chapter ii.pdf

BAB II

JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

2.1 Umum

Kehidupan moderen salah satu cirinya adalah pemakaian energi listrik

yang besar. Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkan karena banyak dan

beraneka ragam peralatan (beban) listrik yang digunakan. Sedangkan beban listrik

yang digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif. Dimana beban induktif

membutuhkan daya reaktif seperti trafo pada rectifier, motor induksi (AC) dan

lampu TL, sedangkan beban kapasitif mengeluarkan daya reaktif. Daya reaktif itu

merupakan daya yang tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah menjadi tenaga,

akan diperlukan untuk proses transmisi energi listrik pada beban. Jadi yang

menyebabkan pemborosan energi listrik adalah banyaknya peralatan yang bersifat

induktif. Berarti dalam menggunakan energi listrik ternyata pelanggan tidak hanya

dibebani oleh daya aktif (kW) saja tetapi juga daya reaktif (kVar). Penjumlahan

kedua daya itu akan menghasilkan daya nyata yang merupakan daya yang disuplai

oleh PLN. Jika nilai daya itu diperbesar yang biasanya dilakukan oleh pelanggan

industri maka rugi-rugi daya menjadi besar sedangkan daya aktif (kW) dan

tegangan yang sampai ke konsumen berkurang. Dengan demikian produksi pada

industri itu akan menurun. Hal ini tentunya tidak boleh terjadi, untuk itu suplai

dan PLN harus ditambah berarti penambahan biaya.

Universitas Sumatera Utara

2.2 Sistem Jaringan Distribusi

Ada tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listrik,

yaitu: Pembangkitan, Penyaluran (transmisi) dan distribusi seperti pada gambar

berikut :

Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam Penyaluran Tenaga Listrik

Tegangan sistem distribusi dapat dikelompokan menjadi 2 bagian besar,

yaitu distribusi primer (20kV) dan distribusi sekunder (380/220V). Jaringan

distribusi 20kV sering disebut Sistem Distribusi Tegangan Menengah dan

jaringan distribusi 380/220V sering disebut jaringan distribusi sekunder atau

disebut Jaringan Tegangan Rendah 380/220V.

2.3 Sistem Distribusi Primer

Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang terpadu oleh hubungan-

hubungan peralatan dan komponen listrik seperti: generator, transformator,

jaringan tenaga listrik dan beban-beban listrik atau pelanggan. Pendistribusian


tenaga listrik adalah bagian dari suatu proses sistem tenaga listrik yang secara

garis besar dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu:

1. Proses produksi di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik (PLTA, PLTG,

PLTU).

2. Proses penyaluran daya/transmisi dengan tegangan tinggi (30, 70, 150,

500 KV) dari pusat-pusat pembangkit ke gardu-gardu induk.

3. Proses pendistribusian tenaga listrik dengan tegangan menengah/melalui

jaringan Distribusi primer (misal 11 atau 20 Kv) dan tegangan

rendah/jaringan distribusi sekunder ( 240, 440 Volt)

Jaringan distribusi adalah semua bagian dari suatu sistem yang menunjang

pendistribusian tenaga listrik yang berasal dari gardu-gardu induk. Sedangkan

komponen-komponen jaringan distribusi adalah Jaringan Distribusi Primer (suatu

jaringan dengan sistem 20 Kv), Gardu Distribusi (suatu sistem dengan peralatan

utama trafo untuk menurunkan tegangan), jaringan Distribusi sekunder (suatu

jaringan dengan sistem tegangan 240V, 400V). Klasifikasikan Jaringan distribusi

primer menurut strukturnya sebagai berikut jaringan radial, jaringan lingkar,

jaringan spindel, jaringan tie line.

2.3.1 Jaringan Radial

Sistem distribusi dengan pola Radial seperti Gambar 2.2 Adalah sistem

distribusi yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat sebuah

feeder yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.


Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial

Dalam feeder tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen.

Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang. Bisa

dalam bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari sistem ini

adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain.

Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya.

Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama yang

menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami

gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam.

Jaringan radial ini mempunyai beberapa keunggulan diantaranya adalah :

1. Pengontrolan tegangan lebih murah

2. Sedikit biaya pembuatan

3. Gangguan lebih mudah diketahui

4. Sedikit gangguan arus pada banyak rangkaian

5. Lebih mudah di prediksi


2.3.2 Jaringan Lingkar (Loop)

Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti

Gambar 3. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga

dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.

Gambar 2.3 Konfigurasi Jaringan Loop

2.3.3 Jaringan Spindel

Sistem Spindel seperti pada Gambar 2.4 adalah suatu pola kombinasi

jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa feeder yang

tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada

sebuah Gardu Hubung (GH).


Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Spindel

Pada sebuah spindel biasanya terdiri dari beberapa feeder aktif dan sebuah

feeder cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu hubung. Pola

Spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang

menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah.

Namun pada pengoperasiannya, sistem Spindel berfungsi sebagai sistem

Radial. Di dalam sebuah feeder aktif terdiri dari gardu distribusi yang berfungsi

untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen tegangan

rendah (TR) atau tegangan menengah (TM).


2.3.4 Jaringan Hantaran Penghubung (Tie Line)

Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.5 digunakan untuk pelanggan

penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lainlain).

Gambar 2.5 Konfigurasi Jaringan Hantaran Penghubung

Sistem ini memiliki minimal dua feeder sekaligus dengan tambahan

Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, setiap feeder

terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu feeder

mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke feeder lain.


2.4 Sistem Distribusi Sekunder

Sistem distribusi sekunder seperti pada Gambar 2.6. merupakan salah satu

bagian dalam sistem distribusi, yaitu mulai dari gardu trafo sampai pada pemakai

akhir atau konsumen.

Gambar 2. 6 Hubungan tegangan menengah ke tegangan rendah dan

konsumen

Melihat letaknya, sistem distribusi ini merupakan bagian yang langsung

berhubungan dengan konsumen, jadi sistem ini selain berfungsi menerima daya

listrik dari sumber daya (trafo distribusi), juga akan mengirimkan serta

mendistribusikan daya tersebut ke konsumen. Mengingat bagian ini berhubungan


langsung dengan konsumen, maka kualitas listrik selayaknya harus sangat

diperhatikan. Jatuh tegangan pada sistem distribusi mencakup jatuh tegangan

pada:

1. Tegangan Menengah (TM)

2. Transformator Distribusi

3. Jaringan Tegangan Rendah

4. Sambungan Rumah

5. Instalasi Rumah.

Jatuh tegangan adalah perbedaan tegangan antara tegangan kirim dan

tegangan terima karena adanya impedansi pada penghantar. Maka pemilihan

penghantar (penampang penghantar) untuk tegangan menengah harus

diperhatikan.

2.5 Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya

Sebelum membahas tentang perbaikan faktor daya dengan menggunakan

kapasitor, ada baiknya kita mengingat kembali tentang pengertian umum dari

Daya Semu, Daya Aktif dan Daya Reaktif. Dalam sistem listrik AC/Arus Bolak-

Balik ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya untuk beban yang memiliki

impedansi (Z), yaitu:

• Daya semu

(S = VI = (IZ) = I2Z dalam satuan Volt Amper, VA)……………………..(2.1)

• Daya aktif

(P = I2R = VI cos ф dalam satuan Watt, W)……………….……………....(2.2)

• Daya reaktif

(Q = I2XL = I2Z sin ф = VI sin ф dalam satuan VAR)………….….…….(2.3)


Untuk rangkaian listrik AC, bentuk gelombang tegangan dan arus

sinusoida, besarnya daya setiap saat tidak sama. Maka daya yang merupakan daya

rata-rata diukur dengan satuan Watt, Daya ini membentuk energi aktif persatuan

waktu dan dapat diukur dengan kwh meter dan juga merupakan daya nyata

atau daya aktif (daya poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban

untuk melakukan tugas tertentu. Segita daya ditunjukkan pada Gambar 2.7

Gambar 2.7 Segita daya

Sedangkan daya semu dinyatakan dengan satuan Volt-Ampere

(disingkat, VA), menyatakan kapasitas peralatan listrik, seperti yang tertera pada

peralatan generator dan transformator. Pada suatu instalasi, khususnya di

pabrik/industri juga terdapat beban tertentu seperti motor listrik, yang

memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu daya reaktif (VAR) untuk

membuat medan magnet atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya yang

terpakai sebagai energi pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi

dan daya ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu

sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu

sistem tenaga listrik. Komponen daya aktif, daya reaktif dan daya semu dapat

ditunjukkan pada Gambar 2.8

S = I2Z Q = I2XL

P = I2R

Φ


Gambar 2.8 Komponen daya aktif, daya reaktif dan daya semu

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = √𝑘𝑘𝑘𝑘2 + 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘2 ; 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 cosф 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 sinф …... (2.4)

2.5.1 Faktor daya

Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt)

dengan daya semu/daya total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya

semu/daya total (lihat gambar 2.8). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan

sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Nilai faktor

daya tidak mungkin lebih besar dari satu. Nilai maksimum faktor daya adalah 1.

Secara teoritis, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusahaan

listrik memiliki faktor daya satu, daya maksimum yang ditransfer setara dengan

kapasitas sistem pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan

jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,3. Kapasitas jaringan distribusi listrik

menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (kVAR) harus serendah mungkin untuk

keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total

(kVA).

Faktor daya itu dapat didefinisikan sebagai berikut:

• Cosinus dari sudut lead atau lag

• Perbandingan antara resistansi dan impedansi atau 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘

KW

KVAKVAR

V

Φ


Faktor daya sebelum diperbaiki:

Faktor daya cos𝛷𝛷1 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘1

………………………………………………(2.5)

tan𝛷𝛷1 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑑𝑑𝑘𝑘1𝑘𝑘𝑘𝑘

………………………………………………(2.6)

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑑𝑑𝑘𝑘1 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 . 𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑 𝛷𝛷1 ……………………………………...(2.7)

Faktor daya yang diinginkan:

Faktor daya cos𝛷𝛷2 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘2

……………………………………………….(2.8)

tan𝛷𝛷2 = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑑𝑑𝑘𝑘2𝑘𝑘𝑘𝑘

……………………………………………….(2.9)

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑑𝑑𝑘𝑘2 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 . 𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑 𝛷𝛷2 …………………………………….....(2.10)

Kvar kapasitor yang di butuhkan untuk memperbaiki faktor daya dari cos Φ1 ke

cos Φ2 adalah:

= (𝐾𝐾𝑘𝑘𝑑𝑑𝑘𝑘1 − 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑑𝑑𝑘𝑘2) ………………………………………..(2.11)

= 𝑘𝑘𝑘𝑘 (tan𝛷𝛷1 − tan𝛷𝛷2) …………………………………...(2.12)

2.5.2 Perbaikan Faktor daya

Satu-satunya jalan untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan

mengurangi daya reaktif di jaringan. Jika komponen arus reaktif dapat

dikurangi, maka total arus akan berkurang sedang komponen arus tidak berubah

sehingga faktor daya akan lebih besar sebagai akibat berkurangnya daya reaktif.

Dengan pemakaian kapasitor pada saluran maka daya reaktif Q akan berkurang


karena kapasitor akan mensuplai daya reaktif ke beban. Ini dapat dilihat pada

gambar 2.7

(a)

(b)

(c)

(c)

Gambar 2.7 (a) Perbaikan faktor daya (b) Rangkaian ekivalen dari saluran (c)

Diagram vektor tanpa kapasitor (d) diagram vektor dengan kapasitor shunt

Φ2 Φ1

KVAR Sebelum di pasang kapasitor

Kvar setelah dipasang kapasitor

Kvar yang di butuhkan

I’ I

IcVs Vr

Z = R + j XL

I Ir

VRIXL

Vs

I

Ic

Ir

VRIXL

Vs

Ic


2.5.3 Voltage Drop

Drop Tegangan pada feeder atau jaringan yang pendek dapat di cari dengan persamaan 𝑘𝑘𝑉𝑉𝑉𝑉𝑡𝑡𝑑𝑑𝑉𝑉𝑉𝑉 𝐷𝐷𝑘𝑘𝑉𝑉𝐷𝐷 ∶ 𝑘𝑘 𝐼𝐼𝑘𝑘 + 𝑋𝑋 𝐼𝐼𝑋𝑋 …………………………………..(2.13)

Dimana : R : Resistansi

X : Reaktansi

Ir : Komponen daya dari arus

Ix : Komponen reaktif

Gambar 2.9 Efek dari kapasitor shunt pada drop tegangan

Keterangan:

O – A : Tegangan saat berbeban

O – B : Tegangan saat pengiriman tanpa kapasitor

O – C : Tegangan saat pengiriman dengan kapasitor

Jika kapasitor di tempatkan pada ujung saluran maka drop tegangan menjadi

𝑘𝑘𝑉𝑉𝑉𝑉𝑡𝑡𝑑𝑑𝑉𝑉𝑉𝑉 𝐷𝐷𝑘𝑘𝑉𝑉𝐷𝐷 ∶ 𝑘𝑘 𝐼𝐼𝑘𝑘 + 𝑋𝑋 𝐼𝐼𝑋𝑋 − 𝑋𝑋 𝐼𝐼𝐶𝐶……………………………………(2.14)

Jadi dengan penambahan kapasitor maka dapat mengurangi drop tegangan

RX

Beban

Shunt Kapasitor

Es Er

i ic

AO

B

C

Ir

IxI

RIr RIx

XIr

XIcRIc

Ic


2.5.4 Keuntungan Perbaikan Faktor Daya dengan Penambahan Kapasitor

Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan kapasitor adalah:

Bagi perusahaan:

• Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembelian dan pemasangan kapasitor

dan tidak ada biaya terus menerus.

• Mengurangi biaya listrik bagi perusahaan sebab:

o Daya reaktif (kVAR) tidak lagi dipasok oleh perusahaan, sehingga

kebutuhan total (kVA) berkurang

o Nilai denda yang dibayar jika beroperasi pada faktor daya rendah

dapat dihindarkan.

• Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja

motor.

Bagi pemasok listrik

• Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada sistem ujung akhir

berkurang

• Kehilangan daya I2R dalam sistem berkurang karena penurunan arus

• Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi

kebutuhan untuk memasang kapasitas tambahan.


2.5.5 Keuntungan dan kerugian pemasangan kapasitor pada feeder dan pada

gardu induk

Berikut ini keuntungan dan kerugian pemasangan kapasitor pada feeder atau

pada gardu induk.

Keuntungan pemasangan kapasitor pada feeder

• Mengurangi rugi jaringan

• Mengurangi drop tegangan sepanjang feeder

• Biaya murah

Kerugian pemasangan kapasitor pada feeder

• Lebih sulit untuk di control

• Ukuran dan penempatan sangat di utamakan

Keuntungan pemasangan kapasitor pada gardu induk

• Pengontrolan sangat bagus

• Penempatan bagus jika vars leading di butuhkan pada pendukung system

tegangan yang drop

Kerugian pemasangan kapasitor pada gardu induk

• Tidak mengurangi rugi jaringan

• Tidak mengurangi drop tegangan sepanjang feeder

• Biaya mahal


2.5.6 Rating Kapasitor

Rating unit kapasitor dari 50 kVAR sampai lebih 500 kVAR tersedia; pada

Tabel 2.2 menunjukkan rating kapasitor yang umum. Rating kVAR Sebuah kapasitor

adalah kVAR pada rating tegangan. Kapasitor bank Tiga-phasa dimaksud jumlah kVAR

ketiga phasa. Distribusi kapasitor bank pada feeder biasanya memiliki satu atau dua atau

(lebih jarang) tiga unit per phasa. Banyak kapasitor bank hanya punya satu unit kapasitor

per phasa.

Tabel 2.2 Rating Kapasitor yang umum

Volts rms

(Terminal-to

Terminal)

kvar Jumlah

phasa

BIL, kV

216 5, 7 1/2, 13 1/3, 20, 25 1 dan 3 30

240 2.5, 5, 7 1/2, 10, 15, 20, 25, 50 1 dan 3 30

480, 600 5, 10, 15, 20, 25, 35, 50, 60,

dan 100

1 dan 3 30

2400 50, 100, 150, 200, 300, dan

400

1 dan 3 75, 95, 125,

150, 200

2770 50, 100, 150, 200, 300, 400,

dan 500

1 dan 3 75, 95, 125,

150, 200

4160, 4800 50, 100, 150, 200, 300, 400,

500, 600, 700, dan 800

1 75, 95, 125,

150, 200

6640, 7200,

7620, 7960,

8320, 9540,

9960, 11,400,

12,470,

13,280,

13,800,

14,400

50, 100, 150, 200, 300, 400

500, 600, 700, dan 800

1 95, 125, 150,

dan 200


Volts rms

(Terminal-to

Terminal)

kvar Jumlah

phasa

BIL, kV

15,125 50, 100, 150, 200, 300, 400,

500, 600, 700, dan 800

1 125, 150, dan

200

19,920 50, 100, 150, 200, 300, 400,

500, 600, 700, dan 800

1 125, 150, dan

200

20,800,

21,600,

22,800,

23,800,

24,940

50, 100, 150, 200, 300, 400,

500, 600, 700, dan 800

1 150 dan 200


chapter ii.pdf

Documents