BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pandangan Umum Sistem Tenaga Listrik
Pada umumnya sistem tenaga listrik terdiri atas kumpulan komponen peralatan listrik atau mesin listrik, seperti generator, transformator, beban, dan berikut alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling dihubungkan dan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan, menyalurkan, dan menggunakan energi. Secara umum sistem kelistrikan dapat dibagi menjadi 3 (tiga) bagian utama, yaitu : Pembangkit tenaga listrik, sistem transmisi, dan yang terakhir adalah sistem distribusi[4].
Gambar 2.1 memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik. Dalam suatu sistem tenaga listrik dapat terdiri atas beberapa subsistem yang saling berhubungan, atau yang biasa disebut sebagai sistem interkoneksi. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.2 [5].
Arah mengalirnya energi listrik berawal dari Pusat Tenaga Listrik melalui saluran-saluran transmisi dan distribusi dan sampai pada instalasi pemakai yang merupakan unsur utilisasi.
Energi listrik dibangkitkan di pembangkit tenaga listrik (PTL) yang dapat merupakan suatu pusat listrik tenaga uap (PLTU), pusat listrik tenaga air (PLTA), pusat listrik tenaga gas (PLTG), pusat listrik tenaga diesel (PLTD), ataupun pusat listrik tenaga nuklir (PLTN). PTL biasanya membangkitkan energi listrik pada tegangan menengah (TM), yaitu pada umumnya antara 6-20 kV.
Gambar 2.1 Skema Umum Sistem Tenaga Listrik
~
Pembangkit Pembangkit Tenaga Listrik
Saluran Distribusi Primer Saluran Distribusi Sekunder Utilisasi Trafo Penaik Trafo Penurun Ke Pemakai TM Trafo Distribusi Pengukuran kWh meter Instalasi Pemakai TR TR TM TT/TET TM GI GI GD Ke GD Saluran Transmisi
Gambar 2. 2 Sebagian Dari Sistem Interkoneksi, Yaitu : Sebuah Pusat Listrik, Dua Buah GI Beserta Subsistem Distribusinya
Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bilamana PTL terletak jauh dari pemakai, maka energi listrik itu perlu diangkut melalui saluran transmisi, dan tegangannya harus dinaikkan dari TM menjadi tegangan tinggi (TT). Pada jarak yang sangat jauh malah diperlukan tegangan ekstra tinggi (TET). Menaikkan tegangan itu dilakukan di gardu induk (GI) dengan menggunakan transformator penaik (step-up transformer). Tegangan tinggi di Indonesia adalah 70 kV, 150 kV, dan 275 kV. Sedangkan tegangan ekstra tinggi 500 kV.
Mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu industri atau suatu kota, tegangan tinggi diturunkan menjadi tegangan menengah (TM). Hal ini juga dilakukan pada suatu GI dengan menggunakan transformator
GI Subsistem Distribusi 20 kV 150 kV 150 kV 20 kV 150 kV Saluran Transmisi 150 kV Pusat Listrik Rel GI Subsistem Distribusi Ke Pusat Listrik Lain
penurun (step-down transformer). Di indonesia tegangan menengah adalah 20 kV. Saluran 20 kV ini menelusuri jalan-jalan di seluruh kota, dan merupakan sistem distribusi primer. Bilamana transmisi tenaga listrik dilakukan dengan menggunakan saluran hantaran udara dengan menara-menara transmisi, sistem distribusi primer di kota biasanya terdiri atas kabel-kabel tanah yang tertanam di tepi jalan, sehingga tidak terlihat.
Di tepi-tepi jalan biasanya berdekatan dengan persimpangan, terdapat gardu-gardu distribusi (GD), yang mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah (TR) melalui transformator distribusi (distribution tansformer). Melalui tiang-tiang listrik yang terlihat di tepi jalan, energi listrik tegangan rendah disalurkan kepada pemakai. Di indonesia tegangan rendah adalah 220/380 Volt, dan merupakan sistem distribusi sekunder.
Energi diterima pemakai dari tiang TR melalui konduktor atau kawat yang dinamakan sambungan rumah (SR) dan berakhir pada alat pengukur listrik yang sekaligus merupakan titik akhir pemilikan PLN.
2.2. Sistem Distribusi
Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan berdasarkan ukuran tegangan dan bentuk jaringan[6].
2.2.1. Berdasarkan ukuran tegangan
Berdasarkan ukuran tegangan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat dibedakan pada dua sistem, yaitu sistem jaringan distribusi primer dan 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. 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 suatu jaringan adalah 15 %. Dengan adanya pembatasan tersebut stabilitas penyaluran daya ke pusat-pusat beban tidak terganggu.
2.2.2. Berdasarkan bentuk jaringan
Berdasarkan bentuk jaringan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat dibedakan menjadi lima sistem, yaitu sistem radial terbuka, sistem radial tertutup, sistem rangkaian tertutup (loop circuit), sistem network/mesh dan sistem interkoneksi.
a. Sistem radial terbuka Keuntungannya :
1. Konstruksinya lebih sederhana
2. Material yang digunakan lebih sedikit, sehingga lebih murah 3. Sistem pemeliharaannya lebih murah
4. Untuk penyaluran jarak pendek akan lebih murah. Kelemahannya :
1. Keterandalan sistem ini lebih rendah 2. Faktor penggunaan konduktor 100 %
3. Makin panjang jaringan (dari Gardu Induk atau Gardu Hubung) kondisi tegangan tidak dapat diandalkan
4. Rugi-rugi tegangan lebih besar 5. Kapasitas pelayanan terbatas
6. Bila terjadi gangguan penyaluran daya terhenti.
Sistem radial pada Gambar 2.3 merupakan jaringan distribusi 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.
Sistem radial terbuka ini paling tidak dapat diandalkan, karena penyaluran tenaga kistrik hanya dilakukan dengan menggunakan satu 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 :
1. Kontinuitas pelayanan lebih terjamin, karena menggunakan dua sumber
2. Kapasitas pelayanan lebih baik dan dapat melayani beban maksimum 3. Kedua saluran dapat melayani titik beban secara bersama
4. Bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi dapat menggantikannya, sehingga pemadaman tak perlu terjadi 5. Dapat menyalurkan daya listrik melalui dua saluran yang diparalelkan. Kelemahannya :
1. Peralatan yang digunakan lebih banyak terutama peralatan proteksi 2. Biaya pembangunan lebih mahal.
Gambar 2.4 Sistem Jaringan Radial Paralel
Untuk memperbaiki kekurangan dari sistem radial terbuka diatas maka dipakai konfigurasi sistem radial paralel, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.4. Dari gambar terlihat bahwa tenaga listrik disalurkan 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 2.5 Sistem Jaringan Tertutup
Keuntungannya :
1. Dapat menyalurkan daya listrik melalui satu atau dua saluran feeder yang saling berhubungan
2. Menguntungkan dari segi ekonomis
3. Bila terjadi gangguan pada salauran maka saluran yang lain dapat menggantikan untuk menyalurkan daya listrik
5. Bila digunakan dua sumber pembangkit, kapasitas tegangan lebih baik dan regulasi tegangan cenderung kecil
6. Dalam kondisi normal beroperasi, pemutus beban dalam keadaan terbuka
7. Biaya konstruksi lebih murah
8. Faktor penggunaan konduktor lebih rendah, yaitu 50 % 9. Keandalan relatif lebih baik.
Kelemahannya :
1. Keterandalan sistem ini lebih rendah 2. Drop tegangan makin besar
3. Bila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan akan lebih jelek.
Sistem rangkaian tertutup yang ditunjukkan Gambar 2.5 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 :
1. Penyaluran tenaga listrik dapat dilakukan secara terus-menerus (selama 24 jam) dengan menggunakan dua atau lebih feeder
2. Merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu 3. Tingkat keterandalannya lebih tinggi
4. Jumlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder
5. Dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki tingkat kepadatan yang tinggi
6. Memiliki kapasitas dan kontinuitas pelayanan sangat baik
7. Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu kontinuitas pelayanan.
Kelemahannya :
1. Biaya konstruksi dan pembangunan lebih tinggi 2. Pengaturan alat proteksi lebih sukar.
Gambar 2.6 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, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.
e. Sistem interkoneksi Keuntungannya :
1. Merupakan pengembangan sistem network / mesh
2. Dapat menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik
3. Penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terus-menerus (tanpa putus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas 4. Memiliki keterandalan dan kualitas sistem yang tinggi
5. Apabila salah satu Pembangkit mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit lainnya.
6. 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)
7. Ongkos pembangkitan dapat diperkecil
8. Sistem ini dapat bekerja secara bergantian sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan
9. Dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit 10. Dapat menjaga kestabilan sistem Pembangkitan 11. Keterandalannya lebih baik
12. Dapat di capai penghematan-penghematan di dalam investasi. Kelemahannya :
1. Memerlukan biaya yang cukup mahal
3. 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 4. Jika terjadi unit-unit mesin pada Pusat Pembangkit terganggu, maka
akan mengakibatkan jatuhnya sebagian atau seluruh sistem. 5. Perlu menjaga keseimbangan antara produksi dengan pemakaian 6. Merepotkan saat terjadi gangguan petir.
Gambar 2.7 Sistem Jaringan Interkoneksi
Sistem interkoneksi ini merupakan perkembangan dari sistem network/mesh. Pada Gambar 2.7 diperlihatkan bahwa sistem ini menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang dikehendaki bekerja secara paralel. Sehingga penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung
terus-menerus (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 mempunyai 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.
2.3. Penghantar Pada Jaringan Tegangan Menengah
Ada dua jenis saluran penghantar yang biasa digunakan pada jaringan tegangan menengah (JTM) 20 kV, yaitu hantaran udara tegangan menengah (SUTM) dan saluran kabel tegangan menengah (SKTM)[7].
2.3.1. Saluran udara tegangan menengah (SUTM)
Saluran udara, terutama saluran udara tanpa isolasi, digunakan pada pemasangan di luar bangunan, direnggangkan pada isolator-isolator di antara tiang-tiang yang disediakan secara khusus. Bahan yang digunakan untuk kawat penghantar terdiri atas kawat tembaga telanjang (BBC, yang merupakan singkatan dari Bare Copper Conductor), alumunium telanjang (All Alumunium Conductor ), campuran yang berbasis alumunium (Al-Mg-Si), Alumunium berinti baja (ACSR atau Alumunium Conductor Steel Reinforced), alumunium berinti logam campuran (ACAR atau Alumunium Conductor Alloy Reinforced), kawat baja berlapis tembaga (copper-weld), dan juga campuran murni alumunium (AAAC atau All Alumunium Alloy Conductor). Bentuk fisik konduktor ACAR, AAAC, dan BBC diperlihatkan pada Gambar 2.8.
Secara teknis tembaga lebih baik daripada alumunium, karena memiliki daya hantar arus listrik yang lebih tinggi. Namun, karena mahalnya harga tembaga, sekarang bahan alumunium lebih banyak digunakan.
Gambar 2.8 Beberapa Jenis Konduktor Yang Digunakan Pada SUTM
2.3.2. Saluran kabel tegangan menengah (SKTM)
Bahan untuk kabel tanah umumnya juga terdiri dari tembaga dan alumunium. Sebagai isolasi digunakan bahan-bahan berupa kertas serta perlindungan mekanikal berupa timah hitam. Untuk tegangan menengah sering dipakai juga minyak sebagai bahan isolasi. Jenis kabel demikian dinamakan GPLK (Gewapend Papier Load Kabel) yang merupakan standar Belanda atau NKBA (Normalkabel mit Bleimantel Aussenumheulung) standar Jerman.
Pada saat ini bahan isolasi buatan berupa PVC (Polyvinyl Chloride) dan XLPE (Cross-Linked Polyethylene) telah berkembang pesat dan merupakan bahan isolasi yang andal dengan harga yang lebih murah dan juga penggunaannya yang lebih mudah. Atas alasan-alasan tersebut, maka penggunaan kabel dengan isolasi minyak mulai ditinggalkan. Bentuk fisik kabel N2XSY dan NA2XSY diperlihatkan pada Gambar 2.9.a. Bentuk fisik kabel N2XSEBY dan NA2XSEBY diperlihatkan pada Gambar 2.9.b. Bentuk fisik kabel N2XSEFGbY dan NA2XSEFGbY diperlihatkan pada Gambar 2.9.c.
Gambar 2.9.b Kabel N2XSEBY dan NA2XSEBY
2.4. Karakteristik Beban
Secara umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi tenaga listrik dibagi dalam beberapa sektor, yaitu sektor perumahan, sektor industri, sektor komersial, dan sektor usaha. Masing-masing beban tersebut memiliki karakteristik yang berbeda-beda. 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. Ditunjukkan oleh adanya fluktuasi konsumsi energi listrik yang cukup besar. Hal ini disebabkan konsumsi energi listrik pada sektor tersebut dominan pada malam hari. Sedangkan pada sektor industri fluktuasi konsumsi energi sepanjang hari hampir sama, sehingga perbandingan antara beban puncak terhadap beban rata-rata hampir mendekati satu. Beban pada sektor komersial dan usaha memiliki karakteristik yang hampir sama, hanya pada sektor komersial akan mempunyai beban puncak yang lebih tinggi pada malam hari[6].
2.4.1. 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 sebagai 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.
Pengklasifikasian ini sangat penting artinya bila kita melakukan analisis 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.
2.4.2. 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 diproyeksikan 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 penilaian beban 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 pada masa yang akan datang atau dalam menentukan efek pembebanan terhadap kapasistas sistem secara menyeluruh.
1. 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.
2. 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. 3. 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
(Dmax) dan Beban Puncak (Pmax) dapat dilihat pada Gambar 2.10
dibawah ini.
Gambar 2.10 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
4. 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 plate) peralatan yang akan dilayani oleh sistem tersebut.
Jadi :
∑
Di mana :
Pi = rating kVA dari alat i
n = jumlah alat yang terhubung ke sistem.
5. Faktor Keragaman (Diversity Factor)
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[8]:
( ) ∑ Di mana :
Dmax i = beban puncak (kebutuhan Maks) dari masing – masing beban i, yang terjadi tidak pada waktu yang bersamaan.
Dmax s = D 1+2+3 ….n adalah beban puncak dari n kelompok beban.
Untuk lebih memperjelas faktor diversitas ini, perhatikan Gambar 2 . 1 0 . Dimisalkan kelompok beban terdiri dari atas 4 pelanggan dengan beban puncak sama besar. Pada Gambar 2.11 (a) penggunaan beban puncak dari keempat pelanggan tidak bersamaan waktunya, faktor diversitas adalah :
Sedangkan pada Gambar 2.11 (b),
Jadi 1 dan 4 adalah nilai extrim dari dari 4 pelanggan ini.
Gambar 2.11 Dua Nilai Ekstrim Untuk Faktor Diversitas Bila Dmax i untuk seluruh unit bersamaan waktunya maka fdiv akan
berharga 1, tetapi bila tidak fdiv akan lebih besar dari i.
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 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[8].
Jadi : ( ) ∑
7. Faktor Kebutuhan (Demand Factor)
Faktor kebutuhan didefinisikan sebagal perbandingan antara beban puncak suatu sistem terhadap beban terpasang yang dilayani oleh sistem.
∑
Nilai fd pada prinsipnya lebih kecil atau sama dengan satu. Bisa saja
terjadi lebih besar dari satu, yaitu saat terjadi beban lebih.
Faktor kebutuhan ini dapat menjadi satu bila keseluruhan beban yang tersambung serentak diberi energi 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.
(2.3)
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. Industri 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. 8. Faktor Beban (Load Factor)
Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata-rata selama interval tertentu dengan beban puncak yang terjadi pada interval yang sama[8].
Di mana:
pav = beban rata-rata
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. Pada Gambar 2.12 ditunjukkan faktor beban dua konsumen.
Gambar 2.12 Faktor Beban Menunjukkan Dua Konsumen Pada Maksimum Demand Yang Sama Menggunakan Peralatan Dengan
Jumlah Yang Berbeda 9. Faktor Rugi-Rugi (Loss Factor)
Faktor rugi-rugi (fLs) didefinisikan sebagai perbandingan antara
rugi-rugi daya rata-rata terhadap rugi-rugi-rugi-rugi daya beban puncak dalam selang waktu tertentu[8].
10. 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 2.13 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 2.14.
Gambar 2.13 Kurva Beban Harian
Gambar 2.14 Kurva Lama Beban
Kurva lama beban ini menggambarkan lamanya suatu beban berlangsung dalam sistem kelistrikan. Sumbu datar menggambarkan lama beban berlangsung dalam periode tertentu. Sumbu tegak menggambarkan daya dari beban sistem.
Luas permukaan di bawah kurva lama beban menggambarkan kebutuhan energi sistem yang bersangkutan. Kurva lama beban diperlukan untuk alokasi/segmentasi pembangkitan karena masing-masing jenis Pembangkit tenaga listrik memiliki karakteristik yang berbeda untuk digunakan memenuhi beban yang dibutuhkan untuk periode yang direncanakan.
11. Kebutuhan Maksimum “Maximum Demand”
Kebutuhan Maksimum didefinisikan sebagai kebutuhan terbesar yang dapat terjadi dalam suatu selang tertentu. Jadi, kebutuhan maksimum dapat dikatakan dalam selang waktu 1 jam, 1 minggu, harian dll.
12. 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.
13. Faktor Penggunaan (UF = utility factor)
Didefenisikan sebagai perbandingan antara demand maksimum dengan kapasitas nominal dari sistem pencatu daya. Persamaan (2.7) menggambarkan defenisi ini.
Demand maksimum sistem dapat dicari kurva beban atau dengan menghitung beban terpasangnya. Demand maksimum merupakan perkaitan antara beban terpasang dengan faktor demand.
2.4.2. 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 2.15 Kurva Beban Harian
Dari Gambar 2.15 terlihat bahwa terdapat kemiripan garis karakteristik beban pada hari kerja (Rabu), hari Sabtu, dan Minggu. Namun terdapat perbedaan besar beban yang signifikan pada hari kerja dan hari Sabtu atau Minggu. Penggunaan beban sekitar jam 6 – 15 cenderung lebih datar pada hari Minggu atau Sabtu dibanding hari kerja. Dari sinilah muncul ide pengaturan jadwal beroperasinya mesin-mesin pabrik (yang tidak beroperasi 24 jam).
2.5. AMR (Automatic Meter Reading)
Gambar 2.16 Automatic Meter Reading
AMR (Automatic Meter Reading) adalah suatu alat berbasis digital yang dapat mencatat penggunaan daya listrik secara lengkap dan mentransfer data ke database pusat. Transfer data dapat menggunakan jaringan telepon (kabel atau nirkabel), frekuensi radio (RF), atau powerline transmisi. Salah satu bentuk fisik dari AMR dapat dilihat pada Gambar 2.16.
Perusahaan Listrik Negara (PLN) saat ini menerapkan meter elektronik yang dapat melakukan pembacaan dan perekaman data listrik secara otomatis untuk para pelanggan listrik skala industri khususnya ≥ 197 kV menggunakan sistem Automatic Meter Reading (AMR). Sistem ini dapat memantau jumlah pemakaian daya listrik oleh pelanggan skala industri dan dapat mengontrol
langsung segala kegiatan yang berhubungan dengan aktivitas meter elektronik dari kantor PLN, khususnya bagian Alat pengukur dan Pembatas (APP) tanpa ada petugas pembaca meteran. Dengan demikian keakuratan data pemakaian listrik oleh pelanggan bisa terjamin.
AMR mempunyai 3 komponen utama, yaitu meter interface module, communication systems, central office systems equipment. Meter interface module mempunyai 4 bagian utama, yaitu power supply, meter sensor, controlling electronic, dan communication interface. Power supply berfungsi sebagai sumber energi untuk sistem AMR. Meter sensor berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan listrik. Controlling electronic dapat berupa mikro kontroller yang berfungsi untuk mengolah data dari meter sensor menjadi data daya dan lain-lain dalam bentuk digital serta mengendalikan communication interface untuk mengirim data-data tersebut. Communication interface dapat berupa modem ADSL, modem GSM, modem IC ADE8165, modul TCP/IP dan lain-lain sesuai dengan jaringan komunikasi yang digunakan.
Berikutnya, komponen kedua dari AMR, yaitu communication systems. Commucation systems berfungsi untuk mengirim data dari AMR ke kantor perusahaan listrik melalui media komunikasi tertentu. Media komunikasi yang digunakan dapat berupa jaringan kabel telepon, powerline carrier (plc), radio frekuensi (RF), atau cable television. Berikutnya, komponen ketiga dari sistem AMR, yaitu central office systems equipment. Central office systems equipment mempunyai 3 bagian utama, yaitu receivers data, komputer server, dan komputer host. Receivers data dapat berupa modem
ADSL, modem GSM, modem IC ADE8165, dan lain-lain sesuai dengan media komunikasi yang digunakan untuk mengirim data. Receivers data, terhubung dengan komputer server dan berfungsi untuk menerima data dari AMR. komputer server merupakan komputer dengan kemampuan diatas rata-rata komputer biasa yang dilengkapi dengan operating system khusus server. Komputer server berfungsi untuk menjalankan aplikasi web dan database serta melayani permintaan dari komputer host untuk mengakses aplikasi web dan database tersebut. Komputer host merupakan komputer biasa yang digunakan oleh admin dari perusahaan listrik untuk mengakses aplikasi web AMR dan database pelanggan dari perusahaan listrik tersebut. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.17.
Dalam pengoperasiannya, sistem AMR melakukan pembacaan energi listrik dengan cara menurunkan terlebih dahulu tegangan dan arus listrik untuk pengukuran menggunakan potential transformer dan current transformer, kemudian arus dan tegangan listrik dibaca oleh sensor arus dan tegangan listrik. Salah satu sensor arus dan tegangan yang digunakan dalam AMR adalah ADE7757. Data dari sensor-sensor tersebut kemudian masuk ke dalam mikrokontroler untuk diproses menjadi data nilai arus, tegangan, daya kompleks, daya aktif, daya reaktif, dan lain-lain. Setelah itu, data-data tersebut ditampilkan pada LCD AMR. Selain itu, mikro kontroller juga mengendalikan communication interface untuk mengirimkan data-data tersebut ke database perusahaan listrik melalui media komunikasi tertentu.
AMR merupakan salah satu solusi untuk perusahaan listrik dalam memonitor penggunaan daya listrik dari pelanggannya. Dengan
menggunakan AMR, perusahaan listrik tidak perlu mengerahkan banyak petugas listrik untuk mencatat data daya dari seluruh pelanggan listrik di setiap periode evaluasi data daya listrik yang telah digunakan pelanggannya. Data daya listrik dari setiap pelanggang akan secara otomatis terkirim ke dalam database perusahaan listrik sesuai periode pengiriman yang telah ditetapkan. Selain itu, dari sisi pelanggan listrik, sistem AMR mempermudah pelanggan untuk melihat tagihan listriknya setiap bulan. Cukup dengan mengakses website AMR yang telah disiapkan oleh perusahaan listrik, lalu memasukkan password, maka pelanggan tersebut sudah dapat melihat total daya listrik yang digunakan dan tagihan listriknya[9].
2.6. Estimasi Rugi-rugi Energi
Rugi-rugi energi estimasi dapat dituliskan [10, 11] dengan rumus
Di mana,
: Rugi-rugi energi total estimasi (kWh)
: Rugi-rugi daya pada saluran(kW)
: Periode waktu estimasi (jam)
Hubungan Empirical Equivalent hour loss [12-14] adalah ( ) ( )
Di mana,
: Loss Factor (Faktor rugi-rugi) : Load Factor (Faktor beban) A dan B : Koefisien estimasi
Loss Factor dapat dihitung dengan rumus
∑
Di mana,
: Perbandingan antara beban yang terukur terhadap beban puncak dalam satu periode waktu.
: Banyaknya beban yang terukur
(2.8)
(2.9)
(2.10)
Load Factor adalah perbandingan beban rata-rata terhadap beban puncak dalam satu periode waktu, dapat dituliskan sebagai berikut
∑
Menggunakan persamaan (2.11) dan (2.12), parameter A dan B dapat diestimasi dengan persamaan (2.9) dan (2.10) menggunakan analisis regresi nonlinier[15] pada software statistika SPSS.
Rugi-rugi daya pada saluran dapat dihitung dengan simulasi pada software ETAP[16]. Hasilnya akan digunakan untuk menghitung rugi-rugi energi total estimasi dari persamaan (2.8).
