungi kabel tenaga antara lain yaitu : 1). Sarung kabel (serving) 2). Perisai (armour) 3). Bantalan (bedding) 4). Bahan pengisi (filler)

Gambar 180. Bahagian pelengkap dari kabel

a.

Bagian Utama 1). Penghantar (konduktor) Berdasarkan dari inti kabel, maka sebagai penghantar yang banyak di pakai adalah a). Tembaga : yaitu kabel tembaga polos (plain wire) tanpa lapisan dan kawat tembaga berlapis timah atau (finned lopper wire) b). Aluminium : dalam penggunaan kabel, untuk penghantar aluminium terdiri : penghantar bulat tanpa rongga, penghantar bentuk sektoral penghantar bulat berongga. 2). Isolasi (Insulation) Isolasi adalah sifat atau bahan yang dapat memisahkan secara elektris beberapa buah penghantar yang berdekatan, sehingga tidak terjadi kebocoran arus. Menurut jenis isolasi padat yang dipakai pada kabel, dapat di golongkan atas : - Isolasi karet

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

280

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

- Isolasi kertas - Thermoplastik - Thermo setting 3). Tabir (screen) Tabir adalah suatu lapisan yang ada pada kabel yang di pasang sesudah bahan isolasi, dimana tabir ini biasa di jumpai pada kabel tegangan tinggi. 4). Selubung (sheath) Selubung (sheath) di gunakan untuk melindungi inti kabel dari pengaruh luar, seperti : pelindung terhadap korosi, penahan gaya mekanis, mencegah keluarnya minyak dan mencegah masuknya uap air (cairan) kedalam kabel. Selubung (sheaht) ini dapat dibagi tiga golongan yaitu : - Selubung logam : timbal, aluminium - Selubung karet : karet silikon, polychoroprene. - Selubung plastik : PVC b.

Bagian Pelengkap 1). Bantalan (Bedding) Bantalan (bedding) adalah lapisan yang terbuat dari serat – serat yang berguna untuk tempat duduk perisai (armour) dan mencegah proses elektrolisa sehingga tidak merusak bagian dalamnya. Bahan bantalan yang sering digunakan adalah : - Pita kapas (cotton tape) - Pita kertas (paper tape) - Goni (jute) 2). Perisai (Armour) Perisai (armour) ini berfungsi untuk melindungi bahan isolasi dari kerusakan mekanis Secara umum perisai dapat di golongkan atas : - Perisai pita baja (stell tape armour) - Perisai kawat baja (steel wire armour) 3). Bahan Pengisi (Filler) Bahan pengisi biasanya di pakai pada konstruksi kabel yang berinti tiga yaitu di gunakan untuk mengisi ruang (celah) yang kosong sewaktu pemasangan intinya, sehingga

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

281

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

dapat bentuk bulat. Bahan pengisi yang banyak di pakai adalah : - Untuk isolasi kertas di pakai jute (goni) - Untuk isolasi sintetis di pakai jute (goni) dan karet buttle 4). Sarung kabel (serving) Sarung kabel adalah suatu lapisan bahan serat yang di resapi dengan campuran kedap air. Sarung kabel ini biasanya dipasang diatas armour, yang berfungsi adalah selain untuk bertahan bagi perisai, juga sebagai kompnen yang berhubungan langsung dengan tanah, sehingga sarung kabel adalah bagian pertama yang berhubungan dengan (serkena) pengaruh luar. Sarung kabel (serving ) yang sering digunakan adalah jute (goni). 4.

Jenis Kabel Bawah Tanah Menurut jumlah dan susunan hantarannya, kabel bawah tanah meliputi : - Kabel hantaran tunggal (single – core cable) - Kabel tiga hantaran (three – core cable) - Kabel sektoral (sector cable) - Kabel dengan netral konsentris Jenis kabel yang sering di gunakan pada sistem saluran distribusi yaitu pada tegangan kerja 6 kV sampai 30 kV dan saluran sub transmisi pada tegangan kerja 30 kV sampai 220 kV adalah : 1. Kabel ikat (balted cable) 2. Kabel H (Hoclstadter, sercened cable) 3. Kabel isolasi sintetis 4. Kabel isolasi minyak (oil filled cable) 5. Kabel SL (Separated Lead) dan SA (Separated Aluminium) 6. Kabel H.S.L a.

Kabel Ikat (Belted Cable) Kabel ikat adalah kabel yang mempunyai lapisan kertas pengikat (paper belt). Konstruksi dari kabel ini dapat di lihat pada gambar 181.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

282

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Gambar 181. Konstruksi Kabel Ikat

b.

Kabel H (Hodstadter, Screen Cable) Di dalam jenis kabel H, kertas isolasi ikat (paper insulation belt) tidak ada, pada setiap isolasi inti dipasang suatu lapisan yang disebut screen (tabir) yang di buat dari bahan kertas logam (metalized paper) yang berlubang – lubang atas konduktor. Keuntungan penggunaan kabel H ini, adalah adanya peningkatan penyebaran panas yang terjadi pada penghantar, akibatnya akan menaikkan kemampuan membawa arus. Kabel jenis H, biasanya digunakan pada tegangan kerja dari 10 kv sampai 60 kv.

Gambar 182. Konstruksi Kabel H

c.

Kabel Isolasi Sintentis Kabel isolasi sintetis (isolasi padat) adalah seperti kabel XLPE (Cross linked poly ethylene) dan kabel EPR (Ethylene proplene rubber). Didalam kabel isolasi sintentis (padat) ini, setiap lapisan diberi lapisan semi konduktor, kemudian di beri isolasi lalu dipasang semi konduktor dan setelah itu di pasang selubung pelindung (Sheath), yang kadang –kadang Sheath ini terbuat dari tembaga (wire copper) Pada kabel inti tunggal,

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

283

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

sheath berfungsi sebagai kawat netral, hal ini dapat dilihat pada gambar 183.

Gambar 183. Kabel Sintentis Inti Tunggal

Sedangkan untuk kabel berinti tiga, dimana tiga buah intinya yang di beri pelindung (pita tembaga) di pasang bersama, lalu di beri bahan pengisi yang biasanya terdiri dari bahan sintetis, sering juga di pasang perisai (armour), jika diperlukan.

\ Gambar 184. Kabel Sintentis Inti Tiga

d.

Kabel Minyak Kabel isolasi minyak (oil filled cable) adalah suatu kabel yang isolasinya menggunakan minyak. Kabel isolasi minyak ini mempunyai beberapa macam bentuk antara lain adalah : 1). Kabel minyak berbentuk bulat : dimana letak saluran minyak terdapat pada pusat konduktor 2). Kabel minyak datar (flat oil filled cable) dimana tiga kabel dengan selubung timbul di letakkan dengan membuat susunan dan ruang di antara intinya dipergunakan sebagai saluran minyak 3). Kabel minyak dengan tahanan di dalam pipa : dimana tiga buah inti kabel yang telah di beri lapisan tabir (screen), di letakkan di dalam pipa berisi minyak. Cara bekerjanya minyak sebagai isolasi adalah jika pada penghantar / konduktor, temperaturnya naik maka minyak akan mencair, ini akan mengalir kedalam lubang minyak dan bila

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

284

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

temperaturnya turun minyak kembali akan membeku di dalam kabel dengan demikian tidak terjadi gelembung udara, sehingga dapat mencegah timbulnya kerusakan kabel.

Gambar 185. Kabel Minyak Bentuk Bulat

Gambar 186. Kabel Minyak Datar

Gambar 187. Kabel Minyak Dengan Saluran Minyak

Gambar 188. Kabel Minyak Dengan Tahanan

e.

Kabel SL dan Kabel S.A Kabel jenis S.L. dan S.A pada setiap intinya di isolasi dengan kertas, kemudian di pasang selubung timbal untuk kabel S.L. dan selubung aluminium untuk kabel S.A. Kabel jenis ini terdiri dari 3 buah inti kabel, yang mana ketiga inti ini terdiri dari

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

285

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

tiga buah inti kabel inti tunggal, lalu inti tersebut di pasang bersama – sama di lengkapi dengan bahan pengisi (piller), bantalan (bedding)

Gambar 189. Jenis Kabel S.L. dan S.A

f.

Kabel H.S.L Kabel H.S.L. adalah merupakan gabungan antara kabel H dan S.L dimana setiap penghantar (konduktor di isolasi dengan kertas, lalu di lapisi dengan kertas logam atau semi konduktor kemudian di beri selubung timbal lalu ketiga intinya di pasang bersama – sama dan di lengkapi dengan perlengkapan kabel.

Selain itu menurut jenis konduktor yang digunakan, dikenal ada kabel tembaga dan kabel aluminium. Kini orang mulai berangsur – angsur meninggalkan kabel tembaga dan beralih menggunakan kabel aluminium, meskipun saat dialiri tembaga secara elektris maupun pisik lebih baik. 5.

Jenis Isolasi Kabel Tanah Untuk melakukan pemilihan isolasi yang sesuai dengan kebutuhan, diperlukan evaluasi atas data-data sebagai berikut : (Ngapuli, 1988:03) a. Sifat fisis dan penuaan Merupakan sifat yang menunjukan ketahanan isolasi dalam kondisi kerja. Faktor ini erat hubungannya dengan umur kabel. b. Tahanan isolasi Merupakan ukuran terhadap kebocoran isolasi, sehingga turut menetukan besarnya kerugian dielektrik atau efisiensi dari pada suatu saluran transmisi/distribusi. Faktor yang biasanya dinyatakan dengan tahanan jenis isolasi. Bahan isolasi umumnya mempunyai koefesien suhu negatif, yaitu tahanan isolasi turun dengan naiknya suhu. Karena itu persyaratan tahanan jenis isolasi biasanya diberikan pada suhu kerja bahan tersebut.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

286

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

c.

d.

e. f.

g. h. i.

Faktor daya Merupakan perbandingan antara daya aktif dan daya sebenarnya. Jadi merupakan ukuran secara langsung atas efisiensi saluran transmisi/ distribusi. Konstanta dielektrik Merupakan karakteristik bahan isolasi yang menetukan kerugian dielektrik sebagai fungsi frekuensi. Ketahanan terhadap air. Ketahanan terhadap korona dan ionisasi Menentukan ketahanan isolasi terhadap tegangan tinggi dalam frekuensi daya atau dalam bentuk impuls. Fleksibilitas mekanis. Kondisi sekitar tempat instalasi. Biaya (kabel, alat penyambung dan instalasi).

Ada beberapa isolasi kabel yaitu : - Kertas (di impegnasi di dalam cairan minyak) - Karet - Kain (dengan vernis) - PVC (Poly Vinyl Chloride) - PE (Poly Ethylene) - XLPE (Cross Linked Poly Ethylene) Isolasi kabel tanah tegangan tinggi tidak saja berfungsi sebagai penyekat (isolator) atau pengaman, tetapi juga berfungsi sebagai pelengkap atau pendukung kerja transmisi tenaga listrik pada saluran kabel tanah itu sendiri. Isolasi kabel tanah umumnya terdiri dari jenis isolasi kertas, karena meresap minyak dan campuran biasanya digunakan pada kabel minyak isolasi sintesis dan isolasi mineral. Sifat-sifat dielektris yang penting untuk isolasi adalah: (a) Tahanan isolasi yang tinggi, (b) Kekuatan dielektris yang tinggi, (c) Sifat mekanis yang baik, (d) Tidak bereaksi terhadap asam dan lembab a.

Isolasi kertas. Kabel tanah berisolasi kertas dapat digunakan untuk tegangan tinggi sampai 400 KV, baik untuk kabel minyak bertekanan rendah (low pressure oilfiled– LPOF) yang terpadu dalam satu kabel (self contained) dan kabel berisolasi kertas yang dimasukan kedalam pipa, lalu diisi dengan minyak bertekanan tinggi (high pressure oil filed – LPOF).

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

287

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Kertas sebagai isolasi dapat berupa kertas kering maupun kertas yang diresapi minyak. Pada saat dibuat dipabrik (oil impregnated paper), dimana kekuatan dielektrik kertas itu tergantung pada ketebalan, kepadatan ketahanan terhadap air (impermeabilitas), kekuatan tarik (tensile strength), kemuluran (elogation),permitivitas relative, faktor disipasi dan kekuatan tembus listriknya. Peresapan kertas dengan minyak pada kabel tegangan tinggi (diatas 30 KV), dimaksudkan untuk menghindari agar serat-serat kertas tidak pecah karena terbentuknya kantong-kantong udara (void) atau gas dalam kertas isolasi yang dapat berkembang dan mengkerut menjadi bagian-bagian yang tidak sama, dengan bertambahnya panas pada siklus beban. Tekanan pada kantong udara ini adalah tinggi, sehingga terjadi pelepasan muatan (discharge) yang menimbulkan panas dan dapat menghanguskan kertas. Dengan kata lain kertas sebagai isolasi mengalami “partial discharge” yang mengakibatkan kegagalan isolasi (break down insulation). b.

Isolasi Campuran dan Diresapi Minyak. Pada hakekatnya kabel dengan jenis isolasi campuran dan diresapi minyak adalah kabel yang berisolasi kertas yang diresapi minyak pada saat dibuat (oil impregnated paper), dimana didalam kabel tersebut dialiri dengan minyak yang bertekanan minyak. Dalam hal ini yaitu berfungsi sebagai: isolasi listrik yang memperkuat dielektrik pada kertas isolasi dan media pendinggin kabel. Kabel (isolasi) kertas yang diresapi minyak (oil impregnated) biasanya digunakan untuk saluran transmisi bawah tanah, meskipun untuk tegangan dibawah 35 kV kabel plastik atau kabel butyl juga dipakai. Sebagai penghantar biasanya digunakan kawat tembaga berlilit (annealed stranded), meskipun kawat aluminium berlilit (karena ringan) juga dipakai untuk kabel udara. Sebagai pembungkus sering digunakan timah hitam, meskipun alumunium sekarang juga disukai, bukan saja untuk kabel udara, tetapi juga untuk kabel minyak. Sebagai kulit pelindung digunakan pita baja untuk kabel tiga-kawat yang ditaruh langsung dan kawat baja untuk kabel tiga-kawat yang ditaruh didasar laut . Kawat tembaga, kawat baja tahan karat dan kawat aluminium digunakan bila kabel satu-kawat dipasang dengan tarikan.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

288

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

c.

Isolasi PVC Merupakan jenis kabel yang berkawat satu atau lebih, berisolasi dan berselubung PVC, tegangan nominal 500 volt. Kabel NYM biasanya digunakan untuk instalasi biasa di dalam gedung, dalam ruang kering maupun lembab dan di atas atau di bawah semen. Di samping itu, karena kemampuan mengalirkan arus yang lebih besar, pada umumnya dapat digunakan kabel XLPE dengan ukuran penghantar satu tingkat di bawah kabel kertas.

d.

Isolasi XLPE (Cross Linked Poly Ethylene) Dari segi isolasi, sekarang orang mulai menggunakan XLPE yang memiliki ketahanan kerja lebih baik, meskipun harganya mahal dibandingkan dengan isolasi sintetis jenis lain. XLPE mempunyai karakteristik paling baik, tetapi pada umumnya isolasi sintetis mempunyai kelebihan di bandingkan dengan isolasi kertas yaitu : a. Lebih bersih b. Ringan, karena tak memerlukan selubung logam c. Perbaikan dan pemeliharaannya mudah d. Cara penyambungannya sederhana e. Suhu kerjanya lebih tinggi (khusus XLPE), karena itu kapasitas penyalurannya besar. Isolasi XLPE digunakan pada kabel yang bertegangan mencapai 110 kV atau biasa digunakan pada kabel tegangan menengah. Keuntungan dari isolasi XLPE adalah : a. Suhu kerja lebih tinggi sehingga dapat dialiri arus yang lebih tinggi. b. Bobot yang ringan. c. Bisa digunakan pada frekuensi tinggi. Adapun permasalahan yang terdapat pada isolasi PE (XLPE) adalah lebih sensitif terhadap pelepasan muatan (partial discharges), serta umur bahan yang tidak terlalu lama. Apabila sering terjadi pelepasan muatan maka disini akan terjadi suatu kegagalan pada isolasi tersebut, yaitu mengalirnya muatan pada isolasi. Hal ini tidak diinginkan, karena ini sangat berpengaruh terhadap umur bahan. Bentuk kegagalan yang dominan adalah kegagalan thermal, yang dipengaruhi oleh suhu dari kabel tersebut akibat dialiri oleh tegangan, khususnya tegangan bolakbalik.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

289

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Karakteristik masing-masing bahan isolasi diberikan pada tabel di bawah ini : Tabel 21. Karakteristik Bahan Isolasi KI

PVC

PE

XLPE

EPR

- normal

65

70

- beban lebih

75

-

70

90

90

-

130

-

150

160

150

250

250

-

sb

c

sb

sb

- kelembaban

brk

sb

sb

sb

sb

- api

brk

b

brk

c

c

Isolasi Temperatur kerja maks ( ° C )

- akhir hubung singkat Ketahanan terhadap : - zat kimia

Kelenturan

brk

c

c

c

sb

63/750

10

400

225

132

Batas Tegangan (kV) Sumber : (Ngapuli, 1988:04) Keterangan : KI = kertas impregnasi B = baik Brk = buruk C = cukup Sb = sangat baik

D. Konstruksi Saluran Bawah Tanah 1. Pemasangan Kabel Bawah Tanah Beberapa faktor penting yang perlu diingat pada saat pemasangan kabel adalah : (PLN Operasi & Pemeliharaan Jaringan Distribusi, 1995:18) a. Sebelum meletakkan kabel, isolasinya harus diperiksa dengan megger sebagai pemeriksaan pencegahan kemungkinan adanya kerusakan. b. Penggulungan kabel harus diputar searah dengan tanda panah yang ada padanya. Jika tanda itu tidak ada, penggulungan harus diputar searah dengan akhiran kabel di dalam dan berlawanan arah dengan akhiran luar. c. Kabel harus diambil dari bagian puncak penggulungan dengan tanjakan penyangga, jika perlu penggulungan direm guna menghindari putaran terlalu cepat. d. Jika perlu dipindahkan, penggulungan kabel harus dipindahkan dengan roda-roda kabel.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

290

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

e.

f.

g. h.

i.

Jari-jari pemasangan harus dibuat sebesar mungkin. Jari-jari pemasangan harus sesuai dengan yang dianjurkan dalam IS : 1225-1967. Pada cuaca dingin kabel harus dipanasi sebelum ditangani. Kabel tersebut harus dipasang ketika suhunya diatas 0 °C (32 °F) dan tidak boleh turun dari suhu tersebut selama 24 jam. Harus dibuat percobaan kelembaban pada bahan penyambungan sebelum penyambungan. Bila kabel disambungkan dengan kabel yang sudah terpasang, jajaran teras dari ujung yang lain harus berlawanan arah, jadi jika satu ujung searah jarum jam, ujung yang lain harus berlawanan dengan jarum jam. Hal ini perlu untuk menghindari teras ketika sedang menyambung. Suatu sambungan menjadi titik terlemah dari sistem distribusi tenaga listrik, semua usaha pencegahan harus dilakukan untuk melindungi kabel.

 

 

Gambar 190.Teknik pemasangan kabel bawah tanah pada ruangan saluran kabel.

 

 

Gambar 191. Konstruksi Penarikan Kabel Tanah

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

291

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Kabel pada saluran distribusi bawah tanah tegangan menengah yang dipakai adalah kabel tanah dengan pelindung mekanis bagian luar (pita baja), dengan berpelindung medan magnet dan elektris. Kabel dapat berbentuk multicore belted cable atau single core full isolated cable. Kabel tanah diletakkan pada : a. Minimum 0.8 meter di bawah permukaan tanah pada jalan yang dilewati kendaraan. b. Minimum 0.6 meter di bawah permukaan tanah pada jalan yang tidak dilewati kendaraan. c. Lebar galian sekuran-kurangnya 4 meter.

Gambar 192. Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Dibawah Jalan Raya

Cara pemasangan kabel tanah di atur dalam pasal 744. antara lain ditentukan sebagai berikut. Kabel tanah yang dipasang di dalam tanah harus dilindungi terhadap kemungkinan terjadinya gangguan mekanis dan kimiawi. Perlindungan terhadap gangguan mekanis pada umumnya dianggap mencukupi jika kabelnya di tanam : a. minimun 80 cm di bawah permukaan tanah pada jalan yang dilalui kendaraan: b. minimum 60 cm di bawah permukaan tanah yang tidak di lalui kendaraan (ayat 744 A2). Kabelnya harus diletakkan di dalam pasir atau tanah lembut yang bebas dari batu-batuan , dan di atas galian tanah yang stabil , kuat dan rata. Lapisan pasir atau tanah itu harus sekurang-kurangnya 5 cm di sekeliling kabel. Sebagai perlindungan tambahan di atas timbunan pasir atau tanah lembut dapat dapat dipasang beton, batu bata pelindungan (ayat A4).

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

292

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Kabel tanah yang dipasang keluar dari tanah di luar bangunan harus di lindungi dengan pipa baja atau bahan lain yang cukup kuat sampai di luar jangkauan tangan, kecuali kalau sudah ada perlindungan lain yang sederajat (ayat 744 F1). Sambungan antar kabel tanah berperisai atau berselubung logam harus dibuat dengan salah satu cara berikut ini (ayat 741 B4) : a.. dibuat dalam kotak sambung kabel tanah: perisai atau selubung logamnya harus ikut dimasukkan ke dalam kotak sambung sampai suatu batas tertentu dan kotaknya harus diisi dengan kompon isolasi yang tahan lembab : b. dibuat di dalam suatu tabung timbel yang diselubungkan pada selubung luar kabel. c. Dibuat dengan cara lain yang dibenarkan. Kabel tanah harus di perlakukan dengan hati-hati dan sekali-kali tidak boleh dipuntir atau ditekuk. Karena itu mengeluarkan kabel yumal dari haspel harus dilakukan dengan cara memutar haspelnya (lihat gambar 17). Juga tarikan dan tekanan mekanis yang berlebihan harus dihindari . pembekokkan kearah berlawanan pun harus dibatasi sedapat mungkin ( lihat gambar 18 ). Kabel tanah harus diangkut dan disimpan dalam haspel yang diletakan berdiri.Haspelnya harus cukup besar. Untuk kabel tanah berpariasi harus digunakan haspel dengan diameter dalam yang sekurang-kurangnya sama dengan 25 kali diameter luar kabel. Kalau terpaksa harus digelar diatas tanah, kabelnya harus digelar dalam bentuk angka 8 yang ukurannya cukup besar, yaitu sekurang-kurangnya 8x3m ( gambar 19 ). Tanahnya harus rata dan bebas dari batu-batuan dan sebagainya. Ujung kabel tanah tidak boleh dibiarkan terbuka,tetapi harus selalu ditutup rapat dengan cara yang tepat untuk mencegah air masuk dan lembab ke dalam kabel. Kabel yang dipasang harus dilapisi pasir halus setebal minimum 5 cm dari permukaan kulit kabel dan kabel bagian atas diberi pelindung mekanis untuk maksud keamanan, terbuat dari beton, batu atau bata. Kabel bawah tanah tidak jarang melewati persilangan, persilangan kabel, persilangan kabel telekomunikasi dan kabel listrik (non PLN), persilangan dengan rel kereta api, persilangan dengan jalan raya, persilangan dengan saluran air. Berikut ini ketentuan pemasangan kabel tanah jika ada persilangan: 2.

Persilangan Kabel Bawah Tanah Kabel harus dilindungi pipa beton belah atau lempengan minimum tebal 6 cm. pipa beton belah dilebihkan 0.5 meter pada

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

293

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

sisi kiri kanan persilangan, tutup pelindung minimal 5 cm lebih lebar dari kabel yang dilindungi.

Gambar 193.Pemasangan Kabel Tanah Pada Jembatan Beton

b.

Persilangan kabel telekomunikasi dan kabel listrik (non PLN) Kabel listrik harus dibawah kabel telekomunikasi, kabel harus dilindungi dengan pelindung (pipa beton belah, plat beton, pipa yang tahan api). Kedua sisi persilangan pelindung ditambah 0.5 meter.

Gambar 194. Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Dengan Kabel Telekomunikasi dan Kabel Listrik

c.

Persilangan dengan rel kereta api Rel kabel harus berjarak minimal 2 meter dari rel kereta api, jika terjadi persilangan, kabel harus dimasukkan dalam pipa gas dengan diameter minimal 4 inch (10 cm) dan dilebihkan 0.5 meter dari masing-masinggaris vertical kiri kanan rel kereta api dengan kedalaman 2 meter di bawah rel kereta api.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

294

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

Gambar 195. Konstruksi Penanaman Kabel Bawah Tanah Dibawah Rel Kereta Api

d.

Persilangan dengan jalan raya Kabel harus dimasukkan dalam pipa beton atau PVC atau selubung baja, yang dilebihkan masing-masing 0.5 meter sisi kiri kanan bahu jalan. Di bawah penerangan kabel harus dilindungi dengan pelindung pipa beton separuh, PVC atau sejenisnya.

Gambar 196. Konstruksi Penanaman Kabel Bawah Tanah Dibawah Jalan Raya Aspal.

Gambar 197. Konstruksi Penanaman Kabel Tanah Melintasi Jalan Raya

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

295

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

e.

Persilangan dengan saluran air Kabel harus ditanam minimal 1 meter di bawah saluran air. Jika di bawah laut harus ditanam sedapat mungkin 2 meter di bawah dasar laut. Sedangkan jarak minimal kabel tanah dengan bangunan air adalah 0.3 meter dan harus dimasukkan kedalam pipa beton/logam dengan diameter minimal 10 cm dan dilebihkan 0.5 meter pada sisi perlintasan. Untuk kedua tepi saluran air tempat kabel ditanam harus diberi tanda yang cukup untuk dilihat pengemudi kapal dan jika harus menyeberangi saluran air, jembatan kabel khusus harus tersedia.

Gambar 198. Konstruksi Lintasan Kabel Tanah Diatas Sungai.

Gambar 199. Konstruksi Kabel Tanah Menyebrangi Pipa Atau Kabel

3.

Penyambungan Kabel Bawah Tanah ting secara umum adalah pemasangan kotak sambungan. Umumnya kabel didesain bahwa satu perancangan sambungan terandalkan dan harus sesuai dengan penerapan di dalam pabrik dan di dalam medan. Kemampuan sambungan harus baik pada pemasangan awal suatu saluran, karena pada penyimpanan atau penanaman setiap kabel di dalam tanah dan ruang terkurung dapat dipastikan beroperasi di bawah bermacam-macam kondisi cuaca. (Gilbertson, 2001:127) Kondisi-kondisi untuk suatu penyambungan kabel di pabrik dapat dijadikan contoh. Penyambungan dapat dilaksanakan di bawah kondisi-kondisi ruang kamar yang bersih dengan kendali dari suhu

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

296

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

dan kelembaban. Waktu dan ruang serta keahlian pekerja harus siap tersedia dengan bermacam perkakas saat pemasangan sambungan. Hasil pemasangan sambungan kabel ini diharapkan memenuhi syarat dan perintah penyambungan di pabrik.

 

Gambar 200. Konstruksi Penyambungan Secara Simplex Pulling Grip

  Gambar 201. Konstruksi Penyambungan Secara Duplex Pulling Grip

Gambar 202. Konstruksi Penyambungan Kabel Bawah Tanah Dengan Pelindung Isolasi PE, XLP, dan EPR.

4.

Terminating Kabel Bawah Tanah Terminating secara umum adalah pemasangan kotak ujung. Suatu terminasi adalah suatu cara menyiapkan ujung suatu kabel untuk menyediakan elektrik cukup dan sifat mekanis. Suatu terminasi terdiri dari membentuk ujung kabel untuk menerima tegangan dari kabel dan digunakan untuk hubungan busbar , sebagai contoh, switchgear. Tegangan itu dimasukkan dengan pengetaman isolasi/penyekatan ke dalam suatu tegangan membebaskan tahanan. Ujung kabel yang dibentuk dipusatkan di dalam satu busing insulator yang diisi dengan membatasi cairancairan atau gas. Pelindung insulator, biasanya keramik. Terminasi-terminasi untuk XLPE sebagian besar dari tangan mem- bentuk tipe kerucut tegangan atau dengan perakitan kerucut

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

297

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

tegangan dari suku cadang karet yang premodial. Cairan silikon digunakan untuk kisi keramik.

Gambar 203. Terminating Kabel Bawah Tanah Pada Tiang Opstijg Cable

Gambar 197. Kabel Netral Konsentris Gambar 204 Terminating Kabel NA2XSEFGbY

E. Pengaman Kabel Bawah Tanah Disebabkan bahwa jaringan distribusi bawah tanah kebanyakan merupakan feeder radial dengan sumber daya terletak pada satu ujung saja, sehingga untuk pengamanannya cukup digunakan relay arus lebih saja. Pada sistem yang mempunyai dua sumber daya yang terletak di kedua ujungnya pengamanan dengan menggunakan relay arus lebih tidak memenuhi syarat. Penggunaan relay impedansi pada kabel tanah juga DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

298

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

tidak akan memberikan hasil yang baik karena tahanan gangguan relatif lebih besar dibandingkan tahanan fase kabel, sehingga penggunaan relay impedansi sering mengalami kegagalan. Pada kabel tanah gangguan yang terjadi adalah gangguan permanen sehingga tidak boleh digunakan relay penutup balik (recloser), karena penggunaan penutup balik pada gangguan permanen memberikan dampak yang dapat merusak peralatan. Untuk pengamanan kabel tanah yang mempunyai sumber daya pada kedua ujungnya dipakai relay differensial yang membandingkan besar arus pada kedua ujungnya.

F. Pelacakan Lokasi Gangguan Beberapa peralatan dan teknik yang digunakan untuk mengetahui lokasi gangguan jaringan bawah tanah, diantaranya : 1. Melacak dan mencari Pada bagian sistem radial yang mengalami kerusakan pengaman (fuse), lokasi yang mengalami gangguan dibatasi dengan membuka/melepas kabel, setelah kabel terlepas lalu dilakukan penggantian fuse. Penggunaan fuse dengan pembatas arus akan mengurangi gangguan arus tetapi akan meningkatkan biaya. 2.

Indikator Gangguan Indikator jaringan yang terganggu adalah sebuah peralatan kecil yang dipasang disekitar kabel sebagai pengukur arus dan penghantar sinyal dari arus gangguan. Pendeteksi gangguan jaringan bukanlah penunjuk gangguan yang akurat, setelah diidentifikasi lokasi gangguan, hendaknya masih dilakukan pendeteksi gangguan dengan metode lain untuk mendapatkan likasi yang terganggu secara tepat.

Gambar 205. Indikator gangguan

3.

Alat Pelacak Ground Penerating Radar (GPR) Penggunaan GPR untuk mendeteksi lokasi gangguan pada jaringan bawah tanah disebut dengan otomata. Hasil yang didapat dari GPR adalah file gambar, dengan menerapkan konsep otomata akan

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

299

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

diketahui dan dilacak pola difraksi file gambar yang diperoleh dari GPR, sehingga dapat diketahui kedalaman dan jari-jari (diameter) dari kabel listrik.

Gambar 206. Gambar keluaran Alat GPR

Gambar 207. Hasil Akuisisi Data Alat GPR

Gambar 208. Alat Pelacak Gangguan Kabel Tanah.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

300

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

JARINGAN DISTRIBUSI BAWAH TANAH

301

DAFTAR REFERENSI

Daftar Referensi Arismunandar, Artono & Kuwahara, Susumu, (1973) : Buku Pegangan TEKNIK TENAGA LISTRIK, Jilid II : Saluran Transmisi, Cetakan Pertama, Tokyo : Association for International Technical Promotion & Jakarta : Pradnya Paramita. Arismunandar, Artono & Kuwahara, Susumu., (1973) : Buku Pegangan TEKNIK TENAGA LISTRIK, Jilid III : Gardu Induk, Cetakan Pertama, Tokyo : Association for International Technical Promotion & Jakarta : Pradnya Paramita. Arismunandar, Artono., (1975) : Teknik Tegangan Tinggi, Cetakan Ketiga, Jakarta : Pradnya Paramita. Assauri, Sofjan, (1984), Teknik dan Metode Peramalan, Penerapannya Dalam Ekonomi dan Dunia Usaha, Jakarta : Lembaga Penerbit Fakultas Ekonomi Universitas Indonesia. Baptidanov, L. and Tarasov, V. (tak jelas), Power Stations and Substations, Moscow : Peace Publishers. Bayliss, Colin., and Hardy, Brian., (2007), Transmision and Distribution Electrical Engineering, Oxford : Newnes. Brown, Richard E., (2002) : Electric Power Distribution Reliability, New York : Marcel Dekker Inc. Brown, Richard E., (2002) : Electric Distribution Reliability, New York : Marcel Dekker, Inc. Cadick, John., (1999) : Cables and Wiring, Second Edition, New York : Delmar Publishers. Central Station Engineers, (1964) : Electrical Transmission and Distribution, Reference Book, Fourth Edition, East Pittsburgh, Pennsyvania : Westinghouse Electric Corporation. Dawes, Cherter L., (1970) : A Course in Electrical Engineering, Volume II : Alternating Current, Tokyo : McGraw-Hill Book Company, Inc. & Kogakusha Company, Ltd. Deshapande, M.V., (1979), Elements of Electrical Power Station Design, New Delhi : Wheeler Publishing. Deshpande,M.V., (1980) : Electrical Power System Design, New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. Dewberry, R.A., (1982) : Electric Distribution Systems Engineering, New York : McGraw-Hill Publicatiuons Company. Freeman, P.J., (1980) : Electric Power Transmission and Distribution, Second Edition, London : Harrap & Co. Ltd.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LITRIK

302

DAFTAR REFERENSI

Girdhar, S.K., Garg, G.G., and Garg, J.N., (1980), Generation, Protection, Switch Gear and Economic of Electrical Power, Satya Prakhashan, New Delhi : Tech India Publication. Gonen, Turan., (1986) : Electric Power Distribution System Engineering, New York : McGraw-Hill Book Company, 738p. Gupta, J.B., (1981) : A Course In Electrical Power, Sixth Edition, Ludhiana (India) : Katson Publishing House, p. 896 + xviii. Gupta, J.B., (1981) : A Course in Electrical Technology, Seventh Edition, Ludhiana (India) : Katson Publishing House. Gupta, P.C., (1971), Stochastic Approach to Peak Power Demand Forecasting in Electric Utility System, IEEE Trans, Pas 90, No. 2 March/April 1971. Grigsby, L.L., (2001) : Electric Power Engineering Handbook, California : CRC Press and IEEE Press. Hutauruk, T.S., (1987) : Pentanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetahuan Peralatan, Jakarta : Penerbit Erlangga, h.160 + ix. Kadir, Abdul., (2000), Distribution dan Utilisasi Tenaga Listrik, Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia. Lakervi, E. & Holmes, E. J., (1989), Electricity Distribution Network Design, London : Peter Peregrinus Ltd. Marsudi, Djiteng., (1990) : Operasi Sistem Tenaga Listrik, Jakarta : Balai Penerbit & Humas Institut Sains dan Teknologi Nasional (ISTN). Mittal, M.P., (1973) : Generation, Transmission, and Distribution of Electric Power, New Delhi : Satya Prakashan. Montgomery, Douglas C., and Johnson, Enywood A., (1976), Forecasting and Time Series Analysis, New York : Mc. Graw Hill Book Company. Momoh, James A., (2008), Electric Power Distribution, Automation, Protection, and Control, New York : CRC Press. Muhyi, Yumarsono : Deteksi Kabel Listrik Bawah Tanah dengan Otomata. Jakarta : STMIK Indonesia. Pabla, A. S., (1986) : Sistem Distribusi Daya Listrik, terjemahan Abdul Hadi, Jakarta : Penerbit Erlangga. Pabla, A.S., (2005) : Electric Power Distribution, New York : McGraw-Hill. Pansini, Anthony J., (1970), Basic Electrical Power Distribution, Volume I & II, Bombay : D. B. Taraporevala Sons & Co. Pvt. Ltd. Pansini, Anthony J., (1983), Electrical Distribution Engineering, New York : McGraw-Hill Book Company. PLN Pembangunan VII, (1970) : Distribution System Design Consideration for Central Java Indonesia, Semarang : PLN Pembangunan VII Kelistrikan Jawa Tengah II. Rao, T.S. Madhava., (1974) : Principles and Practice of Electric Power Trasfer Systems, New Delhi : Khanna Publishers.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LITRIK

303

DAFTAR REFERENSI

Rochmanhadi, (1993), Teknik & Ekonomi Pembangkit Tenaga (Power Plant), Semarang : Penerbit Yayasan Gema Aproteknika. Sabri, Yusra., (1990) : Analisa Topologi Jaringan Distribusi, Bandung : Tim Pelaksana Penyelenggaraan Pendidikan & Penataran Sarjana Teknik PLN Kerjasama PLN - ITB. Sabri, Yusra., (1990) : Konsep Rancangan Sistem Distribusi dan Peramalan Beban, Bandung : Tim Pelaksana Penyelenggaraan Pendidikan & Penataran Sarjana Teknik PLN, Kerjasama PLN - ITB. Seely, H.P., (1980) : Electrical Distribution Engineering, New York : McGrawHill Book Company, Inc. Short, T.A., (2006) : Electric Power Distribution Equipment and Systems, New York : CRC Press and Taylor & Farncis Short, T.A., (2006) : Electrc Power Distribution Handbook, New York : CRC Press and Taylor & Farncis Group. Starr, A.T., (1973) : Generation, Transmission and Utilization of Electrical Power, Fourt Edition, London : The ELBS and Pitman Publishing. Supranto, J., (1984), Metode Ramalan Kuantitatif Untuk Perencanaan, Jakarta : Penerbit PT Gramedia. Theraja, B. L., (1978) : A Text-Book of Electrical Technology, Seventeenth Edition, New Delhi : S. Chand & Co. Ltd. Uppal, S.L., (1989), Electrical Power, New Delhi : Khana Publisher. Willis, H. Lee., (2004) : Power Distribution Planning Reference Book, Second Edition, New York : Marcel Dekker, Inc.



DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LITRIK

304

DAFTAR REFERENSI

F. Soal Evaluasi Soal-soal pertanyaan : 1. Faktor-faktor apa saja yang menjadi pertimbangan dalam menentukan tegangan sistem dari suatu jaringan ? 2. Faktor-faktor apa saja yang menentukan kualitas sistem jaringan distribusi tenaga listrik ? 3. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi keterandalan suatu sistem jaringan distribusi tenaga listrik ? 4. Apa alasan Pemerintah menetapkan tegangan sistem jaringan distribusi 275 kV menjadi tegangan 500 kV ? 5. Jelaskan dampak positif dan dampak negatif sistem jaringan distribusi langsung dan sistem jaringan distribusi tak langsung terhadap konsumen tenaga listrik.

E. Evaluasi Soal-soal pertanyaan : 1. Mengapa jaringan distribusi tenaga listrik di Indonesia lebih banyak menggunakan jaringan arus bolak-balik (AC) dan mengapa tidak menggunakan jaringan arus searah (DC). DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LITRIK

305

DAFTAR REFERENSI

2.

Penggunaan jaringan di bawah tanah (underground lines) memerlukan pertimbangan-pertimbangan teknis. Apa alasan dan jenis pertimbangan teknis tersebut ? 3. Jaringan distribusi sekunder pada wilayah perumahan sering digunakan sistem jaringan radial terbuka. Apa keuntungan dan kelemahan menggunakan sistem jaringan radial terbuka tersebut. 4.. Sebutkan beberapa permasalahan yang tejadi pada sistem jaingan interkoneksi.

E. Evaluasi Soal-soal pertanyaan : 1. Data apa saja yang diperlukan dan menjadi dasar dalam perencanaan dan pengembangan jaringan distribusi tenaga listrik ? 2.

Jenis survey apa saja yang dilakukan di dalam upaya membangun jaringan distribusi tenaga listrik ?

.

DAMAN SUSWANTO : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LITRIK