14062-1-733344343404.doc

MODUL - 1PERENCANAAN SISTEM TENAGA LISTRIK

A.Pendahuluan

Pada umumnya sistem tenaga listrik terdiri atas komponen-komponen peralatan listrik

atau mesin listrik seperti generator, motor,transformator, beban dan alat-alat pengaman yang

saling dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk

membangkitkan,menyalurkan dan menggunakan energi. Untuk itu mendesain suatu sistem

jaringan distribusi primer harus bisa menanggung beban hingga batas maksimum. Oleh

karena itu disesuaikan dengan perkembangan beban. Batas maksimum tergantung dari

kapasitas trafo daya, kemampuan saluran menghantarkan arus dan kerugian tegangan yang

diijinkan antara sisi kirim dan sisi terima saluran.

Kondisi Indonesia yang terdiri dari pulau-pulau dengan sistem tenaga listrik tersebar

dimana perkembangannya cenderung untuk diadakan interkoneksi. Di samping itu masih

banyaksistem non PLN khususnya dari industri yang iuga cenderung beralih menjadi

langganan PLN.

Contoh pembangkit listrik yang ada di Sumatera.

Perancanaan Sistem Tenaga ListrikIr. Isworo Pujotomo MT

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘111

Peranan beban khususnya industri makin membesar. Jenis beban industry yang

dihadapi sistem PLN antara lain tanur busur listrik, mesin canai (rolling mill), motor-motor

listrik dengan kapasitas besar, penyearah (rectif ier) pada industri kimia. Sedang dari sektor

angkutan misalnya kereta listrik. Semua contoh beban tsb. mempunyai karakteristik yang

berbeda dan berpotensi sebagai sumber pencemaran listrik bagi system maupun konsumen

yang tersambung ke sistem. Pencemaran tersebut antara lain berbentuk goncangan daya yant

mengakibatkan Soncangan frekuensi, goncangan tegangan , harmonik dan ketidak

keseimbangan tegangan. Keadaan dan perkembangan sistem tenaga listrik PLN maupun

beban-beban yang tersambung seperti telah diuraikan di atas akan mempengaruhi spesifikasi

desain peralatan dan operasi sistem tenaga listriknya

Dalam sistem tenaga listrik perlu dilakukan terlebih dahulu suatu perencanaan yang

meliputi:

1. Pembangkit

2. Transmisi

3. Distribusi

4. Konsumen dan

5. Komponen-komponen proteksi alat listrik (pengaman )

B.Pembangkit

Pembangkit merupakan bagian penghasil energi listrik yang pertama, atau dengan

kata lain sumber awal dari energi listrik yang nantinya akan disalurkan kepada konsumen.

Spesifikasi pembangkit yang perlu diperhatikan adalah:

a. Konstanta kelembaban rotor pernbangkit termasuk mesin (H) yang menyimpan energi

kinetik dalam rotor dan merupakan peredam goncangan frekuensi, besarnya sekitar 1 s/d 7

sec/MWA.

Konstanta tersebut mempunyai hubungan dengan data mekanis sebagai berikut:

H =

dimana:H = Konstanta kelembaman ( MW.sec/MWA atau )



‘112

GD2= Momen kelembaman(kg.m2)

Rpm= Putaran rotor (putaran/menit)

kVA= Daya pengenal pembangkit (kvA)

pembangkit yang baru khususnya dengan kapasitas yang lebih besar cenderung

mempunyai H yang lebih kecil dari pada produksi lama. Mengingat cadangan utama (sesaat)

dalam system tenaga listrik ditentukan oleh total H yang ada dalam system, maka dalam

usaha menjaga mutu frekuensi system terhadap goncangan beban maka haarga H minimum

perlu ditetapkan, berdasarkan data pembangkit PLN dan buku-buku dalam referensi dapat

dipilih H minimum jenis PLTU 2,5: PLTA 2; PLTG dan PLTP 5 sedang PLTD 1, semuanya

dalam MW.sec/MVA atau

secara komulatif makin kecil ukuran suatu jenis pembangkit sebaiknnya mempunyai

H yang besar.

Contoh: sebuah PLTD 15,75 3 MVA; 428 Rpm bila dipilih konstanta inersia H = 1

ingin diketahui momen kelembaman GD2 yang diperlukan .

Hitungan dengan rumus 1 dapat dipeoleh

GD2 =

=

=62,750 kg m2

Impedans transien Xd', impedans sinkron Xd yang besarnya kira-kira kebalikan rasio

hubung singkat (short circuit ratio) dan impedans transformator penaik Xt dari pembangkit

produksi baru cenderung menjadi lebih besar. Dari segi sistem, salah satu cara untuk

mengukur tingkat stabilitas relatif pembangkit yang terhubung pada sistem (terhadap

gangguan hubung singkat 3 fasa) adalah dengan mengecek waktu pembebasan-gangguan-

kritis (critical fault-clearing time, TC) yang besarnya kira-kira mempunyai hubungan:



‘113

Tc Ks, dimana Ks =

Sebagai contoh sebuah PLTU H= 3,3 ; Xd’=0,22: Xd = 1,56

Xt=0,12 per unit maka indeks stabilitas relative Ks adalah:

Alternative lain dengan Xd’ = 0,3 dan Xdd = 2 per unit untuk memperoleh indeks

stabilitas relative yang yang sama diperlukan H = Ks2 (Xd’+Xt)(Xd+Xt) = 2,42(0,3+0,12)=

5,1

Sistem penguatan ikut mempengaruhi karakteristik system pembangkit. Usaha

memperbaiki tingkat stabilitas melalui perlengkapan ini misalnya dengan sistem penguatan

elektronik yang mempunyai tanggap (respons) yang lebih tinggi dan mempunyai pengatur

stabilitas (Power System Stabilizer). Penggunaan perlengkapan jenis ini sering dipakai untuk

mengkompensasi pemilihan Xd'dan Xd yang relatif besar. Demikian pula sistem pengatur

putaran iuga mempengaruhi tingkat stabilitas. Perkembangan sistem ini menyangkut sistem

pengaturan elektronik.

Kemarnpuan mesin pembangkit,khususnya mesin pembangkit termis dalam

menanggung variasi pernbebanan akibat variasi daya yang diserap beban, antara lain berupa

daya cadangan lambat, cadangan cepat dan cadangan utama (slow reserve, fast reserve,

primary reserve) merupakan faktor yang penting sehubungan dengan adanya beban industri.

Faktor ini ikut menentukan keandalan dan mutu listrik sistem.

C.Perencanaan Operasi Sistem

Pencemaran berupa goncangan daya yang mengakibatkan goncangan frekuensi,

goncangan tegangan, harmonik dan ketidakseimbangan tegangan yang bersumber dari beban

yang tersambung pada system tenaga listrik mempunyai sifat penyebaran yang berbeda.

Pencemaran tegangan akan dirasakan oleh konsumen lain, terutama pada titik sambungan

bersama (point of common coupling) dengan sumber pencemaran dan semakin jauh dari titik

tersebut pencemaran tegangan semakin berkurang. Goncangan frekuensi akan dirasakan di



‘114

seluruh sistem. Hal-hal yang berkaitan dengan masalah pencemaran tersebut yang perlu

mendapat perhatian adalah:

a. Batasan penyambungan jenis- jenis beban yang berpotensi sebagai sumber

pencemaran yang diperlukan dalam tahap perencanaan sambungan baru. Misalnya

ukuran satuan beban terhadap kapasitas sistem.

b. Batasan besarnya pencemaran yang dapat diterima berdasarkan hasil

pengamatan/pengukuran setelah beban tersambung dan beroperasi. Misalnya batasan

kedip tegangan, harmonik tegangan pada tingkat tegangan tertentu.

D.Table Data



‘115

Berdasarkan dari pada keputusan menteri ESDM no 37 th 2008 persyaratan unit pembangkit

adalah sebagi berikut:

kriteria teknis dan desain, serta persyaratan unjuk kerja untuk unit pembangkit yang

terhubung langsung ke jaringan transmisi, dengan pengecualian unit-unit yang dianggap

sangat kecil. Untuk kepentingan Aturan Jaringan dan Aturan Penyambungan, klasifikasi unit

pembangkit didefinisikan sebagai berikut:

Besar : lebih besar atau sama dengan 100 MW;

Menengah : dari 30 MW sampai kurang dari 100 MW;



‘116

Kecil : kurang dari 30 MW.

1. Unit Pembangkit Besar harus dilengkapi dengan:

a. governor reaksi cepat yang berpengaruh pada pengatur primer frekuensi Sistem di

antara 48,5 Hz hingga 51,0 Hz. Pembangkit harus mampu menerima sinyal Automatic

Generation Control (AGC) dari dispatch Pusat Pengatur Beban/Unit Pengatur Beban

untuk memungkinkan pengaturan sekunder frekuensi Sistem;

b. alat pengatur tegangan otomatis reaksi cepat untuk pengaturan tegangan terminal

generator dalam rentang operasi unit pembangkit tersebut tanpa mengakibatkan

ketidakstabilan; dan

c. power system stabilizer.

2. Setiap Unit Pembangkit Menengah harus dilengkapi dengan:

a. governor reaksi cepat yang berpengaruh pada pengatur primer frekuensi di antara 48,5

Hz hingga 51,0 Hz; Pembangkit harus mampu menerima sinyal Automatic Generation

Control (AGC) dari dispatch Pusat Pengatur Beban/Unit Pengatur Beban untuk

memungkinkan pengaturan sekunder frekuensi Sistem; dan,

b. alat pengatur tegangan otomatis bereaksi cepat untuk pengaturan tegangan terminal

generator dalam rentang operasi unit pembangkit tersebut tanpa mengakibatkan

ketidakstabilan; dan

c. power system stabilizer.

3. Setiap Unit Pembangkit Kecil harus dilengkapi dengan:

a. governor yang berpengaruh pada pengatur primer frekuensi di antara 48,5 Hz hingga

51,0 Hz; dan,

b. alat pengatur tegangan otomatis untuk pengaturan tegangan terminal generator dalam

rentang operasi unit pembangkit tersebut tanpa mengakibatkan ketidakstabilan.

Setiap Unit Pembangkit harus mampu beroperasi sesuai dengan kemampuan yang

dideklarasikan:

a. pada frekuensi dalam rentang 49,0 Hz hingga 51,0 Hz; dan

b. pada setiap faktor-daya (power factor) di antara 0,85 lagging dan 0,90 leading.

Pengecualian dari persyaratan ini adalah unit pembangkit generator induksi kapasitas

kecil atau yang disetujui oleh Pusat Pengatur Beban atau Unit Pengatur Beban/Sub-

Unit Pengatur Beban.



‘117

Setiap Unit Pembangkit harus tetap terhubung ke Jaringan pada rentang frekuensi

47,5 Hz hingga 52,0 Hz. Pemisahan Unit Pembangkit dari Jaringan dalam rentang frekuensi

ini dibolehkan apabila merupakan bagian dari pengamanan Jaringan secara keseluruhan yang

diatur oleh Pusat Pengatur Beban atau Unit Pengatur Beban/Sub-Unit Pengatur Beban.

E.Saluran Transmisi

Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik disalurkan melalui kawat-

kawat atau saluran transinisi menuju ke pusat- pusat beban.

Saluran transmisi menurut cara penyalurannya ada dua macam, yaitu :

a. Saluran Udara

Adalah saluran transmisi yang menggunakan kawat-kawat telanjang yang

digantungkan pada tiang transmisi dengan perantaraan isolator-isolator.

b. Saluran Bawah Tanah

Adalah saluran transmisi yang menggunakan konduktor-konduktor berisolasi yang

ditanam dengan kedalaman tertentu di bawah tanah. Setiap cara penyaluran di atas

mempunyai kelebihan dan kelemahannya sendiri-sendiri. Dibandingkan dengan saluran

udara, saluran bawah tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, taufan, hujan angin,

bahaya petir dan sebagainya. Lagi pula, saluran bawah tanah lebih estetis karena tidak

mengganggu pandangan. Karena alasan terakhir ini,saluran-saluran bawah tanah lebih

disukai, terutama untuk daerah yang padat penduduknya dan di kota-kota besar. Namun

biaya pembangunannya jauh lebih mahal dibandingkan dengan saluran udara, dan

perbaikannya lebih sukar bila terjadi gangguan hubung singkat dan kesukaran-kesukaran

lain. Pilihan antara saluran udara dan saluran kabel tergantung pada berbagai faktor, antara

lain rute saluran, pentingnya kontuinitas pelayanan, arah perkernbangan daerah, biaya

pemeliharaan tahunan, biaya modal dan umur manfaat system.

F.Distribusi

sistem distribusi merupakan area yang seringkali terjadi kerusakan dan gangguan,

dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu :

a. Gardu Induk Distribusi

Merupakan gardu yang bertugas membagi dalam beberapa penyulang (feeder) dari

150 KV menjadi 20 KV. Dan juga terdapat rele-rele, yaitu :

OCR



‘118

DGR

UFR

UVR

OVR

GFR

b. Distribusi Primer

Dari keluaran (outgoing) penyulang, tenaga listrik disalurkan melalui distribusi primer

dengan tegangan sebesar 20 KV/6KV menuju ke pusat-pusat beban melalui SUTM

(Saluran Udara Tegangan Menengah) dan SKTM (Saluran Kabel Tegangan Menengah)

c. Distribusi Sekunder

Terdiri dari dua jenis, yaitu Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) dan Saluran

Kabel Tegangan Rendah (SKTR). Tegangan yang berada pada saluran ini diturunkan

dari distribusi primer melalui transformator distribusi melalu 380/220V. Gambar 2.1

menunjukkan secara umum bentuk sistem penyaluran tenaga listrik dari pembangkit

hingga konsumen.

Proteksi merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan jaringan listrik

demi keamanan peralatan. Proteksi yang diizinkan oleh Kepmen No 37 th 2008

adalah:

Semua setting harus dikoordinasikan dengan setting proteksi P3B Sumatera

untuk memperkecil akibat gangguan pada fasilitas Pemakai Jaringan terhadap

jaringan transmisi.

Waktu Pemutusan Gangguan

a. Waktu pemutusan gangguan untuk gangguan di sisi Pemakai Jaringan yang

terhubung langsung dengan jaringan transmisi, mulai dari saat terjadinya gangguan

hingga busur listrik padam oleh pembukaan PMT, harus kurang dari atau sama

dengan:

i. 275 kV: 100 milidetik

ii. 150 kV: 120 milidetik

iii. 66 kV: 150 milidetik.



‘119

b. Waktu pemutusan gangguan untuk hubungan 20 kV harus ditentukan oleh P3B

Sumatera dan/atau PT PLN (Persero) Wilayah, tergantung pada lokasi titik

sambungan dan beberapa peraturan lainnya.

G.Proteksi Trafo Daya

Pemasangan peralatan untuk melindungi trafo daya adalah penting mengingat

peranan-peranan trafo dalam sistem distribusi tenaga listrik. Ada beberapa peralatan yang

biasa dipergunakan untuk melindungi trafo daya, yaitu :

Pengaman beban lebih, pembebanan yang berlebihan akan mengakibatkan kenaikan

suhu trafo. Ada batas kenaikan suhu yang masih bisa ditoleransi suatu trafo. Apabila suhu

trafo melebihi batas suhu maksimum yang diperbolehkan, maka akan mengakibatkan

kemungkinan rusaknya isolasi trafo. Contoh pengaman beban lebih adalah cairan indikator

suhu dan relai suhu. Pengaman arus hubung singkat, pengaman arus hubung singkat ini harus

dapat bekerja dengan cepat untuk meminimalkan kerusakan yang mungkin timbul seperti

kerusakan mekanis dan kerusakan akibat kenaikan suhu yang mencolok akan mengikuti

peristiwa masuknya arus hubung singkat pada rangkaian trafo. Contoh pengaman arus

hubung singkat adalah relai diferensial dan relai arus lebih.Pengaman tegangan lebih,

pengamanan terhadap tegangan lebih ini sangat diperlukan karena akan muncul tegangan sisa

akibat switching dan sambaran petir. Dipasang arrester untuk pengaman tegangan lebih.

H. Beban

Beban merupakan bagian yang memakai energi listrik atau yang disebut pengguna

akhir (end user). Pembangkit yang akan dibuat harus mempertimbangkan nilai beban yang

akan ditanggung karena bila tidak akan terjadi berbagai permasalahan yang sangat

merugikan, menurut Kepmen ESDM no 37 th 2008 menetapkan bahwa pihak PLN harus

industri dan konsumen yang akan memakai energi listrik. Konsumen selambat-lambatnya 30

hari sebelum pemasangan harus sudah melaporkan ke pihak PLN. Selain itu peralatan yang

digunakan harus sesuai dengan spesifikasi dari peralatan yang tetapkan oleh PLN.

I.Kesimpulan

Dalam pelaksanaan pembangunan pembangkit energi listrik perlu dilakukan

perencanaan yang mempertimbangkan Kepmen dan PUIL. Selain itu pembangkitan harus

disesuaikan dengan jumlah beban yang akan dilayani. Hal ini diperlukan agar dapat



‘1110

menghidari segala kerugian yang akan timbul bila pembangkitan dilakukan tanpa

perencanaan.

Referensi :

www.esdm.go.id

www.pln-km.com

www.digilib.petra.ac.id



‘1111

http://www.digilib.petra.ac.id/

http://www.pln-km.com/

http://www.esdm.go.id/

14062-1-733344343404.doc

Documents