MODUL I
Sistem Distribusi
1.1 Umum
Pada sistem energi listrik jaringan distribusi merupakan bagian yang tak terpisahkan dan berhubungan langsung ke pelanggan, pusat – pusat beban dilayani langsung melelui jaringan distribusi. Dengan demikian secar umum kata distribusi mempunyai arti penyaluran/pengiriman dan pembagian ke beberapa tempat. Sehingga pengertian distribusi energi listrik adalah pengirimam dan pembagian energi listrik meleui suatu jaringan dan perlengkapannya kepada pelanggan.
Selama ini ada pelanggan orang yang mendefinisikan distribusi berdasarkan besar tegangannya. Bertolak dari pengertian tersebut tentulah hal tersebut tidak benar sebab yang menetukan bentuk distribusi adalah pelayanan secar langsung ke pelanggan/ konsumen sedangkan besarnya tegangan tergantung pada kebutuhan pelanggan. Dlam memenuhi kebutuhan tegangan listrik haruslah disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan/konsumen. Tegangan yang disalurkan lewat jaringan transmisi tegangannya sangat tinggi berkisar 70 kV,150 kV dan 500 kV, sedangkan kebutuhan tegangan pada pelanggan ada yang lebih kecil dari nilai ter sebut, oleh sebab itu tegangan harus diturunkan meleui transformator step down biasanya menjadi tegangan 20 kV. Dari tegangan 20 kV ini langsung disalurkan kepelanggan meleui jaringan didtribusi primer selanjutnya jaringan distribusi sekunderd disalurkan ke pelanggan dengan tegangan 220/380 V, proses ini terjadi jika beban yang dibutuhkan pelanggan kurnag dari 30 MVA. Untuk beben diatas 30 MVA pelanggannya melalui jaringan tegangan tinggi sehingga harus mempunyai gardu induk sendiri.
1.2 Sistem Kelistrikan
Pada umunya dalam saluran distribusi menggunakan sistem arus bolak balik (ABB) tiga fasa. Distribusi primer yaitu tegangan menengah, biasanya menggunakan tiga fasa kawat, sedangakan distribusi sekunder, yaitu tegangan rendah, menggunakan tiga fasa emapat kawat.
1.2.1 Sistem ABB Tiga fasa Tiga Kawat
untuk saluran transmisi tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi. Gambar 1.2 memperlihatkan sistem ABB tiga fasa tiga kawat sederhana.
Gambar 1.2 Sistem ABB Tiga Fasa Tiga Kawat
Beban dapat berbentuk bintang ataupun delta dengan masing – masing fasa diberi suatu tanda, yaitu R, S, T. beban dapat juga dipasang antar fasa dan fasa, akan tetapi hai ini akan banyak berpengaruh pada keseimbangan sistem secara menyeluruh. Pada beban seimbang maka seluruh daya adalah sama dengan tiga kali daya tiap fasa. Begitu pula rugi – rugi keseluruhan adalah tiga kali rugi – rugi tiap fasa.
1.2.2 Sistem ABB Tiga Fasa Empat Kawat.
Beban pada pemakai kecil biasanya satu fasa, yaitu antara fasa dan nol. Beban dapat pula dihubungkan antara dua fasa, ataupun tiga fasa. Pada gambar 1.3 memperlihatkan tiga fasa berbentuk bintang dengan titik nol atau di bumikan.
gambar 1.3 Sistem ABB Tiga Fasa Empat Kawat.
Sebagaimana juga berlaku pada sistem tiga fasa tiga kawat, bila beban seimbang, maka daya seluruh sistem adalah tiga kali daya per fasa. Disebabkan distribusi sekunder para pemakai terbanyak merupakan pelanggan satu fasa, maka beban biasanya tidak begitu seimbang dan perusahaan listrik harus senantiasi berusaha untuk secara berkala menyesuaikan penyambungan para pelanggan agar mendekati seimbang.
1.3 Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik atau biasa disebut dengan kata sistem merupakan
gabungan mulai pusat pembangkit tenaga listrik, transmisi, gardu induk dan
distribusi seperti pada gambar 1.1.
rendah langsung saluran distribusi tegangan rendah lihat gambar 1.2 dengan
tegangan 115/200 V dan 127/220 V yang kemudian diubah menjadi 220/380
V. Sistem ini merupakan fase tiga, empat kawat pentanahan langsung
merupakan pengaman sekering atau MCB.
Dengan peningkatan pedesaan menjadi kota maka keperluan tenaga
listrik juga meningkat, disamping itu luas daerahnya juga meningkat, dengan
demikian penyaluran tenaga listrik tidak mungkin menggunakan tegangan
rendah lagi tetapi harus ditingkatkan menjadi tegangan menegah seperti
gambar 1.3. hal ini untuk mengurangi rugi – rugi jaringan dan jatuh tegangan
terlalu besar. Sebelum kemerdekaan tegangan yang digunakan bermacam –
macam yaitu 6kV, 7kV, 12kV dengan sistem pentanahan mengambang yang
menggunakan relai aryus lebih untuk gangguan antar fase dan volt meter
untuk mendetekti gangguan tanah. Sistem distribusi tegangan menengah ini
kemudian distandarkan menjadi 20 kV dengan pentanahan langsung,
tahanan, untuk gangguan antar fase dengan pengaman relai arus lebih
sedang untuk gangguan tanah dapat menggunakan relai arus lebih atau relai
gangguan tanah terarah ataupun, tegangan sistem pentanahannya.
Gambar 1.3 Sistem Tegangan Menengah.
Adapun diluar jawa karena kota – kotanya sangat berjauhan dan
penduduknya tidak padat maka pada umumnya sistemnya terpIsah dan tidak
menggunakan saluran transmisi ataupun transmisi 15 kV( sistem menado).
Dengan perkembangan kebutuhan tenaga listrik yang meningkat dan
perkembangan pusat pembangkit yang semakin besar maka tegangan pada
saluran transmisi juga meningkat setelah kemerdekaan. Seperti kita ketahui
untuk dijawa menjadi 150 kV dan diluar jawa pada saat ini 70 kV dan 150 kV
dan 275 kV. Supaya pengusahaan dari sistem tenaga listrik ini lebih ekonomis
dan andal antara beberapa wilayah diinterkomeksikan menjadi satu, sebagai
contoh ialah di jawa antara jawa barat, jawa tengah dan jawa timur
diinterkoneksikan dengan saluran transmisi ekstra tinggi 500 kV.
Gambar 1.4 Sistem Tegangan Tinggi
Sistem 150 kV ditanahkan langsung dengan relai jarak sebagai
pengaman gangguan antar fase maupun gangguan tanah dengan intern
triping dan pengaman cadangan relai arus lebih.
Sistem 275 kV dan 500 kV pentanahan langsung yang menggunakan
pengaman ganda relai jarak dengan intertriping untuk gangguan antar fase
maupun gangguan tanah dan pengaman cadangan relai arus lebih berarah
dengan inter triping.
Mengingat keterbatasan tegangan yang dibangkitkan pada generator
yang pada saat ini maksimum hanya sampai sekitar 22 kV sedang sistem
transmisi dari 30 kV sampai 500 kV untuk di indonesia dan 700 kV diluar
negeri, tegangan generator dengan trasformator daya dinaikan menjadi
tegangan transmisi. Sedang pada gardu induk dengan transformator daya,
tegangan transmisi ekstra tinggi diturunkan menjadi tegangan tinggi dan dari
tegangan tinggi di turunkan menjadi tegangan menengah. Untuk menyalurkan
tegangan menengah ke konsumen tegangan tersebut diturunkan menjadi
tegangan rendah dengan transformator didtribusi. Untuk konsumen industri
dapat langsung dari transmisi atau dari tegangan menengah.
Saluran transmisi pada umumnya menggunakan saluran udara dan
hanya untuk saluran transmisi di kota besar digunakan kabel tanah, sedang
untuk jaringan tegangan menengah dapat menggunakan saluran udara atau
kabel tanah atau kabel udara.
Adapun untuk jaringan tegangan rendah saluran udara, kabel udara
atau kabel tanah untuk di kota – kota besar.
1.4 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
.
Pada dasarnya suatu sistem tenaga listrik harus dapat beroperasi
secara terus menerus secara normal, tanapa terjadi gangguan.
Gangguan dapat disebabkan oleh bebrapa hal yaitu :
Gangguan karena kesalahan manusia diantaranya ialah kelalaian pada
saat mengubah jaringan sistem, lupa membuka pentanahan setelah
perbaikan dsb.
ketuaan, arus lebih, tegangan lebih keausan dan lain – lain sehingga
merusakan isolasi peralatan.
Gangguan dari luar : yaitu gangguan yang berasal dari alam
diantaranya cuaca, gempa bumi, petir dan banjir, gangguan karena
binatang diantaranya gigitan tikus, burung, kelelawar ular, pohon atau
dahan/ranting dan sebagainya.
Beban lebih pada suatu sistem tenaga listrik dapat disebabkan karena
memang keadaan pembangkit kurang dari kebutuhan bebannya atau
salah satu komponen pada sistem tersebut terganggu, dengan
demikian lainnya dapat terjadi beban lebih ataupun pada salah satu
komponen misalnya motor derek mengangkat beban melebihi
kemampuannya.
Ciri dari beban lebih ialah terjadinya arus lebih pada komponen yang
berbeban lebih. Arus ini dapat menimbulkan pemanasan, dan
berdasarkan ilmu fisika panas yang ditimbulkan sebanding dengan
arus kwadrat kali tahanan peralatan kali waktu terjadinya arus lebih
atau dalam rumus dapat ditulis panas yang timbul ini dapat
mengakibatkan kerusakan isolasi peralatan tersebut.
b. Hubung Singkat.
Semua komponen dari peralatan listrik selalu di isolasi terhadap tanah disamping itu antar fase juga di isolasi dengan isolasi padat, cair (minyak), udara, gas (S F 6) ataupun campuran – campurannya.
Sebagai contoh ialah :
Liltan generator atau motor di isolasi terhadap stator /rotor dengan menggunakan bahan isolasi mica atau kertas.
Kabel diisolasi dengan kertas yang di impregnated dengan minyak atau di isolasi dengan bahan jenis polyethelen ( PE ) XLPE ataupun karet.
Bagian bertegangan pada pemutus beban di isolasi terhadap metal badannya ataupun terhadap fase lainnya dengan minyak atau sf6.
Konduktor terbuka yang digunakan pada saluran udara dan rel di isolasi terhadap tanah dengan isolator sedang antar fase dengan udara atau sf6 khusus untuk kubikel.
Bahan isolasi tersebut karena umur, sebab mekanis, tegangan lebih
yang melebihi kekuatan isolasi ataupun binatang, benang layang – layang,
dahan pohon serta sebab lain kemampuannya menurun atau tidak mampu
sehingga terjadi pelepasan muatan listrik yang mengakibatkan kerusakan
pada isolasi dan terjadi loncatan bunga api yang segera diikuti busur api
sehingga terjadi hubung singkat dan akan mengalir arus hubung singkat yang
besar dan tegangannya sangat turun.
Apabila arus hubung singkat kemudian berhenti, busur api akan
padam. Bila busur api ini menimbulkan kerusakan yang tetap misalnya pada
bahan isolasi padat atau cair maka gangguan ini disebut gangguan
permanen. Tetapi bila bisir api ini setelah oadam tidak menimbulkan
kerusakan misalnya pada isolasi udara yaitu yang umum terjadi pada saluran
udar tegangan menengah atau tinggi maka gangguan ini disebut gangguan
temporer.
c. Tegangan lebih.
Gangguan tegangan lebih dapat terjadi disebabkan oleh beberapa hal yaitu :
Petir.
Bila arus petir ini besar dan tahanan tahanan tanah menara kurang baik maka akan timbul tegangan tinggi pada menaranya, dalam hal ini dapat terjadi loncatan muatan dari menara ke penghantar fase. Dalam hal ini pada penghantar fase ini akan terjadi tegangan tinggi dan gelombang tegangan tinggi petir yang sering disebut surya petir ini akan merambat atau berjalan menuju ke peralatan di gardu induk dan mungkin akan membahayakan isolasi dari peralatan di gardu induk tersebut.
Surja hubung .
Membuka atau menutupnya kontak pada pemutus beban umunya pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi dapat menimbulkan tegangan transient yang tinggi dan ini dapat menimbulkan kerusakan isolasi peralatan.
Pengaruh feranti.
Pada jaringan sistem teganngan tinggi bila tanpa beban atau bebannya kecil karena adanya beban kapasitif penghantar maka tegangan diujung saluran akan lebih tinggi dari pada tegangan sisi pengirimnya. Pada salurannya panjang ditambah adanya kabel tanah ataupun kabel laut ataupun pada sistem tegangan ekstra tinggi bila tegangan disisi pembangkit pada tegangan pengenal maka daerah yang jauh ataupun diujung saluran dapat terjadi tegangan lebih yang dapat membahayakan bagi peralatan.
Pengaturan tegangan otomatis.
Pada pelepasan beban yang cukup besar akan terjadi tegangan lebih, pengatur tegangan otomatis segera mengembalikan tegangan peralatan kekeadaan normal. Tetapi bila pengatur tegangan otomatis ini terganggu atau rusak maka tegangan lebih ini akan tetap dan hal ini dapat menimbulkan kerusakan isolasi.
d. Gangguan Stabilitas.
tinggi yang telah luas misalnya pada sistem di jawa. Gangguan ini harus segera diatasi, dengan cara melepas generator yang terganggu ataupun melepas daerah yang terjadi hubung singkat secepat mungkin, karena dapat membahayakan generator itu sendiri atau membahayakan sistemnya.
1.6 Statistik Gangguan
Sebagai gambaran sehubungan dengan gangguan yang terjadi pada komponen instalasi sistem tenaga disini akan diberikan secara statistik frekwensi terjadinya gangguan untuk macam – macam peralatan utama dalam sistem tenaga seperti terlihat pada tabel I, sehingga dapat membantu pertimbangan untuk perencanaan pengaman.
Tabel I
Frekwensi gangguan untuk macam – macam peralatan utama
Peralatan % Terhadap Total
Dari tabel I diatas terlihat bahwa gangguan pada saluran udara tegangan tinggi ( SUTT) mempunyai frekwensi gangguan tertinggi yaitu 50% dari total gangguan. Adapun jenis gangguan pada SUTT dapat dilihat pada tabel II.
Gangguan satu fase ini pada umumnya dimulai dengan adanya loncatan busur api karena petir yang kemudian mengalir arus gangguan dari sistem ke tanah. Gangguan ini pada umumnya merupakan gangguan yang temporer. Sedang besarnya arus gangguan sangat tergantung pada sistem pentanahannya.
Tabel I
Frekwensi macam gangguan pada SUTT
Jenis Gangguan % Terhadap Total
1. Fase ke tanah 2. Fase ke fase
3. Fase – fase ke tanah 4. Fase tiga
85 8 5 2
