6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Sistem Distribusi

Secara umum sistem distribusi tenaga listrik didefinisikan sebagai bagian

dari sistem tenaga listrik yang menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk

sampai kepada pemanfaat tenaga listrik. Sistem jaringan distribusi dibedakan

menjadi dua yaitu sistem jaringan distribusi primer dan sistem jaringan distribusi

sekunder. Kedua sistem tersebut dibedakan berdasarkan tegangan kerjanya.

Pada umumnya tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi sekunder adalah

220/380 V.

Unit Pembangkitan

Unit Transmisi

Gardu Induk distribusi

G Trf PMT

Unit Distribusi

PMT

Konsumen Besar Konsumen Umum

Gen

era

tor

Tra

nsf

ormato

r

Pe

mu

tus

Te

na

ga

Dis

trib

usi

Pri

me

r

Dis

tribu

si

sek

un

de

r

Gambar 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Penyaluran daya listrik secara kontinyu dan andal, diperlukan pemilihan

sistem distribusi yang tepat. Pemilihan ini didasarkan pada beberapa faktor,

antara lain :

a. Faktor ekonomis

b. Faktor tempat

c. Faktor kelayakan

7

Dalam pemilihan sistem jaringan harus memenuhi persyaratan-persyaratan

antara lain :

a. Keandalan yang tinggi

b. Kontinyuitas pelayanan

c. Biaya investasi yang rendah

d. Fluktuasi frekuensi dan tegangan yang rendah.

2.1.1 Jaringan Distribusi Primer

Jaringan distribusi primer merupakan jaringan distribusi tegangan

menengah bagian dari sistem tenaga listrik antara gardu induk dan gardu

distribusi. Pada jaringan distribusi primer umumnya terdiri dari jaringan tiga fasa

dengan menggunakan tiga atau empat kawat sebagai penghantar. Di dalam

penyalurannya pada jaringan distribusi primer menggunakan saluran kawat

udara, kabel udara (areal cable) dan sistem kabel tanah dimana

penggunaannya sesuai dengan tingkat keandalan yang dibutuhkan. Pada

sistem jaringan distribusi primer saluran yang digunakan saluran daya listrik

pada masing – masing beban yang disebut dengan penyulang (feeder).

Umumnya penyulang diberi nama sesuai dengan daerah beban yang dilayani,

dimana tujuannya adalah untuk memudahkan mengingat jalur – jalur yang

dilayani oleh penyulang tersebut.

2.1.2 Jaringan Distribusi Sekunder

Sistem jaringan distribusi sekunder merupakan bagian dari jaringan

distribusi tegangan rendah dimana jaringan ini berhubungan langsung dengan

8

konsumen tenaga listrik.Pada umumnya tegangan pada jaringan distribusi

sekunder yang digunakan adalan 220/380 volt hasil penurunan dari sistem

tegangan distribusi primer 20kV.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

biasa disebut dengan sistem tegangan rendah yang langsung dihubungkan ke

konsumen.

2.2 Konfigurasi Jaringan Primer.

Konfigurasi jaringan distribusi primer pada suatu sistem distribusi sangat

menentukan keandalan pelayanan yang akan diperoleh khususnya mengenai

kontinyuitas pelayanan. Gabungan dari beberapa penyulang dapat membentuk

tipe sistem jaringan distribusi primer yang dapat terbagi menjadi empat, yaitu:

1. Sistem jaringan distribusi pola radial ( radial tanpa PBO dan radial

dengan satu PBO)

2. Sistem jaringan distribusi pola lingkar tertutup(close loop/open ring)

dan lingkar terbuka (open loop/open ring )

3. Sistem jaringan distribusi spindel

4. Sistem jaringan distribusi pola gugus (kluster)

Dimana masing - masing sistem jaringan distribusi diatas mempunyai

karakteristik yang berbeda.

9

2.2.1 Sistem Jaringan Distribusi Pola Radial

Pola radial adalah jaringan yang setiap saluran primernya hanya mampu

menyalurkan daya dalam satu arah aliran daya.Tipe radial memiliki jumlah

sumber dan penyulang hanya satu buah saja. Jaringan ini biasanya dipakai

untuk melayani daerah dengan kerapatan beban yang rendah. Apabila terjadi

gangguan pada salah satunya baik sumber maupun penyulang maka semua

beban yang dilayani oleh jaringan ini akan padam.

Gambar : 2.2 Sistem konfigurasi Jaringan Pola Radial

Adapun keunggulan dan kelemahan dari sistem saluran tipe radial ini

adalah :

a. Keunggulan :

Bentuknya sederhana

Biaya investasi relatif murah

b. Kekurangan :

Kualitas pelayanan kurang baik karena rugi tegangan dan rugi daya

pada daya relatif besar

Kontinyuitas pelayanan daya tidak terjamin sebab antara titik sumber

dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran

10

Bila saluran tersebut mengalami gangguan, maka seluruh rangkaian

setelah ganggan akan mengalami pemadaman total

2.2.1.1 Sistem Radial Tanpa PBO

Struktur jaringan distribusi radial merupakan bentuk jaringan paling

sederhana dibandingkan dengan struktur jaringan lain baik ditinjau dari

perencanaan maupun pengusahaannya dan juga paling murah biaya

pembangunannya. Pada sistem radial, penyaluran tenaga listrik dilaksanakan

secara searah, sehingga jika terjadi gangguan pada satu titik di saluran tersebut

maka akan menyebabkan terjadinya pemadaman di daerah setelah titik

gangguan tersebut. Dengan demikian tingkat keandalannya relatif rendah.

Saluran radial ini banyak digunakan pada daerah yang memiliki pertumbuhan

beban dan kepadatan beban yang rendah. Jenis saluran yang digunakan

umumnya saluran udara dengan panjang jaringan yang cukup panjang, karena

dengan beban yang cukup kecil pada jaringan yang panjang, rugi jaringannya

masih dapat ditolerir begitu juga mutu tegangan saluran masih tidak terlalu

rendah.

Gambar 2.3 Sistem Konfigurasi Jaringan Pola Radial Tanpa PBO

11

2.2.1.2 Sistem Radial Dengan Satu PBO di Tengahnya

Struktur jaringan distribusi radial jenis ini bedanya hanya pada

konstruksinya yaitu dengan adanya penambahan pemasangan PBO (Pemutus

Balik Otomatis) di tengah-tengah dari saluran radial ini. Gunanya untuk

mengurangi frekuensi pemadaman dan lama pemadaman yang diakibatkan

oleh gangguan yang terjadi pada saluran radial ini.

Gambar 2.4 Sistem Konfigurasi Jaringan Pola Radial dengan Satu PBO di tengah

2.2.2. Sistem Jaringan Distribusi Pola Lingkar (Loop/Ring) dan lingkar terbuka

(open loop/ring )

Jaringan polalingkar adalah jaringan yang dimulai dari suatu titik pada rel

daya yang berkeliling di daerah beban kemudian kembali ke titik rel daya

semula. Pola ini ditandai pula dengan adanya dua sumber pengisian yaitu

sumber utama dan sumber cadangan. Jika salah satu sumber pengisian

(saluran utama) mengalami gangguan, akan dapat digantikan oleh sumber

pengisian yang lain (saluran cadangan ). Jaringan ini hampir sama dengan tipe

radial dimana sistem ini merupakan gabungan dari dua buah sistem radial. Tipe

loop ini terdiri dari dua macam yaitu :

a. Bentuk Open Loop, bila jaringan dilengkapi dengan sakelar Normally

Open yang pada saat kondisi normal rangkaian selalu terbuka

12

b. Bentuk Close Loop, bila jaringan dilengkapi dengan sakelar Normally

Closse yang pada saat kondisi normal rangkaian selalu tertutup.

Umumnya tipe jenis ini dilengkapi dengan recloser yang bekerja secara

otomatis sehingga memungkinkan gangguan dapat dilokalisir dengan cepat

agar sistem tidak terganggu dan daerah yang mengalami gangguan dapat

segera beroperasi kembali dalam waktu yang relatif singkat.

Adapun keuntungan dan kelemahan dari sistem saluran tipe lingkar

(loop/ring) ini adalah :

a. Keuntungan

Kontinyuitas penyaluran daya listrik cukup tinggi

Stabilitas tegangan sistem yang mantap

Tingkat keandalan dan keamanan yang cukup tinggi

Fleksibelitas tinggi

b. Kelemahan

Biaya pemasangan relatif mahal

Biaya pemeliharaan tinggi

Gambar 2.5 Sistem Konfigurasi Jaringan Pola Lingkar (loop/ring)

13

2.2.3. Sistem Jaringan Distribusi Pola Spindel

Jaringan primer pola spindel merupakan pola pengembangan dari sistem

radial dan loop terpisah. Penyulang tersebut dibagi menjadi dua jenis, yaitu :

1) Penyulang kerja (woking feeder)

Adalah penyulang yang dioperasikan untuk mengalirkan daya listrik dari

sumber pembangkit sampai pada konsumen, sehingga penyulang ini

dioperasikan dalam keadaan bertegangan dan sudah dibebani. Operasi

normal penyulang ini hampir sama seperti tipe radial

2) Penyulang cadangan (express feeder )

Adalah penyulang yang menghubungkan gardu induk langsung ke gardu

hubung dan tidak dibebani gardu – gardu distribusi.Pada operasi normal

penyulang ini tidak berbeban dan hanya berfungsi sebagai penyulang

cadangan untuk mensuplai penyulang tertentu yang mengalami

gangguan pada gardu hubung.

Gambar 2.6 Sistem Konfigurasi Jaringan Pola Spindel

14

Keunggulan dan kelemahan dari sistem spindel ini adalah :

a. Keunggulan

Mempunyai keandalan sistem yang lebih tinggi

b. Kelemahan

Biaya sangat mahal

2.2.4. Sistem Jaringan Distribusi Pola Gugus ( grid atau mesh )

Pola jaringan ini mempunyai beberapa rel daya dan antara rel – rel

tersebut dihubungkan oleh saluran penghubung yang disebut dengan tie

feeder. Dengan demikian tiap gardu distribusi dapat menerima dan mengirim

daya dari atau ke rel lain. Sistem jaringan ini merupakan variasi dari sistem

spindel, dimana perbedaannya hanya terlihat pada penyulang cadangan

(express feeder). Pada sistem ini penyulang cadangan dibebani sebagaimana

halnya dengan penyulang kerja, sistem ini pempunyai tingkat keandalan dan

kontinyuitas yang lebih baik dari sistem lingkar (loop/ring ) maupun radial.

Sistem ini jarang digunakan pada sistem distribusi primer tegangan menengah,

yang diterapkan pada sistem transmisi tegangan tinggi yang sering disebut

sistem interkoneksi.

Gambar 2.7 Sistem Konfigurasi Jaringan Pola Gugus/Mesh

15

Keunggulan dan kelemahan dari sistem ini adalah :

a. Keunggulan

Kontinyuitas pelayanan lebih baik dari pola radial atau loop

Flexibel dalam menghadapi perkembangan beban

Sesuai untuk daerah dengan kerapatan beban tinggi

b. Kerugian

Sistem proteksi gangguan yang rumit dan mahal

Biaya invetasi yang mahal

2.3 Pengaman Sistem Distribusi

Sistem pengaman bertujuan untuk mencegah atau mengatasi kerusakan

pada jaringan beserta peralatannya dan keselamatan umum yang disebabkan

karena gangguan dan meningkatkan kelangsungan pelayanan pada konsumen.

Sistem pengaman yang dilakukan pada peralatan-peralatan listrik yang

terpasang di jaringan sistem tenaga listrik terhadap kondisi abnormal operasi

itu sendiri. Sistem pengaman bertujuan untuk mencegah, membatasi, atau

melindungi jaringan dan peralatan terhadap bahaya kerusakan yang

disebabkan karena gangguan yang bersifat temporer maupun permanent,

sehingga kualitas dan keandalan penyaluran daya listrik yang diharapkan oleh

konsumen dapat terjamin dengan baik. Beberapa kriteria yang perlu

diperhatikan pada sistem pengaman adalah :

a. Kecepatan bertindak (quikness of action)

b. Pemilihan tindakan (selectivity or discrimination action)

c. Peka (sensitivity)

d. Keandalan (reliability)

16

Sistem pengaman jaringan tegangan menengah 20 kV merupakan satu

komponen sangat penting yang dirancang untuk mengamankan jaringan dan

peralatan tegangan menengah.

Cara dan tingkat pengamanan yang diterapkan tergantung pada banyak

faktor seperti peralatan, kondisi dan kerapatan beban. Macam karakteristik

beban sangat mempengaruhi pengamanan dan mempengaruhi sistem

pendistribusian. Untuk daerah padat beban dipusat perkotaan misalnya,

jaringan yang dibutuhkan adalah kabel tanah dengan sistem tertutup yang layak

dipergunakan pengamanan lebih tinggi tingkatnya dan lebih mahal sedangkan

untuk kerapatan beban yang rendah digunakan sistem saluran udara radial

dengan pengamanan yang sederhana dan murah sesuai dengan tingkat

keandalana yang masih diterima oleh pemakaianya.

Adapun tugas pengamanan adalah sebagai berikut :

1. Mengamankan peralatan dari kerusakan karena arus lebih

2. Secepatnya membebaskan pemadaman karena gangguan

3. Membatasi daerah yang mengalami pemadaman

Adapun salah satu dari alat pengaman jaringan saluran udara adalah

penutup balik otomatis (PBO/Recloser) yang mempunyai kemamapuan sebagai

pemutus arus hubung singkat yang dilengkapai dengan penginderaan arus

gangguan dan peralatan pengatur kerja membuka - menutup rangkaian sesuai

dengan waktu dan urutan kerja yang telah ditentukan dan membuka- terkunci

bila menghadapi ganguan permanen.

17

2.3.1 Penutup Balik Otomatis (PBO/Recloser) (Automatic Circuit Recloser)

Penutup Balik Otomatis (PBO) atau Recloser (Automatic Circuit Recloser)

umumnya menggunakan sensing arus yaitu suatu peralatan yang bekerja

secara otomatis untuk dapat mengamankan sistem dari gangguan hubung

singkat. Recloser terdiri dari bagian – bagian yang dapat merasakan arus lebih,

mengatur kelambatan waktu, memutuskan arus gangguan, dan menutup

kembali secara otomatis guna mengisi kembali (reenergize) jaringan. Pada

gangguan permanen recloser akan tetap terbuka (mengerjakan pemutusan

menetap) dan memisahkan bagian yang terganggu dari bagian yang utama dari

sistem. Recloser dilengkapi dengan fungsi buka – tutup secara otomatis sangat

berguna untuk menghilangkan gangguan yang berkepanjangan pada sistem

yang diakibatkan oleh keadaan gangguan temporer atau arus lebih yang tiba –

tiba (transient over current). Bila recloser merasakan adanya gangguan di

daerah pengaman maka recloser akan memutuskan arus (membuka kontaktor )

kemudian dengan waktu tunda yang ditentukan secara otomatis akan menutup

kembali kontak. Jika masih dirasakan akan adanya gangguan maka recloser

akan bekerja membuka dan menutup berturut – turut 3 sampai 4 kali langsung

mengunci (sesuai seting di lapangan).

Ada dua hal yang penting dalam urutan kerja recloser yang diakhiri dengan

penguncian, yaitu :

1. Recloser akan menguji secara berulang – ulang untuk menetapkan

bahwa gangguan sudah hilang

2. Recloser dapat membedakan antar gangguan temporer dan gangguan

permanen. Kalau sudah tiga kali pengujian gangguan masih ada maka

18

dapat diasumsikan bahwa gangguan tersebut adalah permanen dan

recloser akan mengunci (lockout)

2.3.2 Klasifikasi Recloser

Recloser dibedakan menjadi dua jenis menurut fasa reclosernya yaitu :

1. Recloser Satu Fasa

Recloser satu fasa berfungsi mengamankan jaringan satu fasa

seperti pada percabangan jaringan satu fasa pada jaringan tiga

fasa. Recloser ini cocok dipasang pada sistem tiga fasa 4 kawat.

2. Recloser Tiga Fasa

Recloser tiga fasa berfungsi apabila terjadi gsangguan satu fasa,

maka ketiga – tiganya akan bekerja membuka dan menutup serta

membuka dan mengunci. Hal ini untuk mencegah pemutusan satu

fasa dari beban satu fasa seperti pada motor – motor tiga fasa.

2.3.3 Penggunaan Recloser

penggunaan recloser dapat dipakai pada :

1. Gardu induk sebagai pengaman utama penyulang distribusi

2. Jaringan yang panjang untuk membagi daerah pengaman dan

mencegah terjadinya gangguan pada seluruh bagian jaringan oleh

gangguan di ujung penyulang

3. Cabang penyulang untuk menjaga jaringan utama dari gangguan

cabang penyulang

19

Adapun hal – hal yang harus diperhatikan pada saat dipasangnya

recloser, yaitu :

1. Tegangan sistem dan arus beban yang terbesar

2. Arus gangguan terbesar yang diperbolehkan melalui recloser

3. Koordinasi recloser dengan peralatan pengaman lainnya.

2.3.4 JenisPengendali Recloser

Ada dua macam jenis pengendali recloser, yaitu :

1. Pengendali Hidrolik

Pengendali Hidrolik berfungsi pada semua recloser satu fasa dan

beberapa recloser tiga fasa merupakan suatu bagian dari pada

bentuk recloser itu sendiri. Pada jenis ini, arus lebih dirasakan

oleh kumparan penjatuh (tripping coil) yang dihubungkan secara

seri oleh jaringan. Pada waktu arus yang mengalir melalui

kumparan melebihi angka minimum trip recloser, maka kumparan

menarik pluyer maka secara mekanik membuka kontak recloser.

Waktu dan urutan kerja dilakukan dengan memompa minyak

secara terpisah, dimana bergantung dari besar kecilnya aliran

pada lubang minyak.

2. Pengendali Elektronik

Recloser dengan pengendali elektronik merasakan arus melalui

trafo arus jenis bushing yang terdapat di dalam recloser, dimana

sekunder dihubungkan ke rangkaian elektronik. Pengendali jenis

ini jauh lebih fleksibel lebih mudah untuk penyetelan karena pada

20

saat terjadi perubahan penyetelan lebih mudah pelaksanaanya.

Pengendali elektronik diletakkan terpisat dari recloser itu sendiri.

2.4 Gangguan Pada Sistem Jaringan Distribusi

Yang dimaksud dengan gangguan pada jaringan tegangan menengah

adalah terjadinya gangguan yang mengakibatkan terputusnya pasokan tenaga

listrik ke daerah-daerah yang dipasok melalui penyulang tersebut.

2.4.1 Gangguan Pada SUTM

Sumber gangguan pada sistem di atas tanah (Saluran Udara) sebagian

besar karena pengaruh luar. Diantaranya.:

Sumber gangguan tersebut berurutan menurutnya intensitasnya adalah

sebagai berikut :

- Angin dan Pohon

- Petir

- Kegagalan atau kerusakan peralatan dan saluran

- Manusia

- Hujan dan cuaca

- Binatang dan Benda-benda asing

- Deformasi tanah

- Lain-lain

Macam - macam gangguan (fault) pada sistem distribusi diatas tanah

(Saluran Udara) dapat dibagi atas dua kelompok :

21

2.4.1.1 Gangguan Permanen

Gangguan permanen adalah gangguan dimana setelah gangguan

dihilangkan masih terdapat kerusakan pada peralatan sehingga perlu

diperbaiki.

2.4.1.2 Gangguan Sesaat (Temporer)

Gangguan temporer merupakan gangguan dimana setelah gangguan itu

hilang tidak menimbulkan kerusakan pada peralatan yang terganggu,

misalnya gangguan pada jaringan transmisi,dahan atau ranting yang

menyentuh jaringan distribusi.

Gangguan yang bersifat temporer jika tidak dapat hilang dengan

segera, baik hilang sendiri dengan sendirinya maupun bekerjanya alat

pengaman (PBO atau recloser), dapat berubah menjadi gangguan yang

bersifat pemanen dan menyebabkan pemutusan tetap.

Jumlah gangguan pada saluran udara jauh lebih banyak dari pada

saluran bawah tanah. Tujuh puluh sampai sembilan puluh lima persen dari

seluruh gangguan yang mengenai saluran udara tegangan menengah

adalah bersifat temporer.

2.4.2 Gangguan pada SKTM

Sumber gangguan pada sistem distribusi bawah tanah, sebagian

berasal dari dalam sistem dan sebagiannya lagi berasal dari faktor luar.

Gangguan dari dalam antara lain :

- Tegangan dan arus abnormal

22

- Pemasangan yang kurang baik

- Penuaan

- Beban lebih

Gangguan dari luar diantara lain :

- Gangguan mekanis karena pekerjaan galian saluran lain

- Kendaraan-kendaraan yang lewat diatasnya

- Impuls petir lewat saluran udara

- Binatang

- Deformasi tanah

2.4.3 Jenis Gangguan dan Penyebabnya

2.4.3.1 Gangguan Beban lebih

Pada sistem tenaga listrik, hal ini bisa terjadi karena kesalahan salah

satu pembangkit atau saluran transmisi terlepas dari sistem yang lain

sehingga terjadi beban lebih pada motor, hal ini terjadi karena beban

motor melebihi kapasitas.

2.4.3.2 Gangguan Hubungan singkat

Semua peralatan listrik selalu diisolasi dan isolasi tersebut bisa

rusak akibat hubung singkat ataupun kerusakan isolasi tersebut

diakibatkan karena umur, tegangan lebih, dahan menyentuh, petir,

dan lain-lain.