FAKTOR PENUNJANG STABILITAS PADA SISTEM

(1)

MAKALAH

FAKTOR PENUNJANG STABILITAS PADA

SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

Disusun Oleh :

KELOMPOK V

Reiza Hs : 2010010205 Rahmat Hidayat : 2010010058 Rindang Robby : 2010010089 Nano Helgi H : 2010010113

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PAMULANG

TANGERANG SELATAN

(2)

BAB I PENDAHULUAN

Kestabilan sistem tenaga listrik harus dipertahankan dan dijaga untuk menjamin keberadaan dan menghindarkan terjadinya padam total (blackout) pada suatu sistem tenaga listrik. Memastikan kecepatan kerja sistem proteksi untuk melokalisir gangguan dan skema pelepasan beban oleh under frequency relay merupakan cara yang umum digunakan oleh pengelola sistem PLN untuk menghindari terjadinya ketidakstabilan sistemnya. Namun demikian masih dibutuhkan proteksi lain yang digunakan khusus untuk mengamankan sistem maupun peralatan (misalnya generator) bila ketidakstabilan sistem muncul sebagai akibat dari lemahnya sistem tersebut atau lemahnya kerja sistem proteksi, yaitu dengan penggunaan out-of-step relay.

Faktor yang Mempengaruhi Keandalan Sistem Distribusi

Keandalan sebuah sistem distribusi pada dasarnya ditentukan oleh hal-hal sebagai berikut :

 Konfigurasi dari sistem distribusi

 Keandalan masing – masing komponen yang menyusun sistem distribusi tersebut.

 Pengaturan operasi saluran distribusi

Sistem distribusi dengan konfigurasi tertentu dapat lebih andal dari sistem distribusi konfigurasi lain, walaupun masing-masing mempunyai komponen yang sama. Makin andal suatu konfigurasi, maka biayanya juga semakin mahal. Hal ini misalnya dapat dilihat pada sistem konfigurasi radial dan sistem konfigurasi spindle, dimana sistem konfigurasi spindle lebih andal, karena dilengkapi dengan gardu hubung dan express feeder sehingga memungkinkan gardu distribusi salah satu feeder disuplai oleh express feeder, tetapi dengan sendirinya investasi yang harus ditanamkan lebih mahal yaitu untuk biaya gardu hubung dan express feeder terse but. Sedangkan keandalan dari masing - masing komponen distribusi tersebut dapat dilihat dari kegagalan yang terjadi dari komponen itu sendiri.

Terjadinya kegagalan komponen distribusi dapat disebabkan oleh beberapa faktor yang antara lain

a. Faktor dalam yaitu kegagalan yang terjadi karena kondisi komponen itu sendiri seperti sarnbungan kabel yang tidak sernpurna, isolasi buruk dan lain-lain.

b. Faktor luar : yaitu kegagalan yang terjadi diluar seperti tingginya kelembaban pada gardu, pencemaran udara, dan lain-lain.

(3)

1.1 Rumusan masalah

Sesuai dengan judul makalah yang telah disepakati maka makalah ini akan membahas tentang faktor – faktor kestabilan distribusi.

1.2 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah diatas dapat diambil tujuan dalam pembuatan makalah ini yaitu:

1. Kestabilan suatu peralatan atau sistem secara umum dapat didefenisikan sebagai probabilitas suatu alat atau sistem untuk menyelenggarakan tujuannya secara cukup untuk periode waktu tertentu dan kondisi operasi tertentu.

2. Sistem Distribusi: Merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen.

1.3 Batasan masalah

Agar tidak menyimpang dari makalah ini maka penulis membatasi tentang apa yang akan dibahas dalam makalah ini:

1. Pengertian Stabilitas

2. Persamaan Ayunan (Swing Equation) 3. Sistem Distribusi Tenaga Listrik

(4)

BAB II TEORI DASAR

2.1 Pengertian Stabilitas

Suatu sistem tenaga listrik yang baik harus memenuhi beberapa syarat, seperti : Reliability, Quality dan Stability.

1. Reliability adalah :

Kemampuan suatu sistem untuk menyalurkan daya atau energi secara terus menerus”.

2. Quality adalah :

Kemampuan sistem tenaga listrik untuk menghasilkan besaran-besaran standart yang ditetapkan untuk tegangan dan frekuensi”.

3. Stability adalah :

Kemampuan dari sistem untuk kembali bekerja secara normal setelah

mengalami suatu gangguan”.

Dalam sistem tenaga listrik yang baik maka ketiga syarat tersebut harus dipenuhi yaitu sistem harus mampu memberi pasokan listrik secara terus menerus dengan standar besaran untuk tegangan dan frekuensi sesuai dengan aturan yang berlaku dan harus segera kembali normal bila sistem terkena gangguan.

Untuk jaringan yang sangat komplek dimana beberapa pembangkit saling terkoneksi satu sama lain maka keluaran daya elektris berupa besaran seperti tegangan dan frekuensi haruslah diperhatikan agar tidak ada pembangkit yang kelebihan beban dan pembangkit yang lain bebannya kecil.

(5)

sehingga mengakibatkan kerja dari pembangkit yang lain menjadi lebih berat. Untuk itu diperlukan satu penelaahan kestabilan agar pembangkit yang

terganggu tidak terlepas dari sistem.

Analisis kestabilan biasanya digolongkan kedalam tiga jenis, tergantung pada sifat dan besarnya gangguan yaitu :

1. Kestabilan keadaan tetap (Steady State Stability) 2. Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)

3. Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

1. Kestabilan keadaan tetap

Kestabilan keadaan tetap adalah Kemampuan sistem tenaga listrik untuk menerima gangguankecil yang bersifat gradual, yang terjadi disekitar titik keseimbangan pada kondisi tetap. Kestabilan ini tergantung pada karakteristik komponen yang terdapat pada sistem tenaga listrik antara lain : Pembangkit, Beban, Jaringan transmisi, dan Kontrol sistem itu sendiri. Model pembangkit yang digunakan adalah pembangkit yang sederhana (sumber tegangan konstan) karena hanya menyangkut gangguan kecil disekitar titik keseimbangan.

2. Kestabilan Dinamis

Kestabilan Dinamis adalah Kemampuan sistem tenaga listrik untuk kembali ke titik keseimbangan setelah timbul gangguan yang relatif kecil secara tiba-tiba dalam waktu yang lama. Analisa kestabilitas dinamis lebih komplek karena juga memasukkan komponen kontrol otomatis dalam perhitungannya.

3. Kestabilan Peralihan

Kestabilitas Peralihan adalah Kemampuan sistem untuk mencapai titik keseimbangan / sinkronisasi setelah mengalami gangguan yang besar sehingga sistem kehilangan stabilitas karena gangguan terjadi diatas kemampuan sistem.

Analisis kestabilan peralihan merupakan analisis yang utama untuk menelaah perilaku sistem daya misalnya gangguan yang berupa :

1. Perubahan beban yang mendadak karena terputusnya unit pembangkit.

(6)

Sistem daya listrik masa kini jauh lebih luas, ditambah interkoneksi antar sistem yang rumit dan melibatkan beratus-ratus mesin yang secara dinamis saling mempengaruhi melalui perantara jala-jala tegangan extra tinggi, mesin-mesin ini mempunyai sistem penguatan yang berhubungan.

Kisaran masalah yang dianalisis banyak menyangkut gangguan yang besar dan tidak lagi memungkinkan menggunakan proses kelinearan. Masalah kestabilan peralihan dapat lebih lanjut dibagi kedalam ”Kestabilan ayunan pertama (first swing) dan ayunan majemuk (multi swing).

Kestabilan ayunan pertama didasarkan pada model generator yang cukup sederhana tanpa memasukkan sistem pengaturannya, biasanya periode waktu yang diselidiki adalah detik pertama setelah timbulnya gangguan pada sistem. Bila pada sistem, mesin dijumpai tetap berada dalam keadaan serempak sebelum berakhirnya detik pertama, ini dikatagorikan sistem masih stabil.

2.2. Persamaan Ayunan (Swing Equation)

Untuk melakukan analisis kestabilan suatu sistem tenaga listrik, maka hal pertama yang harus dilakukan adalah membangun model matematika yang dapat menggambarkan dinamika sistem tenaga listrik saat ada gangguan besar. Model matematika yang dipakai untuk pembangkit listrik adalah persamaan ayunan (swing equation).

Persamaan ayunan adalah persamaan yang mengatur gerakan rotor suatu mesin serempak didasarkan pada prinsip dalam dinamika yang menyatakan :

Momen putar percepatan (accellarating torque) adalah hasil kali momen kelembaban (moment of inertia) rotor dan percepatan sudutnya. Untuk generator serempak, persamaan ayunan ditulis8) :

Untuk generator serempak, persamaan ayunan ditulis8) :

Dengan :

J = Momen inersia dari massa rotor (kg-m2)

Ѳm = Pergeseran sudut rotor terhadap sumbu yang stasioner (radianmekanis)

t = Waktu (detik)

(7)

Te = Momen putar elektris (N-m)

Jika Tm dan Te dianggap positif untuk generator serempak berarti bahwa Tm adalah resultan momen putar poros yang mempunyai kecendrungan untuk mempercepat rotor dalam arah Ѳm yang positif. Prinsip dasar ini diilustrasikan pada Gambar 2.1 berikut.

Untuk generator yang bekerja dalam keadaan diam maka Tm = Te, dalam keadaan ini tidak ada percepatan ataupun perlambatan terhadap massa rotor, sedang kecepatan tetap resultan adalah kecepatan serempak. Bila terjadi gangguan akan menghasilkan suatu percepatan (Tm > Te) atau perlambatan (Tm < Te).

(a) Generator (b) Motor

(8)

BAB III

PEMBAHASAN MATERI

3.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik

(9)

Jaringan distribusi dikategorikan kedalam beberapa jenis, sebagai berikut ;

a. Tegangan pengenalnya :

 JTM 20 KV

 JTR 380/220 Volt

b. Konfigurasi jaringan primer

 Jaringan distribusi pola radial

 Jaringan distribusi pola loop

 Jaringan distribusi pola loop radial

 Jaringan distribusi pola grid

 Jaringan distribusi pola spindel

c. Konfigurasi penghantar jaringan primer

 Konfigurasi penghantar segitiga

 Konfigurasi penghantar vertikal

 Konfigurasi penghantar horisontal

d. Sistem Pentanahan Jaringan Distribusi di Indonesia

Pentanahan titik netral adalah hubungan titik netral dengan tanah, baik langsung maupun melalui tahanan reaktansi ataupun kumparan Petersen. Di Indonesia sistem pentanahan meliputi empat macam, yaitu ;

 Sistem distribusi tanpa pentanahan

 Sistem distribusi pentanahan tak langsung (dengan tahanan)

 Sistem distribusi pentanahan langsung (solid)

 Sistem distribusi pentanahan dengan kumparan Petersen

Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen, seperti dijelaskan pada artikel sebelumnya di sini. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah:

1. Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan).

2. Merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi.

(10)

Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20 kV dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer.

Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 220/380 Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumen-konsumen. Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan. Pada sistem penyaluran daya jarak jauh, selalu digunakan tegangan setinggi mungkin, dengan menggunakan trafo-trafo step-up.

Nilai tegangan yang sangat tinggi ini (HV,UHV,EHV) menimbulkan beberapa konsekuensi antara lain: berbahaya bagi lingkungan dan mahalnya harga perlengkapan-perlengkapannya, selain menjadi tidak cocok dengan nilai tegangan yang dibutuhkan pada sisi beban.

Maka, pada daerah-daerah pusat beban tegangan saluran yang tinggi ini diturunkan kembali dengan menggunakan trafo-trafo step-down. Akibatnya, bila ditinjau nilai tegangannya, maka mulai dari titik sumber hingga di titik beban, terdapat bagian-bagian saluran yang memiliki nilai tegangan berbeda-beda.

3.1 Pengelompokan Jaringan Distribusi Tenaga Listrik

(11)

Untuk kemudahan dan penyederhanaan, lalu diadakan pembagian serta pembatasan-pembatasan seperti pada Gambar diatas:

Daerah I : Bagian pembangkitan (Generation)

Daerah II : Bagian penyaluran (Transmission) , bertegangan tinggi (HV,UHV,EHV)

Daerah III : Bagian Distribusi Primer, bertegangan menengah (6 atau 20kV).

Daerah IV : (Di dalam bangunan pada beban/konsumen), Instalasi, bertegangan rendah.

1. Berdasarkan pembatasan-pembatasan tersebut, maka diketahui bahwa porsi materi Sistem Distribusi adalah Daerah III dan IV, yang pada dasarnya dapat dikelasifikasikan menurut beberapa cara, bergantung dari segi apa klasifikasi itu dibuat. Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah:

2. SUTM, terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan perlengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus.

3. SKTM, terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination dan lain-lain.

4. Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabel-kabel, transformer band, peralatan grounding,dan lain-lain.

5. SUTR dan SKTR, terdiri dari: sama dengan perlengkapan/material pada SUTM dan SKTM. Yang membedakan hanya dimensinya.

3.3 Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik

Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Menurut nilai tegangannya:

a. Saluran distribusi Primer, Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo substation (Gardu Induk) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 kV. Jaringan listrik 70 kV atau 150 kV, jika langsung melayani pelanggan, bisa disebut jaringan distribusi.

b. Saluran Distribusi Sekunder, Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban (Lihat Gambar 2-2)

2. Menurut bentuk tegangannya:

a. Saluran Distribusi DC (Direct Current) menggunakan sistem tegangan searah.

b. Saluran Distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem tegangan bolak-balik.

(12)

a. Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan penyangga (tiang) dan perlengkapannya, dan dibedakan atas:

a. Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa isolasi pembungkus. b. Saluran kabel udara, bila konduktornya terbungkus isolasi.

b. Saluran Bawah Tanah, dipasang di dalam tanah, dengan menggunakan kabel tanah (ground cable).

c. Saluran Bawah Laut, dipasang di dasar laut dengan menggunakan kabel laut (submarine cable)

4. Menurut susunan (konfigurasi) salurannya:

a. Saluran Konfigurasi horizontal, bila saluran fasa terhadap fasa yang lain/terhadap netral, atau saluran positip terhadap negatip (pada sistem DC) membentuk garis horisontal.

b. Saluran Konfigurasi Vertikal, bila saluran-saluran tersebut membentuk garis vertikal .

(13)

5. Menurut Susunan Rangkaiannya

Dari uraian diatas telah disinggung bahwa sistem distribusi di bedakan menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem distribusi sekunder.

a. Jaringan Sistem Distribusi Primer,

Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban.

Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer, yaitu:

 Jaringan Distribusi Radial, dengan model: Radial tipe pohon, Radial dengan tie dan switch pemisah, Radial dengan pusat beban dan Radial dengan pembagian phase area.

 Jaringan distribusi ring (loop), dengan model: Bentuk open loop dan bentuk Close loop.

 Jaringan distribusi Jaring-jaring (NET)

 Jaringan distribusi spindle

 Saluran Radial Interkoneksi

b. Jaringan Sistem Distribusi Sekunder,

Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sbb:

 Papan pembagi pada trafo distribusi,

 Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder).

 Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai)

(14)

gambar 2. Komponen Sistem Distribusi

Tegangan Sistem Distribusi Sekunder

Ada bermacam-macam sistem tegangan distribusi sekunder menurut standar; (1) EEI : Edison Electric Institut, (2) NEMA (National Electrical Manufactures Association). Pada dasarnya tidak berbeda dengan sistem distribusi DC, faktor utama yang perlu diperhatikan adalah besar tegangan yang diterima pada titik beban mendekati nilai nominal, sehingga peralatan/beban dapat dioperasikan secara optimal. Ditinjau dari cara pengawatannya, saluran distribusi AC dibedakan atas beberapa macam tipe dan cara pengawatan, ini bergantung pula pada jumlah fasanya, yaitu:

1. Sistem satu fasa dua kawat 120 Volt

2. Sistem satu fasa tiga kawat 120/240 Volt

3. Sistem tiga fasa empat kawat 120/208 Volt

5. Sistem tiga fasa tiga kawat 240 Volt

6. Sistem tiga fasa tiga kawat 480 Volt

Di Indonesia dalam hal ini PT. PLN menggunakan sistem tegangan 220/380 Volt. Sedang pemakai listrik yang tidak menggunakan tenaga listrik dari PT. PLN, menggunakan salah satu sistem diatas sesuai dengan standar yang ada. Pemakai listrik yang dimaksud umumnya mereka bergantung kepada negara pemberi pinjaman atau dalam rangka kerja sama, dimana semua peralatan listrik mulai dari pembangkit (generator set) hingga peralatan kerja (motor-motor listrik) di suplai dari negara pemberi pinjaman/kerja sama tersebut. Sebagai anggota, IEC (International Electrotechnical Comission), Indonesia telah mulai menyesuaikan sistem tegangan menjadi 220/380 Volt saja, karena IEC sejak tahun 1967 sudah tidak mencantumkan lagi tegangan 127 Volt. (IEC Standard Voltage pada Publikasi nomor 38 tahun 1967 halaman 7 seri 1 tabel 1).

Diagram rangkaian sisi sekunder trafo distribusi terdiri dari:

1. Sistem distribusi satu fasa dengan dua kawat, Tipe ini merupakan bentuk dasar yang paling sederhana, biasanya digunakan untuk melayani penyalur daya berkapasitas kecil dengan jarak pendek, yaitu daerah perumahan dan pedesaan.

(15)

Tipe ini untuk melayani penyalur daya berkapasitas kecil dengan jarak pendek, yaitu daerah perumahan dan pedesaan.

3. Sistem distribusi tiga fasa empat kawat tegangan 120/240 Volt, Tipe ini untuk melayani penyalur daya berkapasitas sedang dengan jarak pendek, yaitu daerah perumahan pedesaan dan perdagangan ringan, dimana terdapat dengan beban 3 fasa. 4. Sistem distribusi tiga fasa empat kawat tegangan 120/208 Volt.

5. Sistem distribusi tiga fasa dengan tiga kawat, Tipe ini banyak dikembangkan secara ekstensif. Dalam hal ini rangkaian tiga fasa sisi sekunder trafo dapat diperoleh dalam bentuk rangkaian delta (segitiga) ataupun rangkaian wye (star/bintang). Diperoleh dua alternatif besar tegangan, yang dalam pelaksanaannya perlu diperhatikan adanya pembagian seimbang antara ketiga fasanya. Untuk rangkaian delta tegangannya bervariasi yaitu 240 Volt, dan 480 Volt. Tipe ini dipakai untuk melayani beban-beban industri atau perdagangan.

(16)

BAB IV KESIMPULAN

Dalam proses penyaluran tenaga listrik, ada 3 bagian penting yaitu pembangkitan, penyaluran (transmisi), dan distribusi. Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Jadi, fungsi distribusi tenaga listrik adalah untuk pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan). Selain itu distribusi tenaga listrik merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. Dari ketiga Sistem tersebut, system distribusi merupakan bagian yang letaknya paling dekat dengan konsumen yang berfungsi untuk menyalurkan energi litrik dari pusat beban ( Gardu Induk ) ke konsumen. Perlunya system proteksi pada sistem tenaga listrik agar dapat mempertahankan kestabilan system tenaga listrik.

Beberapa factor yang menentukan system distribusi yaitu :

 Konfigurasi dari system distribusi

 Keandalan masing masing komponen yang menyusun system distribusi

 Pengaturan operasi system distribusi