5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Distribusi Tenaga Listrik1
2.1.1 Pengertian Distribusi Tenaga Listrik
Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem
distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik
besar sampai ke konsumen. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah; 1)
pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan), dan 2)
merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan
pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani
langsung melalui jaringandistribusi.
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik besar dengan
tegangan dari 1 1 k V sampai 24 kV dinaikan tegangannya oleh gardu induk
dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 kV ,154kV, 220kV atau 500kV
kemudian disalurkan melalui saluran transmisi.
Tujuan menaikkan tegangan ialah untuk memperkecil kerugian daya
listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah
sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir (I2.R). Dengan daya yang sama bila
nilai tegangannya diperbesar, maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga
kerugian daya juga akan kecil pula. Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan
lagi menjadi 20 kV 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 220/380Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi
1
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.
2.1.2 Pengelompokan Jaringan Distribusi Tenaga Listrik
Untuk kemudahan dan penyederhanaan, lalu diadakan pembagian serta
pembatasan-pembatasan:
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
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 kelasifikasi itu
Dengan demikian ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah:
a. SUTM
terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan
per-lengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus.
b. SKTM
terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination, batu bata, pasir dan
lain-lain.
c. 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.
d. SUTR dan SKTR
terdiri dari: sama dengan perlengkapan/ material pada SUTM dan SKTM. Yang
membedakan hanya dimensinya.
2.2. Klasifikasi Saluran Distribusi Tenaga Listrik
Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat diklasifikasikan
sebagai berikut:
2.2.1. Menurut nilai tegangannya:
a. Saluran distribusi Primer
.Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo
substation (G.I.) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan
menengah 20kV. Jaringan listrik 70 kV atau 150 kV, jika langsung melayani
b. Saluran Distribusi Sekunder
Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik
cabang menuju beban.
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.
2.2.3 Menurut jenis/tipe konduktornya:
a. Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan support (tiang) dan
perlengkapannya, dibedakan atas:
- Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa isolasi pembungkus.
- 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)
2.2.4 Menurut susunan (konfigurasi) salurannya:
a.Saluran Konfigurasi horisontal:
Bila saluran fasa terhadap fasa yang lain/terhadap netral, atau saluran positip
terhadap negatip (pada sistem DC) membentuk garis horizontal.
b.Saluran konfigurasi Delta:
2.3 Gardu Induk2
Gardu Induk adalah komponen sistem tenaga yang berfungsi sebagai pusat
penyaluran (transmisi) yang menghubungkan sistem transmisi tegangan tinggi
dengan saluran.
– Saluran dan gardu.
– Gardu distribusi.
Gardu Induk memiliki beberapa fungsi, antara lain :
1. Mentransformasikan daya listrik :
- Dari tegangan ekstra tinggi ke tegangan tinggi (500kV/150kV).
- Dari tegangan tinggi ketegangan yang lebih rendah (150kV/70kV).
- Dari tegangan tinggi ketegangan menengah (150kV/20kV,70kV/20kV).
2. Untuk pengukuran, pengawasan operasi serta pengamanan dari system
tenaga listrik.
3. Pengaturan pelayanan beban dari gardu induk–gardu induk lain melalui
tegangan tinggi dan ke gardu – gardu distribusi setelah melalui proses
penurunan tegangan melalui penyulang – penyulang (feeder – feeder)
tegangan menengah yang ada di gardu induk.
4. Untuk sarana telekomunikasi (pada umumnya untuk internal PLN), yang
kita kenal dengan istilah SCADA.
Jenis Gardu Induk terbagi menjadi 3,yaitu :
1. Berdasarkan Lokasi.
a. Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET)
Gardu listrik yang mendapat daya dari Saluran Transmisi Tegangan
Ekstra Tinggi (SUTET) atau Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT)
untuk kemudian menyalurkannya ke GITET atau GITT lain melalui
SUTET atau SUTT Lain.
2
b. Gardu Induk Tegangan Tinggi (GITT) Gardu listrik yang mendapat
daya dari Saluran Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) atau
Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) atau Saluran Sub Transmisi
Tegangan Tinggi untuk kemudian menyalurkannya ke daerah beban
melalui saluran keluar (penyulang) distribusi.
2. Berdasarkan Tempat Peralatan
a. GI Pasangan Dalam.
Gardu listrik sebagian besar peraltannya (switchgear,isolator dan
sebagainya) di pasang di dalam gedung (ruang tertutup).
b. GI Pasangan Luar..
Gardu listrik dimana semua/sebagian besar perlatannya ditempatkan
diluar/udara terbuka.
3. Berdasarkan Media Isolasi
a. AIS.
Gardu listrik konvesional dengan menggunakan udara sebagai media
isolasi antar peralatan yang bertegangan (Air Insulated
Switchgear/AIS). Semua / sebagian besar perlatan ditempatkan di
udara terbuka.
b. GIS.
Gardu listrik yang menggunakan gas sebagai media isolasi antar
peralata yang bertegangan (GIS = Gas Insulated Switchgear).
Semua / sebagian besar peralatannya ditempatkan didalam media yang
diisolasi dengan menggunakan gas SF6.
2.4 Penyulang
Penyulang/feeder merupakan saluran yang menghubungkan gardu induk
dengan gardu distribusi. Penyulang sendiri dalam menyalurkan arus listrik harus
memiliki penghantar jaringan yang baik. Penghantar jaringan ini sendiri adalah
suatu kawat penghantar berupa tembaga, alumunium, alumininum cmpuran,
berlapis aluminium, baik itu hantara udara / hantaran bawah tanah, dimana
hantaran ini berfungsi untuk menghantarkan arus berupa tenaga listrik yang
disuplai dari pusat pembangkit tenaga listrik.
A. Single Line Penyulang – Penyulang Gardu Induk Boom Baru
GCB SF6 1600 A/31.5 KA 1600 A
1000-2000/5 A
600/5A TRAFO DAYA UNINDO 30 MVA 1
70/20 KV ONAN/ OFAF
YNyn0 – Imp. 11,37%
20
√3 0.1
√3 0.1
√3KV
20 KV 20 √3 0.1 √3 0.1 √3 20 KV
630 A 630 A
GCB SF6 2000 A/31.5 KA
VCB 2500 A/25 KA
NGR 40 Ohm 300 A 200-400/ 5 A DURIAN GCB SF6 1250 A/ 31,5 KA FUSE PT BUS GCB SF6 1250 A/ 31,5 KA 200-400/ 5 A GCB SF6 630 A/ 31,5 KA 200-400/ 5 A APEL GCB SF6 630 A/ 31,5 KA 200-400/ 5 A BELIMBING GCB SF6 630 A/ 31,5 KA 200-400/ 5 A ZAITUN GCB SF6 630 A/ 31,5 KA VCB 2000 A/ 25 KA PS GI STARLITE 100 KVA 20/0.4 KV 200-400/ 5 A MARKISA GCB SF6 630 A/ 31,5 KA 200-400/ 5 A MELON GCB SF6 630 A/ 31,5 KA 20 KV 200-400/ 5 A GCB SF6 630 A/ 31,5 KA GCB SF6 630 A/ 31,5 KA KOPEL 20 KV 20 KV GCB SF6 630 A/ 31,5 KA SPARE INTERBUS 20 KV GCB SF6 1600 A/31.5 KA 1600 A
600/5A TRAFO DAYA ABB 30 MVA 2 70/20 KV
ONAN
YNyn0 – Imp. 12.3 %
NGR 40 Ohm 300 A VCB SF6 630 A/ 31,5 KA VCB SF6 630 A/ 31,5 KA VCB SF6 630 A/ 31,5 KA VCB SF6 630 A/ 31,5 KA
KURMA DELIMA MANGGA KOPEL
20 KV KOPEL 20 KV 200-400/ 5 A 200-400/ 5 A 200-400/ 5 A 200-400/ 5 A 200-400/ 5 A 200-400/ 5 A 1000-2000/5 A PT BUS
B. Single Line Penyulang - Penyulang Gardu Induk Sungai Juaro PS GI STARLITE 100 KVA 20/0.4 kV 2 0 √ 3 0 .1 √ 3 0.1 √ 3 KV
BUS BAR II 70 KV
400-800/ 5 A VCB 800 A/ 24 KA VCB 800 A/ 24 KA 400-800/ 5 A KIKIM OCB 800 A /12,5 KA 800 A
1000-20000 /5 A VCB 2000 A /24 KA
SCHNEIDER ELECTRIC Pix 24
10 KA 150-300/
5-5A
TRAFO DAYA XIAN 20 MVA 2
70/20 KV – ONAF
YNyn0 – Imp. 10,25% NGR 40 Ohm
300 A 20 KV FUSE 20 KV VCB 630 A/ 20 KA 200-400/ 5 A BBVT + E
ENIM KOPEL 20 KV
2.5 Daya Listrik3
Daya listrik ini adalah hasil perkalian antara tegangan dan arus serta
diperhitungkan juga faktor kerja, daya listrik ini dibagi dalam jenis daya sebagai
berikut, antara lain :
1. Daya Semu.
Daya semu adalah adalah daya yang lewat pada suatu saluran
transmisiatau distribusi, tegangan lewat pada saluran dikali dengan arus yang
lewat pada saluran. Daya semu untuk satu phasa dan tiga phasa adalah sebagai
berikut :
Sıø = V . I ... (2.1)
S3ø = √3 . V . I ... (2.2)
Dimana : V = Tegangan (volt)
I = Arus yang mengalir (ampere)
Sıø = Daya semu satu phasa (VA, KVA, MVA)
S3ø = Daya semu tiga phasa (VA, KVA, MVA)
2. Daya Aktif (Daya Nyata).
Daya aktif adalah yang terpakai untuk keperluan menggerakkan peralatan
mesin atau mekanik, dimana daya tersebut dapat diubah menjadi panas, inilah
yang disebut daya nyata (daya aktif). Daya aktif ini merupakan pembentukan dari
besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor daya.
Daya aktif untuk satu phasa dan tiga phasa adalah sebagai berikut :
Pıø = V . I . Cos ϕ ... (2.3)
P3ø=√3 . V . I . Cos ϕ ... (2.4)
Dimana : V = Tegangan (volt/kilovolt)
I = Arus yang mengalir (ampere)
Pıø = Daya aktif satu phasa (VA, KW, MW)
P3ø = Daya aktif tiga phasa (VA, KW, MW)
3. Daya Reaktif (Daya Buta).
Daya ini merupakan selisih antara daya semu yang masuk dalam saluran
dengan daya aktif yang terpakai untuk daya mekanik panas. Daya reaktif untuk
satu phasa dan tiga phasa adaalah sebagi berikut :
Qıø = V . I . Sin ϕ ... (2.5)
Q3ø = √3 . V . I . Sin ϕ ... (2.6)
Dimana : V = Besar Tegangan (volt, kilovolt, megavolt)
I = Besar kuat arus (ampere)
Qıø = Daya reaktif satu phasa (VAR, KVAR, MVAR)
Q3ø = Daya reaktif tiga phasa (VAR, KVAR, MVAR)
Dari ketiga jenis daya di atas, yaitu daya semu (S), daya aktif (P), dan
daya reaktif (Q) maka dari ketiga jenis daya ini dapat digambarkan dalam bentuk
hubungan segitiga daya pada gambar di bawah ini :
2.6 Resistansi4
Resistansi penghantar saluran transmisi adalah penyebab yang terpenting dari
rugi daya (power loss) pada saluran transmisi. Jika tidak ada keterangan lain,maka
yang dimaksudkan dengan istilah resistansi adalah resistansi efektif.Resistansi
efektif dari suatu penghantar adalah :
R= Rugi Daya Pada Penghantar
I2
Di mana daya dinyatakan dalam watt dan I adalah arus rms pada
penghantar dalam ampere. Resistansi efektif sama dengan resistansi arus searah
(dc) dari saluran jika terdapat distribusi arus yang merata (uniform) di seluruh
penghantar
Resistansi dc diberikan oleh rumus di bawah ini :
Rø = ρ.𝓁 / A
Dimana : ρ = Resistivitas Penghantar
𝓁 = Panjang
A = Luas Penampang
Perubahan resistansi penghantar logam dengan berubahnya suhu boleh
dikatakan linear pada batas-batas pengoperasian yang normal.
2.7 Jenis-Jenis Losses
Losses ini sendiri dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu bisa
berdasarkan sifat dari losses tersebut (losses teknik dan non teknik), maupun
berdasarkan tempat terjadinya (losses transmisi, losses transformator, dan losses
distribusi).
4
1. Losses Teknik.
Yaitu hilangnya energi listrik yang dibangkitkan karena
didesipasikanmenjadi energi panas, yaitu losses I² R . t (kWH).
2. Losses non teknik.
Yaitu energi listrik yang dikonsumsi oleh pelanggan, tetapi tidak terekam
sebagai penjualan (tidak terekam oleh alat pembaca pemakaian tegangan
oleh konsumen, atau disebut KWH meter).
2.8 Rugi-Rugi Saluran5
Rugi – rugi saluran ini terjadi karena adanya pengaruh dari resistansi (R)
dan reaktansi (X). Rugi – rugi saluran ini dibedakan menajdi 2 yaitu :
2.8.1 Rugi-Rugi Tegangan
Setiap penyaluran energi listrik dari sumber tenaga listrik ke konsumen
yang letaknya berjauhan selalu terjadi kerugian. Kerugian tersebut meliputi
kerugian daya listrik dan tegangan. Hal ini disebabkan saluran distribusi
mempunyai hambatan, induktansi dan kapasitansi. Nilai kapasitansi saluran
distribusi biasanya kecil sehingga dapat diabaikan.
Untuk menentukan rugi-rugi tegangan distribusi primer dengan sistem
pendekatan seperti pada diagram phasor tersebut diatas, yaitu dengan
mengasumsikan bahwa sudut antara Vs dan Vr mendekati nilai 0 sehingga dengan
demikian Vs dan Vr tersebut berimpit, maka didapatkan :
Vd = I (R cos ø + X Sin ø) ... (2.7)
Untuk sistem tiga phasa dan panjang saluran maka persamaan menjadi :
Vd = S x 𝓁 / V X P / Cos ø ( R cos ø + X Sin ø) ... (2.8)
Karena :
I= P3phasa / √3 x V x Cos ø ... (2.9)
Karena :
5
S = P / Cos ø ... (2.10)
Maka :
Vd = S x 𝓁 / V (R.Cos ø + X.Sin ø) ... (2.11)
Dimana :
P = Daya nyata (Watt)
I = Arus (Ampere)
S = Daya Semu (Volt Ampere)
V = Tegangan Kerja (Volt)
Vd = Drop Tegangan ( Volt)
R = Resistansi Saluran (Ohm)
X = Reaktansi saluran (ohm)
ø = Sudut phasa
𝓁 = panjang saluran (meter)
Besarnya persentase rugi-rugi tegangan pada saluran distribusi primer
dengan mengambil referensi pada tegangan pengirim maka didapatkan
persamaan:
Vd = P x 𝓁 / V2 ( R Cos ø + X Sin ø) x 100 % ... (2.12)
Atau
Vd = S x 𝓁 / V2 ( R Cos ø + X Sin ø) x 100 % ... (2.13)
Karena :
%Vd = Vd / V x 100 % ... (2.14)
2.8.2 Rugi-Rugi Daya6
A. Pengantar Umum Mengenai Rugi – Rugi Daya
Daya listrik yang dikirim dan disalurkan dari gardu induk/trafo distribusi ke
pemakai mengalami rugi tegangan dan rugi daya, ini disebabkan karena saluran
distribusi mempunyai tahanan, induktansi, dan kapasitas. Karena saluran
6
distribusi primer ataupun sekunder berjarak pendek maka kapasitas dapat
diabaikan.
Kerugian daya pada jaringan distribusi dapat disebabkan oleh beberapa
faktor, antara lain :
1. Kerugian akibat pelembekan.
Pelembekan logam perpengaruh terhadap sedikit pada semua suhu dan
merupakan fungsi suhu dan waktu. Bersamaan dengan penurunan batas tegangan
tarik pada keadaan komulatif. Pelembekan yang terlihat dan kerugian tegangan
tarik tidak berpengaruh jika penghantar dalam batas yang dianjurkan.
Pada keadaan tertentu harga – harga pada suatu tingkat umur yang ditaksir
dapat ditentukan. Untuk para ahli perlu mengetahui hubungan antara suhu kerja,
waktu suhu kerja dan penurunan kekuatan penghantaryang bersangkutan.
2. Kerugian akibat panas.
jika suatu penghantar dialairi arus listrik secara terus – menerus maka akan
menimbulkan panas, panas ini timbul akibat energi listrik yang mengalir pada
penghantar tersebut. Semakin lama arus tresebut mengalir maka semakin panas
penghantar tersebut dan semakin banyak energi listrik yang hilang karena energi
tersebut berubah menjadi panas. Hal inilah yang merugikan karena jika energi itu
hilang maka tegangan pada ujung penghantar tersebut akan berkurang. semakin
banyak energin yang menjadi panas maka semakin banyak tegangan yang
menghilang.
3. Kerugian akibat Jarak.
jarak sangat berpengaruh pada keandalan jaringan karena semakin jauh atau
semakin panjang penghantar listrik tersebut maka akan banyak tegangan listrik
yang menghilang karena penghantar itu saendiri memiliki hambatan atau tahanan,
jadi karena jarak penghantar sangat jau dari sumber atau pembangkit maka nilai
hambatan penghantar itu sendiri akan mengurangi tagangan yang mengalir pada
penghantar tersebut.
Arus listrik yang mengalir dalam penghantar selalu mengalami tahanan dari
penghantar itu sendiri, besarnya tahanan tergantung bahannya.
5. Tegangan.
Semakin besar tegangan pada suatu saluran maka semakin kecil arus pada
saluran tersebut. Sedangkan arus adalah salah satu faktor yang mempengaruhi
besar kecilnya rugi-rugi daya pada suatu saluran.
Daya listrik yang dikirim dari sumber pembangkit listrik ke beban akan
mengalami rugi-rugi, disamping rugi tegangan maka akan didapat pula rugi daya
yaitu sebesar daya nyata yang hilang dengan persamaan :7
Ploss = 3. I2. R ... (2.15)
Dimana :
I= P / √3 x V x Cos ø ... (2.16)
Maka :
P = 3 (P / √3 x V x Cos ø)2 R x 𝓁 ... (2.17)
P = 3 (P2 / √3 x V2 x Cos2 ø)2 R x 𝓁 ... (2.18)
P = 3 (P2 / 3 x V2 x Cos2 ø) R x 𝓁 ... (2.19)
Karena itu persamaan tersebut menjadi :
Ploss = (P2 / V2 x Cos2 ø) R x 𝓁 ... (2.20)
Karena :
S = P / Cos ø ... (2.21)
Maka :
Ploss = S2 x R x 𝓁 / V2 ... (2.22)
Jika besar kerugian daya telah diperoleh maka besar % kerugian daya
dapat dihitung dengan persamaan berikut :
% Ploss = Ploss / P x 100 % ... (2.23)
Dimana :
PLoss = Rugi-Rugi Daya (Watt)
P = Besar Daya yang disalurkan (W,KW,MW)
V = Tegangan Kerja (Volt)
7
I = Arus (Ampere)
S = Daya semu yang disalurkan (VA)
𝓁 = Panjang Saluran (meter)
2.9 Kapasitas Transformator8
Penentuan kapasitas dari sebuah transformator harus berdasarkan beban
yang dilayani. Dalam hal ini persentasi pembebanan transformator harus
mendekati 80% kapasitas transformator. Transformator umumnya mencapai
efisiensi maksimum (rugi – rugi trafo minimum). Adapun untuk menghitung
kapasitas transformator dengan menggunakan persamaan :
X = S / P x 100 % ... (2.24)
Dimana : X = Kapasitas Transformator
S = Daya semu yang disalurkan (VA)
P = Besar Daya yang disalurkan (W,KW,MW)
8
Sampeallo,S Agusthinus. 2012.Seminar Nasional Sains dan Teknik 2012 (SAINSTEK 2012).
