skripsi studi perencanaan kapasitas gardu traksi …
TRANSCRIPT
INSTITUT TEKNOLOGI PLN
SKRIPSI
STUDI PERENCANAAN KAPASITAS GARDU TRAKSI KLENDER
UNTUK OPERASIONAL KERETA REL LISTRIK (KRL) LINTAS
JATINEGARA-BEKASI
DISUSUN OLEH:
INDAH SARI
2016 11 131
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TENAGA LISTRIK DAN ENERGI TERBARUKAN
INSTITUT TEKNOLOGI-PLN
JAKARTA, 2020
i
ii
iii
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan ini saya menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada yang terhormat:
Dr. Ir. Pawenary, M.T.,IPM.,MPM Selaku Pembimbing I
Muchamad Nur Qosim, ST., MT Selaku Pembimbing II
Yang telah memberikan petunjuk, saran-saran serta bimbingannya sehingga skripsi
ini dapat diselesaikan.
Terimakasih yang sama, saya sampaikan kepada:
1. Bapak Usup petugas dari unit LAA Daop 1
2. Bapak Legowo petugas dari unit LAA Daop 1
3. Bapak Fery selaku petugas lintas PT KCI
Yang telah mengijinkan melakukan pengambilan data pada Daop 1 lintas
Jatinegara-Bekasi PT. KAI (Persero).
Jakarta, 24 Juli 2020
Indah Sari
201611131
v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika IT-PLN, saya yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Indah Sari
NIM : 2016 11 131
Program Studi : S1 Teknik Elektro
Fakultas : Tenaga Listrik dan Terbarukan
Jenis Karya : Skripsi
Demi Pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Institut Teknologi – PLN Hak Bebas Royalti Non ekslusif (Non- exclusive royalty
free right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:
Studi Perencanaan Kapasitas Gardu Traksi Klender Untuk Operasional Kereta Rel
Listrik (KRL) Lintas Jatinegara-Bekasi
Besera perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non
ekslusif ini Institut Teknologi - PLN berhak menyimpan, mengalih media/formatkan,
mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, memplubikasikan
skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan
sebagai Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Jakarta
Pada Tanggal: 24 Juli 2020
Yang menyatakan
Indah Sari
vi
Studi Perencanaan Kapasitas Gardu Traksi Klender Untuk
Operasional Kereta Rel Listrik (KRL) Lintas Jatinegara-Bekasi
Indah Sari, 201611131
Dibawah Bimbingan Dr. Ir. Pawenary, M.T., IPM.,MPM dan
Muh Nur Qosim, ST., MT.
ABSTRAK
Kereta Rel Listrik (KRL) merupakan transportasi masal yang sangat digemari masyarakat, karena harganya yang murah juga cepat, sehingga setiap tahunya mengalami kenaikan penumpang yang mencapai 12,55% pada tahun 2017 ke-2018 persentase tersebut setara dengan 320 juta jiwa pertahun. Hal tersebut membuat KRL yang beroperasi harus ditambah dengan di dukung headway kereta yang semakin dipersempit, khususnya untuk lintas Jatinegara-Bekasi yang saat ini memiliki headway 11 menit, namun dalam kondisi sebenarnya headway mencapai 14 menit. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut maka diperlukan studi perencanaan kapasitas gardu traksi. Parameter daya dukung gardu traksi klender yang digunakan adalah berdasarkan penyempitan headway dari 11 menit yang saat ini diterapkan menjadi 9,5 menit dan 8 menit. Perhitungan yang harus dilakukan yaitu menghitung perubahan beban maksimum dalam satu jam yang harus disuplai oleh transformator, sehingga akan diketahui kapasitas daya yang diperlukan untuk mensuplai beban kereta. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut beban mengalami kenaikan setiap dilakukan penyempitan headway. Pada gardu traksi Klender saat ini mampu mensuplai dalam headway 11 menit, ketika headway dipersempit menjadi 9,5 menit gardu traksi klender masih mampu menyuplai beban yang terhitung dan saat di persempit menjadi 8 menit, beban terhitung mencapai 91%. Kesimpulan yang didapat yaitu gardu traksi Klender dapat dilakukan penambahan jumlah kereta dengan headway 9,5 menit dengan prosentase pembebanan 80%.
Kata Kunci: Headway, Kapasitas Gardu, Gardu Traksi KRL
vii
Study On Planning Power Capacity Of Klender Traction
Substations For Operational Electric Train (KRL)
Indah Sari, 2016 11 131
Under The Guidance Of Dr. Ir. Pawenary, M.T.,IPM.,MPM and
Muh Nur Qosim, ST., MT.
ABSTRACT
Electric Train (KRL) is a mass transportation that is very popular with the public, because the price is cheap and fast, so that every year there is an increase in passengers reaching 12.55% in 2017 2018 the percentage is equivalent to 320 million people per year. This makes the operating KRL’s have to be supplemented with the support of the increasingly narrower train headway, especially for the Jatinegara-Bekasi route, which currently has a headway of 11 minutes, but in actual conditions the headway reaches 14 minutes. To meet these needs, a traction substation capacity planning study is needed. The carrying capacity parameter of the Klender Traction Substation used is based on the narrowing of the headway from 11 minutes which is currently being implemented to be 9.5 minutes and 8 minutes. The calculation that must be done is to calculate the change in the maximum load in one hour that must be supplied by the transformer, so that the power capacity needed to supply the train load will be known. Based on the results of these calculations the load increases every time the headway is narrowed. At the current Klender traction substation is able to supply in 11 minutes headway, when the headway is narrowed to 9.5 minutes the Klender traction substation is still able to supply the calculated load and when it is narrowed down to 8 minutes, the calculated load reaches 91%. The conclusion is that the Klender traction substation can add the number of trains with a headway of 9.5 minutes with a loading percentage of 80%.
Keywords: Headway, Substation Capacity, KRL Traction Substation
viii
DAFTAR ISI
Hal
LEMBAR PENGESAHAN........................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ............................................................... ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................... iii
UCAPAN TERIMAKASIH ...................................................................................... iv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................................. v
ABSTRAK.............................................................................................................. vi
ABSTRACT .......................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………………….. xii
BAB 1 PENDAHULUAN ......................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Penelitian .......................................................................... 1
1.2 Permasalahan Penelitian ........................................................................... 2
1.2.1 Identifikasi Masalah ............................................................................. 2
1.2.2 Ruang Lingkup Masalah ...................................................................... 3
1.2.3 Rumusan Masalah ............................................................................... 3
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian .................................................................. 3
1.3.1 Tujuan penelitian ................................................................................. 3
1.3.2 Manfaat Penelitian ............................................................................... 4
1.4 Sistematika Penulisan ................................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 5
2.2 Landasan Teori .......................................................................................... 6
2.2.1 Kereta Api Listrik ................................................................................. 6
2.2.2 Sistem Elektrifikasi KRL ...................................................................... 9
2.2.3 Gardu Traksi Listrik ........................................................................... 11
2.2.4 Sistem Saluran Atas (LAA) ................................................................ 13
2.2.5 Pantograf ........................................................................................... 14
2.2.6 Sistem Propulsi KRL .......................................................................... 16
ix
2.2.7 Inverter pada KRL ............................................................................. 17
2.2.8 Sistem Proteksi.................................................................................. 17
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................ 19
3.1 Perancangan Penelitian ........................................................................... 19
3.2 Teknik Analisis ......................................................................................... 22
3.2.1 Menentukan Total Daya pada Kereta KRL ........................................ 22
3.2.2 Menentukan Kapasitas Gardu Traksi ................................................ 23
3.2.3 Menghitung Beban Maksimum Beban Gardu Traksi ......................... 23
3.2.4 Menghitung Kapasitas Daya Berdasarkan Headway ......................... 25
3.2.5 Menentukan Kapasitas Daya Gardu Traksi Yang Dibutuhkan ........... 25
3.2.6 Menentukan Resistansi Kawat Penghantar Jaringan LAA ................ 26
3.2.7 Menentukan Rugi Rugi Kawat Penghantar Jaringan LAA ................. 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 29
4.1 Tinjauan Umum Sistem Kelistrikan Pada Kereta Rel Listrik ..................... 29
4.2 Data dan Spesifikasi Kereta Rel Listrik .................................................... 29
4.3 Menghitung Kapasitas Daya Gardu Traksi ............................................... 31
4.3.1 Jarak Pengisian Antar Gardu Traksi .................................................. 31
4.3.2 Kapasitas peralatan Gardu Traksi ......................................................... 32
4.4 Menghitung Resistansi Penghantar Jaringan LAA ................................... 36
4.5 Menghitung Rugi-rugi Kawat Penghantar Jaringan LAA .......................... 38
4.6 Pembahasan ............................................................................................ 38
BAB V PENUTUP ................................................................................................. 44
5.1 Simpulan .................................................................................................. 44
5.2 Saran ....................................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 46
DAFTAR RIWAYAT HIDUP .................................................................................. 47
LAMPIRAN ........................................................................................................... 48
x
DAFTAR TABEL Hal
Tabel 2.1 Standar Tegangan Pada KRL…………………………………….. 7
Tabel 4.1 Berat Total Beberapa Jenis Kereta……….………..…………..... 30
Tabel 4.2 Konsumsi Daya Kereta KRL……………..……………………….. 30
Tabel 4.3 Jarak Antar Gardu Traksi………………………..………………… 31
Tabel 4.4 Kapasitas Peralatan Gardu Traksi………………………..……… 32
Tabel 4.5 Perbandingan Daya Terpasang Dengan Perhitungan……….... 35
Tabel 4.6 Data Penghantar jaringan LAA……………….………………….. 36
xi
DAFTAR GAMBAR Hal
Gambar 2.1 Bagian-Bagian KRL…………………………………………….. 8
Gambar 2.2 Rangkaian KRL 12 SF…………………………………………. 8
Gambar 2.3 Rangkaian KRL 10 SF…………………………………………. 9
Gambar 2.4 Elektrifikasi KRL……….………..……………………………… 10
Gambar 2.5 Diagram Gardu Traksi…………………………………………. 12
Gambar 2.6 Sistem Penyuplaian Dua Sisi Gardu Traksi…………………. 12
Gambar 2.7 Susunan Kawat Pada Jaringan Catenary…………………… 13
Gambar 2.8 Susunan Kawat Pada Jaringan Catenary LAA……………… 14
Gambar 2.9 Pantograf Single Arm atau Tipe Z……………………………. 15
Gambar 2.10 Pantograf Double Arm atau Diamond Shaped…………….... 16
Gambar 3.1 Flowchart………………………………………………………… 21
Gambar 3.2 Jarak Suplai Gardu Traksi…………………………………….. 24
Gambar 4.1 Lokasi Gardu Traksi Terhadap Stasiun……………………… 38
Gambar 4.2 Single Line Diagram Gardu Traksi…………………………… 39
xii
DAFTAR LAMPIRAN Hal
Lampiran 1 Single Line Diagram……………………………………………… 48
Lampiran 2 Suplai Gardu Traksi Menuju LAA………..……………………… 49
Lampiran 3 Lembar Bimbingan Skripsi………………………………………. 50
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Kereta rel listrik (KRL) adalah kereta yang menggunakan energi listrik
sebagai suplai tegangan kerjanya. Operasional KRL memerlukan daya listrik
yang akan di suplai dari sebuah gardu traksi menggunakan kawat konduktor yang
membentang dibagian atas sepanjang rute KRL tersebut yang disebut dengan
sistem catenary atau listrik aliran atas (LAA).
KRL merupakan transportasi masal yang sangat digemari masyarakat,
karena harganya yang murah juga cepat, namun dengan seiring berjalannya
waktu jumlah penumpang mengalami kenaikan disetiap tahunnya. Lonjakan
penumpang yang mencapai 12,55% pada tahun 2017 ke-2018 persentase
tersebut setara dengan 320 juta jiwa pertahun. Hal tersebut membuat KRL yang
beroperasi harus ditambah. Penambahan jumlah Kereta tersebut harus di
dukung dengan waktu tunggu antar kereta yang semakin singkat. Hal ini
mengakibatkan kapasitas gardu tidak mencukupi atau melebihi batas
kapasitasnya, hal ini dapat diindikasikan dengan banyaknya jumlah trip circuit
breaker (HSCB) sebagai pengaman gardu terhadap beban lebih dan arus
gangguan hubung singkat.
Kereta rel listrik atau KRL menggunakan 1500 VDC sebagai tegangan
kerjanya, namun untuk mendapatkan tegangan kerja yang diperlukan melalui
beberapa proses diantaranya, suplai catu daya dari gardu PLN sebesar 20 kV
AC diturunkan oleh transformator penurun tegangan (step down transformer)
menjadi 1200 V AC, kemudian disearahkan oleh penyearah (silicon rectifier) dari
tegangan AC menjadi DC, dari proses ini maka didapat tegangan 1500 V DC dari
hasil konversi tersebut dialirkan menuju kereta dengan menggunakan pantograf.
Selain melalui penyearah, aliran daya juga melewati transformator bantu 20 kV/6
kV yang digunakan untuk keperluan persinyalan, kemudian dari transformator 6
kV diturunkan menjadi 380 V sebagai tegangan kontrol. Sistem kelistrikan pada
KRL meliputi suplai tenaga listrik ke LAA, komponen jaringan LAA, motor
penggerak, sistem kontrol persinyalan dan sistem proteksi untuk sistem
kelistrikanya.
2
Seiring dengan berjalanya waktu jumlah KRL yang telah tersedia saat ini di
provinsi DKI Jakarta ternyata masih belum mampu untuk mengurai kemacetan
yang ada, bahkan dengan jumlah yang ada sekarang pihak PLN sebagai
penyedia listrik kewalahan untuk memenuhi kebutuhan pasokan listrik yang
dibutuhkan untuk operasional KRL tersebut. Untuk mengatasi jumlah
penumpang yang akan terus melonjak, direktur utama PT. KCI memutuskan
untuk melakukan penambahan jadwal perjalanan KRL.
Berdasarkan keputusan direktur PT. KCI diatas, maka perlu diketahui
berapa banyak jumlah kebutuhan tenaga listrik untuk memenuhi kebutuhan
penambahan jadwal perjalanan tersebut, dan untuk memenuhi kebutuhan listrik
tersebut maka perlu mengetahui tentang “Studi Perencanaan Kapasitas Gardu
Traksi Klender Untuk Operasional Kereta Rel Listrik (KRL) Lintas Jatinegara-
Bekasi”.
1.2 Permasalahan Penelitian
1.2.1 Identifikasi Masalah
Sistem kelistrikan KRL yaitu menggunakan sistem gardu traksi yang
berfungsi menyalurkan listrik menuju kereta melalui jaringan listrik aliran atas.
Dalam penelitian ini akan membahas perencanaan perhitungan kapasitas daya
gardu traksi sebagai suplai tenaga listrik hingga penyaluran tenaga listrik menuju
KRL dengan menggunakan pantograf, tidak termasuk suplai arus kereta KRL
setelah melewati pantograph, serta menentukan resistansi penghantar listrik
aliran atas dan rugi-rugi pada penghantar jaringan listrik aliran atas. Penelitian
akan dilakukan pada gardu traksi Klender yang menyuplai KRL jalur Jatinegara-
Bekasi.
3
1.2.2 Ruang Lingkup Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka ruang lingkup pada penelitian
ini yaitu sistem elektrifikasi pada gardu traksi KRL yang meliputi:
1. Perhitungan kapasitas gardu traksi yang digunakan untuk menyalurkan
listrik menuju KRL jalur Jatinegara-Bekasi.
2. Perbandingan daya gardu traksi eksisting dan kebutuhan daya yang
terpakai untuk mensuplai KRL.
3. Perhitungan rugi rugi pada penghantar listrik aliran atas (LAA).
1.2.3 Rumusan Masalah
Adapun beberapa rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu:
1. Bagaimana memperhitungkan kapasitas daya gardu traksi untuk suplai
tenaga listrik KRL jalur Jatinegara-Bekasi?
2. Bagaimana perbandingan antara gardu traksi eksisting dengan kebutuhan
daya suplai KRL sesuai perhitungan?
3. Berapa nilai resistansi pada penghantar listrik aliran atas dan rugi rugi pada
penghantar listrik aliran atas?
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian
1.3.1 Tujuan penelitian
Berdasarkan latar belakang penelitian tersebut diatas, maka tujuan
penulisan skripsi ini dalah sebagai berikut:
1. Mengetahui dan memahami kapasitas daya pada gardu traksi untuk suplai
KRL jalur Jatinegara-Bekasi.
2. Mengetahui kondisi aktual antara gardu traksi eksisting (gardu traksi yang
tersedia) dengan daya yang dibutuhkan untuk suplai KRL.
3. Mengetahui rugi-rugi pada penghantar listrik aliran atas (LAA).
4
1.3.2 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini diharapkan berhasil dengan baik, menghasilkan
laporan yang sistematis dan bermanfaat secara umum yaitu:
1. Penelitian ini diharapkan dapat menambah wawasan dalam mengetahui
sistem kelistrikan yang ada di KRL bagi masyarakat umum.
2. Dapat digunakan sebagai referensi pembelajaran khususnya yang
berkaitan dengan sistem kelistrikan KRL.
3. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi data acuan bagi peneliti berikutnya
terkait kapasitas gardu traksi listrik yang digunakan pada KRL jalur
Jatinegara-Bekasi.
1.4 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran yang jelas mengenai pembahasan penelitian
tersebut, maka sistematika penulisannya adalah sebagai berikut. Bab satu berisi
pendahuluan, yang akan dikemukakan tentang latar belakang penelitian,
permasalahan penelitian yang meliputi identifikasi masalah, ruang lingkup
masalah, dan rumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika
penulisan. Bab dua berisi landasan teori, dalam bab ini akan dikemukakan
tentang tinjauan pustaka, landasan teori meliputi sistem elektrifikasi pada KRL
secara umum. Bab tiga berisi metode yang digunakan untuk menghitung
kapasitas daya gardu traksi untuk suplai KRL. Bab empat berisi hasil dan
pembahasan meliputi perhitungan kapasitas daya gardu traksi Klender untuk
suplai KRL jalur Jatinegara-Bekasi. Bab lima berisi penutup meliputi kesimpulan
dan saran.
5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Peneliti meninjau beberapa penelitian sebelumnya yang mempelajari
sistem kelistrikan kereta rel listrik yaitu menggunakan sistem gardu traksi yang
berfungsi menyalurkan listrik menuju kereta melalui jaringan listrik aliran atas
(LAA).
Berdasarkan peraturan mentri perhubungan nomor PM. 13 Tahun 2011
tentang perkereta apian, mendefinisikan “Kereta Rel Listril (KRL) merupakan
kereta yang mempunyai penggerak sendiri yang menggunakan sumber tenaga
listrik”.
Muhammad Ridwan, ST (2013), dalam jurnal “Engineering & Instalasi
Sistem PT Ren Railway System”, mendefinisikan kereta rel listrik (KRL)
merupakan kereta yang sumber daya utamanya menggunakan listrik. Daya
Listrik yang dibutuhkan oleh KRL ini akan disuplai menggunakan kawat
konduktor yang membentang di bagian atas sepanjang rute KRL tersebut yang
disebut dengan sistem catenary atau LAA (Listrik Aliran Atas).
Ava Rizkinda Putri (2018), dalam jurnalnya yang berjudul “Analisa Daya
Gardu Traksi Kranji Pada Pengoperasian Kereta Bandara Soekarno-Hatta”,
bahwa untuk pengoperasian kereta bandara dengan headway 8,5 menit dan 3
menit gardu traksi Kranji masih mampu untuk mecukupi kebutuhan tersebut.
Hidayani, ST (2017), dalam penelitianya yang berjudul Sistem Suplai
Tenaga Listrik Untuk Krl Commuterline Antara Daerah Bebas Tegangan Pada
Gardu Traksi Bojong Indah, bahwa sistem penyaluran listrik untuk kereta rel listrik
Commuter line yang disuplai oleh PT PLN persero pada rute Duri-Tangerang
terdiri dari 6 gardu traksi.
6
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Kereta Api Listrik
Kereta api adalah sarana transportasi berupa kendaraan dengan tenaga
gerak, baik berjalan sendiri maupun dirangkaikan dengan kendaraan lainnya,
yang bergerak di rel. Kereta api umumnya terdiri dari lokomotif yang dikemudikan
oleh tenaga manusia yang disebut masinis dengan bantuan mesin dan rangkaian
kereta atau gerbong sebagai tempat pengangkutan barang dan atau
penumpang. Rangkaian kereta atau gerbong tersebut berukuran relatif luas
sehingga mampu memuat penumpang atau barang dalam skala yang besar.
Angkutan kereta api adalah penyediaan jasa-jasa transportasi di atas rel
untuk membawa barang dan penumpang. Kereta api memberikan pelayanan
keselamatan, nyaman, dan aman bagi penumpang. Kereta api ditemukan pada
sekitar tahun 1800 dan mengalami pekembangan sampai tahun 1860 (Salim,
2004). Pada mulanya dikenal kereta kuda yang hanya terdiri dari satu kereta
(rangkaian). Kemudian dibuatlah kereta kuda yang menarik lebih dari satu
rangkaian serta berjalan di jalur tertentu yang terbuat dari besi (rel). Kereta jenis
ini yang kemudian dinamakan sepur atau yang lebih dekenal dengan kereta api.
Terdapat beberapa jenis kereta api menurut tenaga pengggeraknya antara lain:
1. Kereta Api Uap
Kereta api uap adalah kereta api yang digerakkan dengan uap air yang
dihasilkan dari ketel uap yang dipanaskan dengan kayu bakar, batu bara
ataupun minyak bakar, oleh karena itu kendaraan ini dikatakan sebagai
kereta api.
2. Kereta Api Diesel
Kereta api diesel adalah jenis kereta api yang digerakkan dengan mesin
diesel dan umumnya menggunakan bahan bakar mesin dari solar. Ada dua
jenis utama kereta api diesel ini yaitu kereta api diesel hidrolik dan kereta api
diesel elektrik.
3. Kereta Api Rel Listrik
Kereta Rel Listrik, disingkat KRL, merupakan kereta rel yang bergerak
dengan sistem propulsi motor listrik. Di Indonesia, kereta rel listrik terutama
7
digunakan di kawasan Jabotabek, dan merupakan kereta yang melayani
para komuter, komuter yaitu orang yang menggunakan KRL sebagai
transportasi berpergian.
Kereta Rel Listrik (KRL) merupakan kereta yang menggunakan tenaga
listrik dalam menggerakkan motornya. Pada Kereta Rel Listrik (KRL) dua macam
sumber listrik dapat digunakanyaitu sumber DC sebesar 600 V, 750 V, 1500 V,
dan 3000 V, sedangkan untuk kereta sumber AC sebesar 15 kV dengan frekuensi
16,7 Hz dan 25 kV dengan frekuensi 50 Hz (50163, 2017). Tabel berikut ini
merupakan standar BS EN 50163 dan IEC 60850 tentang tegangan standar KRL
(IEC, 2007):
Tabel 2. 1 Standar Tegangan pada KRL
Sistem
elektrifikasi
Tegangan
rendah
tidak
permanen
Tegangan
rendah
permanen
Tegangan
nominal
Teganga
tinggi tidak
permanen
Tegangan
tinggi
permanen
600 VDC 400 V 400 V 600 V 720 V 800 V
750 VDC 500 V 500 V 750 V 900 V 1 kV
1500 VDC 1000 V 1000 V 1500 V 1800 V 1,95 kV
3000 VDC 2 kV 2 kV 3 kV 3 kV 3 kV
15 KVAC;
16,7 Hz
11 kV 12 kV 15 kV 17,25 kV 18 kV
25 KVAC;
50 Hz
17,5 kV 19 kV 25 kV 27,5 kV 29 kV
8
Untuk menyalurkan sumber listrik ke kereta digunakan piranti bernama
pantograf. Terdapat 2 tipe pantograf yang biasa digunakan pada KRL yaitu
diamond-shaped dan single-arm, kedua tipe ini memiliki fungsi sama untuk
mengalirkan listrik dari sumber diatas ke konverter kemudian diteruskan ke motor
sehingga KRL berjalan. Pantograf harus selalu kontak secara kontinyu dengan
konduktor sumber, disamping itu pantograf harus aerodinamis karena dipakai
pada kecepatan yang relatif tinggi terus-menerus.
Gambar 2. 1 Bagian-Bagian KRL (Hartono, 2012)
Pantograf digunakan untuk mengalirkan listrik KRL menuju converter lalu
dihubungkan ke motor KRL sehingga kereta dapat bergerak. Pada
pengoperasian KRL terdapat beberapa jenis kereta dengan stamformasi (SF)
yang berbeda-beda. Stamformasi adalah banyaknya jumlah kereta yang
tersambung dalam satu train set atau keseluruhan rangkaian kereta. Beberapa
jenis kereta yang ada dalam satu rangkaian KRL terdiri dari:
1. Trailer (T) : Kereta gandengan (tanpa penggerak).
2. Trailer Cabin (TC): Kereta gandengan dengan kabin masinis.
3. Motor (M) : Kereta dengan penggerak motor traksi
Gambar 2. 2 Rangkaian KRL 12 SF (Putri, 2018)
9
Gambar 2.2 merupaka susunan rangkaian KRL dengan 12 stamformasi
yang terdiri dari 2 trailler car (Tc) dengan kabin masinis, 6 motor car (Mc) dan 4
trailler car (Tc) tanpa kabin.
Gambar 2. 3 Rangkaian KRL 10 SF (Putri, 2018)
Gambar 2.3 merupakan susunan KRL dengan 10 SF yang terdiri dari 2
trailler car (Tc) dengan kabin masinis, 6 motor car (Mc) dan 2 trailler car (Tc)
tanpa kabin. Trailer Car merupakan gerbong tanpa motor traksi dan motor car
merupakan gerbong dengan motor traksi.
KRL berjalan berdasarkan sistem propulsi atau penggerak motor traksi.
Terdapat dua jenis motor traksi yang digunakan pada KRL yaitu motor traksi AC
dan motor traksi DC. Yang membedakan dari kedua jenis motor traksi ini ialah
cara pengendalian kecepatannya. Motor traksi AC dikendalikan berdasarkan
frekuensi, sementara untuk motor traksi DC dikendalikan oleh tegangan yaitu
dengan cara membatasi tegangan dengan rheostat. Beberapa keuntungan
sistem elektrifikasi pada kereta api diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Kereta listrik umumnya lebih ringan dari pada versi bertenaga sendiri seperti
traksi diesel.
2. Percepatan lebih cepat karena usaha traksi lebih besar.
3. Pada lokomotif terdapat rem regeneratif yang berperan sebagai generator
yang mengirim arus ke pasokan sistem.
4. Menghasilkan emisi karbon yang sedikit jika dibanding dengan kereta rel
diesel.
2.2.2 Sistem Elektrifikasi KRL
Elektrifikasi adalah suatu proses pemberian tenaga listrik kepada mesin-
mesin listrik, salah satunya pada motor traksi penggerak KRL. Sistem elektrifikasi
pada listrik aliran atas KRL terdapat dua jenis, pertama sistem elektrifikasi DC:
10
750 VDC, 1500 VDC dan 3000 VDC, kedua sistem elektrifikasi AC: 15000VAC
dan Frekuensinya16 Hz.
Gambar 2. 4 Elektrifikasi KRL (Graha, 2005)
Pada gambar 2.2 (a) menunjukkan sistem elektrifikasi AC. Pada sistem ini
listrik AC langsung disuplai dari transformator menuju jaringan katenari, tanpa
melewati DC substation (gardu traksi DC). Sedangkan pada gambar 2.2 (b)
menunjukkan sistem elektrifikasi DC. Pada sistem ini listrik DC disuplai menuju
jaringan katenari, melalui DC substation (gardu traksi DC) untuk disearahkan
terlebih dahulu dikarenakan sumber tegangan masih dalam bentuk AC.
Operasional KRL memerlukan daya listrik yang akan di suplai dari sebuah
gardu traksi menggunakan kawat konduktor yang membentang dibagian atas
sepanjang rute KRL tersebut yang disebut dengan sistem catenary atau listrik
aliran atas (LAA) kemudian diterima oleh pantograf. Listrik aliran atas (LAA)
adalah salah satu jenis jaringan listrik arus searah yang terdiri dari gardu traksi
dan jaringan listrik saluran atas (catenary) yang dibangun dengan sedemikian
rupa sehingga dapat digunakan untuk menyalurkan daya listrik dari sumber ke
beban yaitu KRL, beban yang ada pada KRL meliputi motor listrik, AC/pendingin,
kipas angin, lampu, papan iklan dan lain sebagainya.
Kereta rel listrik menggunakan 1500 VDC sebagai tegangan kerjanya,
tegangan tersebut diperoleh melalui beberapa proses diantaranya, suplai catu
11
daya dari gardu PLN sebesar 20 kV AC diturunkan oleh transformator penurun
tegangan (step down transformer) menjadi 1200 V AC, kemudian disearahkan
oleh penyearah (silicon rectifier) dari tegangan AC menjadi DC, dari proses ini
maka didapat tegangan 1500 V DC dari hasil konversi tersebut dialirkan menuju
kereta dengan menggunakan pantograf. Selain melalui penyearah, aliran daya
juga melewati transformator bantu 20 kV/6 kV yang digunakan untuk keperluan
persinyalan, kemudian dari transformator 6 kV yang digunakan untuk keperluan
persinyalan, kemudian dari transformator 6 kV diturunkan menjadi 380 V sebagai
tegangan kontrol. Sistem kelistrikan pada KRL meliputi suplai tenaga listrik ke
LAA, komponen jaringan LAA, motor penggerak, sistem kontrol persinyalan dan
sistem proteksi untuk sistem kelistrikanya (Saputra).
2.2.3 Gardu Traksi Listrik
Listrik Aliran Atas atau LAA adalah suatu sistem yang terdiri dari gardu
traksi dan jaringan katenari yang berfungsi untuk menyalurkan daya dari sumber
ke beban, yaitu kereta rel listrik (KRL) sehingga KRL dapat bergerak. Gardu traksi
merupakan salah satu bagian dari instalasi listrik aliran atas (LAA). Gardu traksi
berfungsi mensuplai daya dengan tegangan 1500 VDC sebagai sumber tenaga
KRL. Dimana sumber daya utama berasal dari suplai daya PLN dengan tegangan
20 KV AC yang kemudian tegangan tersebut diturunkan oleh transformator
penurun tegangan 20 kV/1,2 kV lalu disearahkan menggunakan silicon rectifier
untuk menghasilkan daya listrik dengan tegangan 1500 V DC. Output dari gardu
traksi berupa tegangan 1500 V DC kemudian disalurkan melalui jaringan
catenary yang terhubung langsung dengan KRL. Pada gambar dibawah ini
menunjukkan diagram gardu traksi secara garis besar.
12
Gambar 2. 5 Diagram Gardu Traksi (PT KAI, 2016)
Sistem penyuplaian daya untuk listrik aliran atas menggunakan sistem
penyuplaian dua sisi. Sistem ini menyuplai daya untuk KRL dengan
menggunakan 2 gardu traksi yang bersebelahan dalam satu petak jalan/petak
jalan lain yang terhubung dengan interkoneksi secara parallel, sehingga
diperoleh total kapasitas daya yang sesuai dengan kebutuhan operasional KRL.
Gambar 2. 6 Sistem Penyuplaian Dua Sisi Gardu Traksi (Graha, 2005)
Pada gambar 2.6 diperlihatkan sistem penyuplaian daya dengan
menggunakan sistem penyuplaian 2 sisi, yaitu dari gardu traksi A dan B
menyuplai daya untuk KRL secara paralel. Tegangan negatif dari rel dialirkan ke
penyerah/rectifier gardu traksi A dan B. Pada saat terjadi gangguan yang
menyebabkan gardu traksi tidak dapat beroperasi, maka gardu traksi lain
(disebelahnya) bisa digunakan untuk mencatu daya KRL pada petak jalan itu.
13
Pada gardu traksi listrik terdapat unit-unit peralatan utama seperti, Load
Break Switch (LBS), Vacum Circuit Breaker (VCB), High Speed Circuit Breaker
(HSCB), transformator tenaga, Silicon rectifier (SR), dan negative panel. Pada
gardu listrik juga terdapat unit-unit peralatan pendukung, seperti remote control,
linked Breaking Device (LBD), panel tegangan rendah, dan baterai (Puspitasari
& Putra, 2019).
2.2.4 Sistem Saluran Atas (LAA)
Saluran listrik aliran atas (overhead contact atau LAA) adalah saluran
konduktor listrik untuk mentransmisikan dan mensuplai daya dari gardu listrik
traksi ke motor listrik pada KRL melalui gawai pengumpul arus (pantograf).
Dimana saluran konduktor ini harus selalu berada didekat pantograf dan harus
selalu menempel untuk mensuplai daya secara kontinyu, tidak terputus dan
dengan kualitas yang baik. Pada perkeretaapian, sistem jaringan kelistrikan
aliran atas disebut sebagai sistem catenary.
Saluran kontak atas berbeda dengan saluran distribusi Iistrik umum,
karena:
1. Titik beban berpindah-pindah dan beban itu sendiri berfluktuasi dengan tajam
karena bekerjanya motor.
2. Daya listrik disuplai ke KRL dengan gawai pengumpui arus (pantograf) dan
konduktor saluran kontak (trolley wire).
Gambar 2. 7 Susunan Kawat Pada Jaringan Catenary (PT KAI, 2016)
14
Pada gambar 2.7 menunjukkan beberapa susunan kawan jaringan catenary yang
terdiri dari:
1. Kawat Trolley, digunakan sebagai konduktor arus listrik dan sebagai saluran
kontak dengan pantograf pada KRL.
2. Kawat Messenger, digunakan untuk memikul beban kawa trolley atau disebut
juga sebagai kawat pemikul.
3. Kawat Feeder, digunakan sebagai penyulang daya ke kawat trolley.
4. Kawat Hanger, digunakan untuk menggantung kawat trolley dan untuk
mempertahankan kedudukan lurus kawat trolley.
Gambar 2. 8 Susunan Kawat Pada Jaringan Catenary Listrik Aliran Atas (Saputra)
Pada gambar 2.8 menunjukkan susunan kawat pada jaringan katenari
yang ada diatas rel di salah satu jaringan katenari di Jabodetabek.
2.2.5 Pantograf
Pantograf merupakan perangkat pada KRL yang berfungsi untuk
mengumpulkan arus listrik dari saluran udara yang akan disalurkan ke KRL.
Pantograf terletak di atap kereta. Pada tahun 1903, pantograf ditemukan oleh
John Q. Pantograf buatannya berbentuk seperti berlian dan masih digunakan di
lokomotif kereta sampai sekarang. Pantograf merupakan pengembangan dari
Trolley Pole yang digunakan pada bus dan trem. Apabila dibandingkan dengan
Trolley Pole, pantograf memiliki efisiensi yang lebih tinggi karena pantograf
mampu digunakan pada kecepatan tinggi. Pantograf tipe asimetris atau tipe Z
15
sering digunakan pada kereta berkecepatan tinggi seperti TGV. Dalam proses
kerjanya, pantograf tidak terlepas dari kawat LAA. Selain TGV, KRL juga
menggunakan pantograf tipe Z.
Pada kawat LAA terdapat sebuah kabel atas yang mengalirkan listrik
(catenary) dan kabel bawah yang menjadi tempat bertemunya contact shoes dan
LAA atau disebut dengan contact wire. Contact wire inilah yang akan
menyediakan arus listrik untuk KRL. Pantograf dapat menempel pada kawat LAA
dan akan keatas ketika ditekan oleh sistem pneumatik. Pantograf akan turun jika
tekanan pneumatik hilang. Rel kereta berfungsi sebagai ground (penetralisir).
Pada perkembangannya, pantograf banyak digunakan pada KRL. Hampir
seluruh lokomotif listrik dan KRL di dunia, dengan alasan dapat digunakan pada
voltase yang besar yakni 1500-25000V. Berdasarkan lengannya, pantograf
terbagi menjadi dua, yaitu single arm atau tipe Z dan double arm atau tipe berlian.
Masing-masing pantograf memiliki keuntungan masing-masing. Untuk tipe
berlian, lebih berat untuk diangkat karena menggunkaan sistem pneumatik. Akan
tetapi, memiliki dua buah contact shoes sehingga lebih kuat. Sedangkan untuk
tipe Z, lebih ringan karena menggunakan per.
Gambar 2. 9 Pantograf Single Arm atau Tipe Z (Ilham, 2019)
16
Gambar 2. 10 Pantograf Double Arm atau Diamond Shaped (Ilham, 2019)
Pantograf tipe berlian digunakan pada KRL Rheostatik dan Tokyo Metro
6000 dari Jepang, sementara pantograf tipe Z digunakan pasa KRL BN-Holec
dari Belgia dan KRL INKA Bombardier.
2.2.6 Sistem Propulsi KRL
Sistem propulsi merupakan sistem penggerak dengan menggunakan motor
traksi baik AC maupun DC yang berfungsi sebagai penggerak KRL. Beberapa
komponen penyusun sistem propulsi pada KRL diantaranya:
1. Pantograf sebagai penyalur aliran listrik dari LAA ke KRL
2. Circuit Breaker (CB) sebagai pemutus aliran listrik apabila terjadi kesalahan
atau gangguan
3. Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan energi didalam medan elektrik
dengan mengumpulkan ketidakseimbangan energi didalam medan elektrik,
serta sebagai filter guna memperhalus gelombang tegangan keluaran
4. Inverter VVVF IGBT sebagai pengubah listrik DC satu fasa menjadi listrik
AC tiga fasa, serta sebagai kontrol kecepatan motor dengan memvariasikan
tegangan input dan frekuensi motor. Tegangan output inverter bervariasi,
sedangkan tegangan input inverter bersifat konstan
5. Motor traksi AC sebagai penggerak, suplai tegangan tiga fasa diperoleh dari
inverter VVVF IGBT.
17
2.2.7 Inverter pada KRL
KRL memperoleh aliran listrik dari listrik aliran atas (LAA) berupa tegangan
DC, untuk dapat menginduksi motor traksi AC maka digunakan inverter sebagai
pengubahnya. Tegangan DC diubah menjadi tegangan AC oleh inverter agar
motor traksi dapat bergerak. KRL menggunakan inverter sistem Variable Voltage
Variable Frequency (VVVF). Inverter VVVF ini selain jadi pengubah tegangan,
juga berfungsi sebagai kontrol motor traksi. Hasil keluaran dari VVVF berupa
tegangan dan frekuensi yang berubah-ubah, yang mana tegangan dan frekuensi
tersebut digunakan sebagai pengontrol kecepatan motor traksi. Sebagai contoh,
motor traksi memiliki spesifikasi tegangan 380 V, dengan frekuensi 50 Hz dan
putaran 3000 rpm. Artinya, jika suatu motor induksi diberi tegangan 380V dan
frekuensi 50 Hz maka akan menghasilkan kecepatan 3000 rpm. Sementara
dalam aplikasinya KRL tidak akan melaju dengan kecepatan konstan 3000 rpm
sepanjang waktu, melainkan ada kondisi-kondisi tertentu seperti saat berhenti,
kecepatan maksimal, kecepatan rendah, akselerasi dan deselerasi sehingga
dibutuhkan kecepatan dibawah maupun diatas 3000 rpm. (Hidayani, 2017)
2.2.8 Sistem Proteksi
System proteksi pada KRL terdapat 2 jenis yaitu:
1. Sistem Proteksi Pada Gardu Listrik Traksi
Untuk membatasi suatu operasi, di dalam gardu listrik terdapat beberapa
alat pengaman yang sifatnya untuk memproteksi segala hal yang sifatnya
dapat membahayakan jaringan atau gardu itu sendiri. Alat pengaman itu
berupa pemutus otomatis yang dilengkapi dengan rele-rele proteksi yang
dapat diatur sebelumnya. Disisi tegangan AC misalnya gardu listrik
dilengkapi dengan rele-rele tegangan dan arus lebih, tegangan dan arus
lemah (under voltage/ current), dll yang dapat memberikan sinyal kepada
pemutus otomatis untuk trip apabila terjadi suatu operasi yang melebihi
pengaturan rele-rele tersebut.
Disisi tegangan DC terutama disisi keluaran 1500 V untuk penyulangan ke
jaringan aliran atas, gardu listrik dilengkapi pemutus otomatis yang dikenal
18
dengan nama HSCB (High Speed Circuit Breaker). Alat ini dilengkapi
dengan rele-rele proteksi yang akan memberikan sinyal kepada HSCB
untuk trip apabila ada operasi abnormal, misalnya beban lebih (overload),
tegangan lebih (over voltage), tegangan jatuh (under voltage), dan yang
melewati pengaturan rele-rele proteksi.
2. Sistem Proteksi Pada Saluran Atas
Sistem proteksi pada saluran atas meliputi:
a. Sistem proteksi terhadap sambaran langsung, yaitu kawat tanah saiuran
atas (overhead ground wire) yang diletakkan pada ujung tiang jaringan
LAA dan terbentang sejajar dengan kawat fasa, digunakan untuk
melindungi kawat fasa dari sambaran petir.
b. Sistem proteksi terhadap gangguan tegangan lebih, yaitu penangkal petir
(lightning arrester) pada kondisi normal berfungsi sebagai isolator, tetapi
bila timbul surja berfungsi sebagai konduktor untuk membuang tegangan
lebih yang ada pada kawat yang dideteksi. Pada prinsipnya lightning
arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh petir sehingga tidak
menimbulkan flashover yang dapat merusak peralatan. Lightning
arrester diletakkan di atas kawat penyulang (feeder wire).
c. Sistem proteksi terhadap gangguan hubung singkat, yaitu peralatan
pembumian (grounding equipment) merupakan saluran yang langsung
dihubungkan ketanah yang berfungsi untuk membuang arus lebih akibat
gangguan.
19
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Perancangan Penelitian
Merupakan penjelasan tentang karakteristik utama dari penelitian yang
berupa penelitian eksploratif, eksplainatif, deskriptif kuantitatif, dan deskriptif
kuantitatif. Skripsi ini merupakan jenis penelitian yang menggunakan metode
kuantitatif dengan menggunakan analisis data dan memanfaatkan teori yang ada
sebagai bahan pendukung. Pada penelitian ini, peneliti berusaha untuk
mengetahui sistem kelistrikan KRL dengan menentukan kapasitas daya gardu
traksi sebagai suplai tenaga listrik hingga penyaluran tenaga listrik menuju KRL
dengan menggunakan pantograf, serta resistansi penghantar listrik aliran atas
dan rugi-rugi pada penghantar jaringan listrik aliran atas.
Berikut ini merupakan urutan kegiatan penelitian yang akan dilakukan :
1. Studi Literatur
Dalam tahapan ini penulis akan melakukan studi mengenai permasalahan
yang diangkat dengan menggunakan literatur berupa buku buku di perpustakaan
ataupun jurnal jurnal online yang terdapat di internet.
2. Studi Bimbingan
Selain melakukan studi dengan menggunakan literatur yang sudah ada,
penulis juga akan melakukan studi dalam bentuk bimbingan kepada dosen
pembimbing skripsi.
3. Pengumpulan Data
Pada tahap ini, penulis akan mengumpulkan data-data untuk melakukan
penelitian sebagai berikut:
a. Data peralatan pada gardu listrik meliputi lokasi gardu traksi, jarak antar
gardu traksi, kapasitas daya gardu traksi eksisting dan spesifikasi gardu
traksi yang ada di PT.KAI DAOP 1, data tersebut digunakan untuk
menentukan kapasitas gardu traksi.
20
b. Data terkait spesifikasi kereta yaitu meliputi jenis kereta KRL dan berat
kereta KRL, kebutuhan daya motor traksi dan peralatan bantu KRL dan
grafik perjalanan kereta (Gapeka), data tersebut diperlukan untuk
menghitung kebutuhan daya listrik pada kereta KRL.
c. Single Line Diagram dari gardu traksi KRL.
4. Pengolahan Data
Dalam tahap ini, penulis telah mendapatkan data data yang dibutuhkan
dalam penelitian yang kemudian data data ini akan diolah, dianalisa dan
dievaluasi untuk mendapatkan hasil penelitian sesuai dengan kebutuhan. hasil
sesuai yang diinginkan.
5. Pembuatan Laporan
Pada tahapan ini, penulis telah mendapatkan tujuan akhir penelitian.
Kemudian akan disusun laporan sehingga didapatkan hasil penelitian yang utuh.
Untuk membantu dalam penyusunan penelitian ini, maka perlu adanya
susunan kerangka kerja (framework) yang jelas tahapan-tahapannya. Kerangka
kerja ini merupakan langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penyelesaian
masalah yang akan dibahas. Adapun kerangka kerja penelitian yang digunakan
seperti terlihat pada gambar 3.1 di bawah ini:
21
Gambar 3. 1 Flowchart
22
3.2 Teknik Analisis
Teknik analisis yang digunakan dalam penelitian ini adalah teknik analisis
statistik deskriptif. Dimana dalam penelitian ini akan dilakukan pengkajian
terhadap data-data teknis yang didapat dari PT KAI. Data data selanjutnya
kemudian diolah yang nantinya akan di deskripsikan pada saat penganalisaan
data.
Pada lintas Jatinegara-Bekasi terdapat 4 gardu traksi yaitu Gardu Traksi
Jatinegara, Gardu Traksi Klender, Gardu Traksi Cakung dan Gardu Traksi Kranji.
Gardu tersebut menyuplai kebutuhan listrik antar stasiun, dimana gardu traksi
Jatinegara menyuplai daya dari stasiun Jatinegara hingga stasiun Klender,
Gardu Traksi Klender menyuplai daya dari stasiun Klender - Stasiun Buaran -
Stasiun Klender Baru hingga stasiun Cakung, gardu traksi Cakung menyuplai
daya dari Stasiun Cakung hingga Stasiun Kranji, dan Gardu Traksi Kranji
menyuplai daya dari Stasiun Kranji hingga Bekasi. Parameter daya dukung gardu
traksi yang digunakan adalah berdasarkan penyempitan headway dari 11 menit
yang saat ini diterapkan menjadi 9,5 menit dan 8 menit. Namun dalam keadaan
sesungguhnya kereta sering mengalami keterlambatan hingga headway
mencapai 14 menit. Dalam skripsi ini dibatasi hanya meninjau dari sisi gardu
traksi Klender saja.
3.2.1 Menentukan Total Daya pada Kereta KRL
Kereta KRL merupakan beban utama yang harus di suplai oleh gardu traksi,
sehingga perlu diketahui total konsumsi daya dan arus yang digunakan. Pada
penelitian ini sudah diketahui daya traksi motor kereta, daya generator kereta,
dan daya untuk motor driver air compressor kereta, semua daya tersebut
dijumlahkan sehingga total daya pada kereta dapat ditulis:
∑ 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑎𝑦𝑎 = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑀 + 𝑔𝑒𝑛 𝑈𝑡𝑎𝑚𝑎 + 𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟 𝐷𝐴𝐶
Keterangan:
Total Daya = Total daya yang dibutuhkan kereta kW
Daya TM = Daya traksi motor kW
Gen Utama = Daya generator kereta kW
23
Motor DAC = Daya motor driven kW
3.2.2 Menentukan Kapasitas Gardu Traksi
Dalam penentuan kapasitas gardu traksi KRL terdapat hal-hal yang perlu
diperhatikan yaitu:
1. Persyaratan umum kapasitas gardu traksi pada KRL harus cukup untuk
menanggung beban kereta KRL yang direncanakan.
2. Tegangan jatuh tidak sampai mengganggu operasional KRL, misalkan
pada kondisi:
a. Gerakan normal dari mesin dan perlengkapan pendukung KRL harus
tetap terjamin walau sampai kemungkinan tegangan jatuh maksimum.
b. Tegangan jatuh tidak boleh menyebabkan keterlambatan atau
temperature tinggi yang membahayakan motor penggerak KRL.
3. Konfigurasi sistem disyaratkan bila terjadi hubungan pendek atau
gangguan yang terjadi pada saluran listrik aliran atas (LAA), maka
kegagalan dapat segera dideteksi kemudian dilanjutkan dengan pemutusan
hubungan sistem lain agar sistem lain tidak terganggu.
Perhitungan kapasitas dimaksudkan untuk mengetahui kapasitas daya
gardu traksi yang dibutuhkan dalam mensuplai beban kereta KRL yang
beroperasi pada lintas saat ini. Perhitungan awal yang harus dilakukan adalah
menghitung beban maksimum dalam satu jam yang harus disuplai oleh
transformator, kemudian dari perhitungan tersebut dapat dihitung kapasitas daya
pada gardu traksi.
3.2.3 Menghitung Beban Maksimum Beban Gardu Traksi
Adapun Langkah-langkah untuk menghitung beban maksimum, yaitu:
1. Menghitung jarak suplai gardu traksi (D)
Sebelum melakukan perhitungan kapasitas daya, maka harus diketahui
terlebih dahulu jarak pengisian masing-masing gardu. Jarak pengisian
24
gardu traksi (D) merupakan jarak antara titik tengah interval antar gardu
traksi satu dengan lainnya, rumus yang digunakan yaitu1:
Gambar 3. 2 Jarak Suplai Gardu Traksi
𝐷 = ½ (B − A) + ½ (C − B)
Keterangan:
D= Jarak suplai gardu traksi
(B-A) = Jarak gardu B sampai A
(C-B) = Jarak gardu C sampai gardu B
2. Menghitung rasio konsumsi KRL, diasumsikan 50 Wh/ton-km
Maka beban maksimum dalam satu jam dapat dihitung dengan rumus2:
𝑌 = 𝐶 × 𝐷 ×60
𝐻× 𝑁 × 𝑃 × (
𝑊
1000)
Keterangan:
Y = Beban maksimum dalam satu jam (kW)
C = Susunan rangkaian (set)
D = Jarak suplai gardu traksi (kM)
H = Headway (menit)
N = Jenis track, single track atau double track
1 Saputra, A. (n.d.). Studi Evaluasi Analisa Perhitungan Kapasitas Daya Gardu Traksi
Terhadap Kebutuhan KRL Jalur Depok-Jatinegara . Journal Of Electrical Power,
Instrumentation and Control Teknik Elektro – Universitas Pamulang .
2 Puspitasari, M. D., & Putra, F. W. (2019). Perhitungan Efektivitas Gardu Traksi Bojong
Gede Pada Lintas Jatinegara - Bogor . Jurnal Perkeretaapian Indonesia Volume III
Nomor 2 November 2019 .
25
P = rasio konsumsi listrik kereta (Wh/ton-km)
W = Berat total kereta + penumpang (ton)
3.2.4 Menghitung Kapasitas Daya Berdasarkan Headway
Beban puncak adalah beban maksimum yang terpakai oleh konsumen pada
jam tertetu. Kapasitas daya berdasarkan headway dilambangkan dengan huruf
(Z1) dapat dihitung menggunakan rumus3:
𝑍1 = 𝑌 + 𝐶𝑚√𝑌
𝑍1 = 𝑌 + 1,7 × √𝐼𝑚𝑎𝑥 × √𝑌
Keteragan:
Z1 = Kapasitas daya berdasarkan headway (kW)
Y = Beban maksimum dalam satu jam (kW)
Cm = Faktor elektrifikasi (1,7 𝑥 √𝐼𝑚𝑎𝑘𝑠)
Imaks = Arus maksimum kereta (A)
3.2.5 Menentukan Kapasitas Daya Gardu Traksi Yang Dibutuhkan
Kapasitas daya gardu traksi yang dibutuhkan dilambangkan dengan huruf
(Zn) dapat dihitung menggunakan rumus4:
𝑍𝑛 =𝑍1
2,5
Keterangan:
Zn = Kapasitas daya gardu traksi yang dibutuhkan (kW)
Z1 = Kapasitas daya berdasarkan headway (kW)
3 Dwiatmoko, H. (2016). Pengujian Fasilitas Operasi Kereta Api. Jakarta 4 Puspitasari, M. D., & Putra, F. W. (2019). Perhitungan Efektivitas Gardu Traksi Bojong Gede Pada Lintas Jatinegara - Bogor . Jurnal Perkeretaapian Indonesia Volume III Nomor 2 November 2019 .
26
3.2.6 Menentukan Resistansi Kawat Penghantar Jaringan LAA
Perhitungan tahanan penghantar dilakukan untuk menghitung nilai tahanan
kawat penyulang, kawat messenger, kawat troli yang akan digunakan sebagai
konduktor untuk mengaliri tegangan listrik ke KRL dan menghitung tahanan rel,
rumus yang digunakan yaitu5:
𝑅𝑝 =𝜌𝑝 × 𝑙
𝐴𝑝
Keterangan:
Rp = Tahanan kawat penyulang per satuan panjang (Ω/m)
𝜌𝑝 = Tahanan jenis kawat (Ω mm2/m)
l = Panjang Konduktor (m)
Ap = Luas penampang kawat penyulang (mm2)
𝑅𝑚 = 𝜌𝑚 × 𝑙
𝐴𝑚
Keterangan:
Rm = Tahanan kawat messenger per satuan panjang (Ω/m)
𝜌𝑚 = Tahanan jenis kawat (Ω mm2/m)
l = Panjang Konduktor (m)
Am = Luas penampang kawat penyulang (mm2)
𝑅𝑡 = 𝜌𝑡 × 𝑙
𝐴𝑡
Keterangan:
Rt = Tahanan kawat troli per satuan panjang (Ω/m)
ρt = Tahanan jenis kawat troli (Ω mm2 /m)
5 Ilham, M. A. (2019). Studi Perencanaan Kapasitas pada 2 Gardu Traksi Untuk
Operasioal Mass Rapid Transit (mrt) Jakarta Fase 2 Bundaran HI-Kota. Jakarta: IT PLN.
27
l = Panjang Penghantar (m)
At = Luas penampang kawat troli (mm2)
𝑅𝑟𝑒𝑙 = 𝜌𝑟𝑒𝑙 × 𝑙
2𝐴𝑟𝑒𝑙
Dimana:
Rrel = Tahanan rel per satuan panjang (Ω/m)
ρrel = Tahanan jenis rel baja (Ω mm2 /m)
l = Panjang konduktor (m)
Arel = Luas penampang rel (mm2)
3.2.7 Menentukan Rugi Rugi Kawat Penghantar Jaringan LAA
Karena beban pada KRL nilainya selalu berubah, maka menyebabkan rugi-
rugi pada jaringan LAA. Untuk menghitung rugi-rugi jaringan LAA, terlebih dahulu
menghitung arus total pada kereta. Untuk menghitung arus total dapat dilakukan
dengan persamaan6:
𝐼 = 𝑠
𝑣
Keterangan:
I = Arus total kereta (Ampere)
S = Kapasitas daya yang dibutuhkan (kVA)
V = Tegangan nominal (1.500V DC)
6 Puspitasari, M. D., & Putra, F. W. (2019). Perhitungan Efektivitas Gardu Traksi Bojong
Gede Pada Lintas Jatinegara - Bogor . Jurnal Perkeretaapian Indonesia Volume III
Nomor 2 November 2019 .
28
Rugi-rugi pada jaringan LAA dapat ditentukan dengan rumus sebagai
berikut7:
𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 = 𝐼2𝑅
Keterangan:
Plosses = Rugi-rugi jaringan LAA (Watt)
I = Arus beban (Ampere)
R = Resistansi penghantar jaringan LAA (Ω/m)
7 Hidayani. (2017). Studi Sistem Suplai Tenaga Listrik Untuk KRL Commuter Line
Antara Daerah Bebas Tegangan pada Gardu Traksi Bojong Indah. Jakarta: STT-PLN.
29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tinjauan Umum Sistem Kelistrikan Pada Kereta Rel Listrik
Suplai tenaga listrik pada gardu traksi KRL berasal dari suplai PLN terdekat
di wilayah gardu traksi tersebut. Pada rute Jatinegara hingga Bekasi terdiri dari
4 Gardu traksi, yaitu Gardu Traksi Jatinegara, Gardu Traksi Klender, Gardu
Traksi Cakung dan Gardu Traksi Kranji. Setiap gardu memiiki tanggung jawab
suplai masing-masing, dimana gradu traksi Jatinegara bertanggung jawab untuk
menyuplai daya dari stasiun Jatinegara hingga stasiun Klender, Gardu traksi
Klender bertanggung jawab untuk menyuplai daya dari stasiun Klender, Stasiun
Buaran, Stasiun Klender Baru, hingga stasiun Cakung, Gardu Traksi Cakung
bertanggung jawab untuk menyuplai daya dari stasiun Cakung hingga stasiun
Kranji, Gardu traksi Kranji bertanggung jawab untuk menyuplai daya dari stasiun
Kranji hingga Stasiun Bekasi.
Gambaran umum urutan suplai tenaga listrik KRL dimulai dari gardu traksi,
antar gardu traksi memiliki peralatan dan jenis beban yang hampir sama.
Tegangan input pada gardu traksi yaitu 20 kV AC berasal dari PLN, diturunkan
dengan transformator step down menjadi 6kV untuk persinyalan dan 1,2 kV AC
lalu diubah ke 1,5 kV DC dengan bantuan silicon rectifier. Kemudian tegangan
positif disalurkan kawat penyulang (feeder wire) menuju kawat troli atau kawat
kontak (trolley wire dan contact wire) untuk disalurkan catenary melalui pantograf
untuk mensuplai daya motor kereta KRL sehingga kereta bisa bergerak,
sedangkan tegangan negative dihubungkan pada rel, sehingga terhubung
kembali ke panel negative silicon rectifier.
4.2 Data dan Spesifikasi Kereta Rel Listrik
Untuk mengetahui perencanaan kapasitas gardu traksi operasional kereta
rel listrik (KRL) antara stasiun Jatinegara hingga Bekasi maka perlu mengetahui
beberapa spesifikasi dari rangkaian kereta tersebut untuk memudahkan dalam
menghitung perencanaan kapasitas gardu traksi. Terdapat beberapa jenis kereta
KRL yang digunakan yaitu kereta Seri Tokyo Metro 6000/7000 dan Seri JR 205.
30
Tabel 4. 1 Berat Total Beberapa Jenis Kereta
No Jenis Seri SF Berat Total (ton)
1. Seri JR 205 12 569,4
2. Seri JR 205 10 467,84
3. Seri Tokyo Metro 6000/7000 10 495,68
4. Seri Tokyo Metro 6000/7000 8 389,32
Berat total kereta dihitung berdasarkan berat kosong kereta ditambah
jumlah penumpang kereta, dengan asumsi berat badan penumpang 60 kg/orang.
Perhitungan daya konsumsi kereta KRL dihitung berdasarkan jumlah traksi/motor
dikali dengan daya traksi/motor seperti pada gambar tabel 4.2.
Tabel 4. 2 Konsumsi Daya Kereta KRL
No. Jenis Seri SF Daya
Traksi/Motor
Jumlah
TM/Set
Total Daya
TM (kW)
1. Seri JR 205 12 120 32 3840
2. Seri JR 205 10 120 24 2880
3. Seri Tokyo Metro
6000/7000
10 160 24 3840
4. Seri Tokyo Metro
6000/7000
8 155 16 2480
Jenis kereta yang sering digunakan yaitu seri JR 205 dengan 12 SF,
diketahui 2 daya generator utama sebesar 608 kW dan daya untuk 2 motor driven
air compressor sebesar 80 kW, sehingga perhitungan daya total dapat dihitung
dengan cara:
31
∑ 𝐷𝑎𝑦𝑎 = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑀 + 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑔𝑒𝑛. 𝑢𝑡𝑎𝑚𝑎 + 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝐷𝐴𝐶
∑ 𝐷𝑎𝑦𝑎 = 3840 𝑘𝑊 + 608 𝑘𝑊 + 80 𝑘𝑊
∑ 𝐷𝑎𝑦𝑎 = 4528 𝑘𝑊
Besar arus yang dibutuhkan dapat dihitung dengan:
𝐼 = 4528 𝑘𝑊
1,5 𝑘𝑉= 3019 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒
4.3 Menghitung Kapasitas Daya Gardu Traksi
Perhitungan kapasitas gardu traksi dilakukan dengan menghitung jarak
suplai gardu traksi, kemudian menghitung beban maksimum yang harus disuplai
oleh transformator, selanjutnya menghitung beban berdasarkan data-data yang
sudah didapat sebelumnya.
4.3.1 Jarak Pengisian Antar Gardu Traksi
KRL Jakarta lintas Jatinegara-Bekasi memiliki 4 gardu traksi, yaitu gardu
traksi Jatinegara, Klender, Cakung dan Kranji. Jarak antar gardu traksi digunakan
untuk menghitung jarak suplai gardu traksi. Jarak antar gardu traksi untuk lintas
Jatinegara-Bekasi dapat ditunjukan pada tabel berikut:
Tabel 4. 3 Jarak Antar Gardu Traksi
No Lokasi Gardu Traksi KM Awal KM Akhir Jarak (KM)
1. Jatinegara - Klender 11,450 15,150 3,700
2. Klender - Cakung 15,150 20,935 5,785
3. Cakung - Kranji 20,935 23,840 2,905
32
Untuk menghitung jarak suplai Gardu Klender dilakukan dengan cara
menjumlahkan setengah dari jarak Gardu Klender ke Stasiun Jatinegara dan
jarak gardu Klender ke gardu Cakung, maka perhitungannya dapat dijabarkan
sebagai berikut:
KM Jatinegara = 11.450 (Sebagai Gardu A)
KM Klender = 15.150 (Sebagai Gardu B)
KM Cakung = 20.935 (Sebagai Gardu C)
𝐷 = 1
2(𝐵 − 𝐴) +
1
2(𝐶 − 𝐵)
= 1
2(15,150 − 11,450) +
1
2(20,935 − 15,150)
= 1,85 + 2,8925
= 4,7425 𝐾𝑀
4.3.2 Kapasitas peralatan Gardu Traksi
Untuk lintas Jatinegara-Bekasi mempunyai kapasitas yang berbeda beda
sesuai kebutuhan KRL yang beroperasi pada lintas wilayah tersebut. Tabel
berikut merupakan kapasitas gardu traksi untuk lintas Jatinegara-Bekasi.
Tabel 4. 4 Kapasitas Peralatan Gardu Traksi
No. Lokasi Gardu Traksi Daya PLN (kVA) Kapasitas SR (kW)
1. Jatinegara 7.000 6.000
2. Klender 5.540 4.000
3. Cakung 7.000 6.000
4. Kranji 5.540 4.000
Untuk lintas Jatinegara-Bekasi terdapat 4 gardu traksi menyuplai ke beban.
Sehingga beban maksimum yang dapat di suplai oleh transformator dari gardu
traksi dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
𝑌 = 𝐶 × 𝐷 ×60
𝐻× 𝑁 × 𝑃 × (
𝑊
1000)
33
Dimana Y merupakan daya maksimum gardu traksi dalam satu jam. C
merupakan susunan rangkaian dimana menggunakan 2 set untuk 2 loop. D
merupakan jarak suplai dari gardu traksi KRL di dapat dari perhitungan diatas. H
merupakan headway dalam lintas Jatinegara-Bekasi memiliki headway sebesar
11 menit. N merupakan sistem track dalam perhitungan ini menggunakan double
track. P merupakan rasio konsumsi listrik kereta berdasarkan beberapa literatur
rasio konsumsi listrik kereta diasumsikan sebesar 50 Wh/ton-km, serta W
merupakan berat total kereta dalam kondisi penuh, berdasarkan tabel 4.1 berat
total kereta JR 205 menggunakan 12 stamformasi dengan kondisi berbeban yaitu
569,4 ton.
Headway adalah interval atau selang waktu antara saat dimana bagian
depan kereta api melalui titik (stasiun) sampai dengan saat bagian depan kereta
api berikutnya melalui satu titik (stasiun) yang sama dengan satuan menit/KA.
Headway diambil dari data perjalanan KRL pada lintas Jatinegara – Bekasi dari
data Gapeka 2020. Sehingga perhitungan pada gardu traksi Klender didasarkan
pada headway yang dapat dijabarkan sebagai berikut ini:
1. Pada saat headway 14 menit:
𝑌 = 𝐶 × 𝐷 ×60
𝐻× 𝑁 × 𝑃 × (
𝑊
1000)
= 2 × 4,7425 ×60
14× 2 × 50 ×
569,4
1000
= 2.314,611 𝑘𝑊
Puncak beban maksimum dilambangkan dengan` huruf Z1, dapat dihitung
dengan rumus:
𝑍1 = 𝑌 + 𝐶𝑚√𝑌
Diketahui Cm = 1,7 × √𝐼𝑚𝑎𝑥 = 1,7 × √3109 = 94,789
Maka:
𝑍1 = 2.314,611 + 94,789√2.314,611
= 6.874,948 kW
34
Selanjutnya dapat diketahui kapasitas daya gardu traksi yang dibutuhkan
menggunakan rumus:
𝑍𝑛 =6.874,948
2,5= 2.749,97 𝑘𝑊
2. Pada saat headway 11 menit:
𝑌 = 𝐶 × 𝐷 ×60
𝐻× 𝑁 × 𝑃 × (
𝑊
1000)
= 2 × 4,7425 ×60
11× 2 × 50 ×
569,4
1000
= 2.945,869 𝑘𝑊
Puncak beban maksimum dilambangkan dengan huruf Z1, dapat dihitung
dengan rumus:
𝑍1 = 𝑌 + 𝐶𝑚√𝑌
Diketahui Cm = 1,7 × √𝐼𝑚𝑎𝑥 = 1,7 × √3109 = 94,789
Maka:
𝑍1 = 2.945,869 + 94,789√2.945,869
= 8.090,624 kW
Selanjutnya dapat diketahui kapasitas daya gardu traksi yang dibutuhkan
menggunakan rumus:
𝑍𝑛 =8.090,624
2,5= 3.236,25 𝑘𝑊
3. Pada saat headway 9,5 menit:
𝑌 = 𝐶 × 𝐷 ×60
𝐻× 𝑁 × 𝑃 × (
𝑊
1000)
= 2 × 4,7425 ×60
9,5× 2 × 50 ×
569,4
1000
= 3.411,005 𝑘𝑊
Puncak beban maksimum dilambangkan dengan huruf Z1, dapat dihitung
dengan rumus:
𝑍1 = 𝑌 + 𝐶𝑚√𝑌
35
Diketahui Cm = 1,7 × √𝐼𝑚𝑎𝑥 = 1,7 × √3109 = 94,789
Maka:
𝑍1 = 3.411,005 + 94,789√3.411,005
= 8.947,044 kW
Selanjutnya dapat diketahui kapasitas daya gardu traksi yang dibutuhkan
menggunakan rumus:
𝑍𝑛 =8.947,044
2,5= 3.578,817 𝑘𝑊
4. Pada saat headway 8 menit:
𝑌 = 𝐶 × 𝐷 ×60
𝐻× 𝑁 × 𝑃 × (
𝑊
1000)
= 2 × 4,7425 ×60
8× 2 × 50 ×
569,4
1000
= 4.050,56 𝑘𝑊
Puncak beban maksimum dilambangkan dengan huruf Z1, dapat dihitung
dengan rumus:
𝑍1 = 𝑌 + 𝐶𝑚√𝑌
Diketahui Cm = 1,7 × √𝐼𝑚𝑎𝑥 = 1,7 × √3109 = 94,789
Maka;
𝑍1 = 4.050,56 + 94,789√4 050,56
= 10.083,312 kW
Selanjutnya dapat diketahui kapasitas daya gardu traksi yang dibutuhkan
menggunakan rumus:
𝑍𝑛 =10 083,312
2,5= 4.033,32 𝑘𝑊
Dari hasil semua perhitungan kapasitas daya dari Gradu Traksi Klender
dengan headway yang berbeda dengan menggunakan asumsi faktor daya 0,8
maka dapat dibandingkan daya yang terpasang dengan daya hasil perhitungan.
36
Adapun perbandingan daya terpasang (eksisting) dengan daya perhitungan
pada tabel 4.5 sebagai berikut:
Tabel 4. 5 Perbandingan Daya Terpasang Dengan Perhitungan
No. Headway
(menit)
Daya Gardu Traksi Klender
Terpasang
(kVA)
Perhitungan
kW Cos ꝋ kVA
1. 14 5.540 2.749,97 0,8 3.437,463
2. 11 5.540 3.236,25 0,8 4.045,312
3. 9,5 5.540 3.578,82 0,8 4.473,525
4. 8 5.540 4.033,32 0,8 5.041,563
4.4 Menghitung Resistansi Penghantar Jaringan LAA
Perhitungan resistansi penghantar dilakukan untuk menghitung rugi-rugi
penghantar yang terdapat pada jaringan LAA. Dimana kawat penghantar yang
digunakan untuk kawat penyulang dan kawat troli menggunakan bahan yang
sama yaitu tembaga, sedangkan kawat messenger menggunakan baja.
Tabel 4. 6 Data Penghantar Jaringan LAA
No. Lintas Kawat
Penyulang
(mm2)
Kawat
Messenger
(mm2)
Kawat
Troli
(mm2)
Sistem
1. Jatinegara-
Bekasi
BC 2 × 300
𝑚𝑚2
St 90 mm2 Cu 110
𝑚𝑚2
Jepang
Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa kawat penyulang berbahan BC
dengan hambatan jenis 0,017886 Ω mm2/m, kawat messenger berbahan St
37
dengan hambatan jenis 0,178 Ω mm2/m, kawat troli berbahan Cu dengan
hambatan jenis 0,017886 Ω mm2/m.
Perhitungan tahanan penghantar dilakukan dengan cara menghitung nilai
kawat penyulang, kawat messenger, kawat troli yang akan digunakan sebagai
konduktor dan menghitung tahanan rel.
1. Tahanan Kawat Penyulang
𝑅𝑝 =𝜌𝑝 × 𝑙
𝐴𝑟=
0,017886 × 5,8
2 × 300= 1,73 × 10−4 Ω/𝑚
2. Tahanan Kawat Messenger
𝑅𝑚 = 𝜌𝑚 × 𝑙
𝐴𝑚=
0,178 × 5,8
90= 0,0115 Ω/𝑚
3. Kawat Troli
𝑅𝑡 = 𝜌𝑡 × 𝑙
𝐴𝑡=
0,017886 × 5,8
110= 9,43 × 10−3 Ω/𝑚
Setelah menghitung tahanan pada tiap penghantar, tahanan penghantar
pada LAA dapat dihitung dengan menjumlahkan tahanan penyulang, tahanan
messenger dan tahanan troli secara pararel, dapat dijabarkan seperti pada
berikut:
1
𝑅𝑠𝑢=
1
𝑅𝑝+
1
𝑅𝑚+
1
𝑅𝑡
=1
1,73 × 10−4+
1
0,0115+
1
9,43 × 10−3
= 0,597 × 10−4 Ω/𝑚
Perhitungan tahanan pada rel juga dilakukan karena rel merupakan media
untuk mengalirkan arus listrik ke panel negative gardu traksi dengan tahanan
jenis 0,156 Ω mm2/m dan memiliki 2 rel tiap lintasan.
𝑅𝑟𝑒𝑙 = 𝜌𝑟𝑒𝑙 × 𝑙
2𝐴𝑟𝑒𝑙=
0,156 × 5,8
2(6,934)= 6,525 × 10−5 Ω/𝑚
Sehingga tahanan pada jaringan LAA dapat dihitung dengan menjumlahkan
tahanan penghantar LAA dengan tahanan rel.
38
𝑅 = 𝑅𝑠𝑢 + 𝑅𝑟𝑒𝑙
= 0,597 × 10−4 + 6,525 × 10−5
= 1,25 × 10−4 Ω/𝑚
4.5 Menghitung Rugi-rugi Kawat Penghantar Jaringan LAA
Pada jalur jaringan LAA, terdapat 2 jalur hulu dan hilir pada jaringan
catenary, sehingga total arus kereta yang telah dihitung harus dibagi dua, di
dapat 3019 A: 2 = 1509 A.
Rugi-rugi jaringan LAA dapat dijabarkan dengan perhitungan berikut:
𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 = 𝐼2 × 𝑅
𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 = 1.5092 × 1,25 × 10−4 = 284,6 𝑊 = 0,285 𝑘𝑊
4.6 Pembahasan
Gambar 4. 1 Lokasi Gardu Traksi terhadap Stasiun
Berdasarkan gambar 4.1 tersebut lintas Jatinegara-Bekasi terdapat 7
stasiun KRL yang listrik aliran atasnya di suplai oleh 4 gardu traksi yaitu gardu
traksi Jatinegara, gardu traksi Klender, Gardu Traksi Cakung, Gardu traksi Kranji.
Setiap gardu traksi memiliki tanggung jawab suplai LAA sendiri-sendiri, dimana
gardu traksi Jatinegara bertanggung jawab untuk menyuplai LAA dari stasiun
Jatinegara hingga stasiun klender, gardu traksi Klender bertanggung jawab untuk
menyuplai LAA dari stasiun Klender, stasiun Buaran, Stasiun Klender Baru
hingga stasiun Cakung, gardu traksi Cakung bertanggung jawab untuk menyuplai
39
LAA stasiun cakung hingga stasiun kranji, gardu traksi Kranji bertanggung jawab
untuk menyuplai LAA dari stasiun Kranji hingga stasiun Bekasi. Gardu traksi
hanya menyuplai LAA, dan keperluan persinyalan, tidak untuk suplai daya
stasiun KRL.
Skema dalam gardu traksi data dilihat pada gambar 4.2 di bawah ini:
Gambar 4. 2 Single Line Diagram Gardu Traksi
Dari gambar 4.2 dapat dijelaskan bahwa perjalanan tegangan di mulai dari
tegangan 20 kV, masuk pada panel 20 kV, panel ini berfungsi untuk mengatur
input, output tegangan. Pada panel 20 kV terdapat beberapa peralatan bantu
yaitu:
1. Panel Incoming berfungsi untuk menerima tegangan input 20 kV dari PLN,
panel incoming dilengkapi dengan switch LBS (Load Break Switch). LBS
merupakan switch yang memiliki kemampuan dapat di-open saat kondisi
sistem berbeban, tegangan 20 kV dari PLN akan disambung menuju busbar
yang terhubung ke setiap panel 20 kV.
2. Panel Arreseter, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari
gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir baik secara langsung
ataupun tidak langsung.
40
3. Panel Metering, berfungsi untuk mengukur semua parameter tegangan 20
kV, Pada parameter tersebut ditampilkan metering serta dikirimkan menuju
panel inter koneksi untuk ditampilkan pada displai panel VCP.
4. Panel Outgoing, berfungsi untuk memberikan output 20 kV menuju
transformator step down 20 kV/1,2 kV, 20 kV/380 V, dan 20 kV/6 kV. Panel
outgoing terdiri dari dua atau tiga panel, tergantung dari konfigurasi sistem
gardu traksi yang digunakan. Panel outgoing terdiri dari Panel Circuit
Breaker dan Panel LBS yang dirangkai seri dengna fuse.
Tegangan 20 kV kemudian diturunkan dengan bantuan transformator
penurun tegangan menjadi 1,2 kV, 380V dan 6 kV. Pada penurunan tegangan 20
kV menjadi 1,2 kV merupakan transformator utama dan memiliki daya yang
paling besar karena merupakan transformator utama untuk menyuplai tegangan
1500 VDC pada LAA. Hasil outgoing dari transformator tersebut selanjutnya
menjadi sumber input silicon rectifier. Silicon rectifier merupakan komponen
utama gardu traksi yang digunakan untuk menyearahkan tagangan 1200 VAC
menjadi 1500 VDC. Silicon Rectifier dilengkapi dengan arrester untuk tegangan
DC untuk melindungi rectifier dari sambaran petir pada jaringan LAA. Keluaran
Tegangan dari silicon rectifier ini berupa tegangan 1500 DC yang kemudian
dihubungkan menuju panel DC Switchgear. Pada panel DC Switchgear
merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan
1500 VDC. Pada panel DC Switchgear terdapat beberapa panel seperti:
1. Panel negative, fungsinya untuk menerima input negative 1500 VDC dari
silicon rectifier dan memberikan output ke rel KRL. Panel ini menggunakan
switch tipe DS (Disconnecting switch) karena panel tersebut merupakan
tempat arus balik dari rel, sehingga panel negative tidak memerlukan
proteksi untuk memutus sambungan dari rectifier ke jalur rel secara cepat.
Panel dilengkapi dengan rele 64P yang berfungsi untuk mendeteksi
gangguan tanah (Ground Fault).
2. Panel main feeder, fungsinya untuk menerima input positif 1500 VDC dari
rectifier dan memberikan output ke busbar DC feeder. Panel ini
menggunakan switch tipe HSBC (High Speed Circuit Breaker) yang mampu
memutus sambungan dari rectifier ke jaringan LAA secara cepat jika terjadi
41
kondisi fault pada sistem. Panel main feeder dilengkapi dengan relay
proteksi yang berguna untuk mendeteksi berbagai gangguan yang mungkin
terjadi pada jaringan LAA seperti over/under voltage, over current, short
circuit dan thermal overload dan juga berfungsi untuk memonitoring serta
merekam kondisi tegangan 1500 VDC.
3. Panel DC feeder, fungsinya untuk memberikan output positif 1500 VDC dari
busbar DC feeder ke LAA. DC feeder dilengkapi dengan HSCB dan rele
proteksi.
4. Panel bypass, berfungsi sebagai panel backup jika salah satu panel DC
feeder mengalami kerusakan atau sedang dalam kondisi maintenance.
Selanjutnya dari tegangan 20 kV diturunkan dengan bantuan transformator
step down menjadi 380 V. Transformator 20 kV/380 V merupakan transformator
yang berfungsi untuk menyuplai tegangan 380 V yang digunakan untuk sistem
kontrol gardu traksi. Transformator tersebut menurunkan tegangan 20 kV dari
panel outgoing 20 kV menjadi 380 V yang akan dihubungkan menuju input panel
AC/DC.
Selain itu transformator 20 kV AC di turunkan dengan menggunakan
bantuan transformator step down menjadi 6 kV AC, lalu tegangan 6 kV
dihubungkan menuju panel 6 kV.
Panel 6 kV terdiri dari beberapapanel seperti:
1. Panel incoming berfungsi untuk menerima input 6 kV dari transformator
20kV/6 kV dan memberikan output ke busbar panel 6 kV, panel incoming
dilengkapi dengan LBS.
2. Panel arrester berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari
gangguan tegangan akibat petir. Sistem jaringan PDL (Power Distribution
Line) menggunakan saluran udara sehingga berpotensi oleh gangguan
petir.
3. Panel outgoing, berfungsi memberikan output tegangan 6 kV yang
digunakan untuk menunjang sistem jaringan PDL. Jaringan PDL
menggunakan jaringan tegangan 6 kV untuk setiap persinyalan dan pintu
perlintasan kereta api. Output tegangan 6 kV juga di salurkan menuju
42
transformator step down 6 kV/380 V untuk kebutuhan daya rendah dan
kontrol gardu traksi, output 380 V juga diteruskan menuju panel AC/DC.
Panel AC/DC adalah panel yang berfungsi untuk mendistribusikan
tegangan rendah 380 VAC, untuk keperluan beban utility dan beban kontrol.
Panel AC/DC memiliki input tegangan 380 VAC, dari transformator 20 kV/380 V
yang bersumber dari PLN dan dari transformator 6 kV/380 V yang bersumber
dari jaringan PDL. Pada panel AC/DC terdapat COS (Change Over Switch) yang
akan mendeteksi kedua sumber input. Normalnya panel AC/DC disuplai dari
transformator 20 kV/380 V, namun jika sumber ini mengalamai gangguan, COS
akan mengganti input suplai menjadi dari transformator 6 kV/380 V. Jika sumber
dari transformator 20 kV/380 V sudah normal kembali, maka COS akan
mengganti kembali input suplai dari transformator tersebut. Output panel AC/DC
tegangan AC 380 V berfungsi untuk mensuplai peralatan seperti charger baterai,
exhaust fan, penerangan, serta soket listrik bangunan. Output tegangan AC 220
V berfungsi untuk mensuplai heater pada panel 20 kV, 6 kV, serta DC
Switchgear, panel VCP, dan panel fire alarm. Output tegangan DC 110 V
berfungsi untuk mensuplai rangkaian kontrol pada panel 20 kV, 6 kV, serta DC
Switchgear, panel interkoneksi, dan panel LBD.
Pada data pada tabel 4.7 dapat dilihat kapasitas daya gardu traksi eksisting
dengan kapasitas daya gardu traksi hasil perhitungan.
Tabel 4.7 Perbandingan Daya Gardu Terpasang Dan Terhitung
No. Headway
(menit)
Daya Gardu Traksi Klender
Terpasang
(kVA)
Perhitungan
kW Cos ꝋ kVA
1. 14 5.540 2.749,97 0,8 3.437,463
2. 11 5.540 3.236,25 0,8 4.045,312
3. 9,5 5.540 3.578,82 0,8 4.473,525
4. 8 5.540 4.033,32 0,8 5.041,563
43
Dimana kapasitas daya gardu traksi eksisting merupakan daya tersedia
yang dapat disuplai oleh gardu traksi. Sedangkan kapasitas daya gardu traksi
hasil perhitungan merupakan daya terpakai oleh KRL berdasarkan perhitungan.
Kondisi aktual pada gardu traksi Klender yaitu daya yang terpakai prosentasenya
sebesar 73,02% atau 4.045,312 kVA dari 5.540 kVA daya yang tersedia. Hal ini
menunjukkan jika kapasitas daya gardu traksi eksisting pada gardu Klender
masih cukup untuk mensuplai kebutuhan daya KRL yang beroperasi saat ini
dengan headway 11 menit dengan spesifikasi kereta KRL tipe JR 205 dengan 12
SF. Namun pada kenyataan yang sebenarnya waktu tunggu antar kereta
(headway) tidak tepat 11 menit melainkan 14 menit, berdasarkan daya hasil
perhitungan didapat 3.437,463 kVA dibandingkan dengan daya yang tersedia
yaitu 5.540 kVA, maka pada gardu traksi Klender tersebut daya yang terpakai
prosentasenya sebesar 62,04%.
Jika dilakukan penyempitan headway menjadi 9,5 menit dan menggunakan
kereta yang sama yaitu JR 205 dengan 12 SF, maka berdasarkan daya hasil
perhitungan didapat 4.473,525 kVA jika dibandingkan dengan daya yang tersedia
yaitu sebesar 5.540 kVA, maka gardu traksi klender masih mampu untuk
menyuplai kebutuhan tersebut dengan persentase pembebanan 80%.
Jika dilakukan penyempitan headway menjadi 8 menit dan menggunakan
kereta yang sama yaitu JR 205 dengan 12 SF, maka berdasarkan daya hasil
perhitungan didapat 5.041,563 kVA jika dibandingkan dengan daya yang tersedia
yaitu sebesar 5.540 kVA, maka gardu traksi klender masih mampu untuk
menyuplai kebutuhan tersebut dengan persentase pembebanan 91%.
Sistem jaringan pada listrik aliran atas menggunakan sistem jepang yaitu
menggunakan jenis kawat kontak tunggal (single trolly), dimana kawat
penghantar yang digunakan untuk kawat penyulang dan kawat troli
menggunakan bahan yang sama yaitu tembaga, sedangkan kawat messenger
menggunakan baja.
Berdasarkan perhitungan rugi rugi pada jaringan LAA di dapat hasil sebesar
0,285 kW. Semakin pendek jarak antara daerah bebas tegangan maka akan
semakin kecil pula rugi yang dihasilkan dan jika semakin jauh jarak antara daerah
bebas tegangan maka akan semakin besar rugi rugi yang dihasilkan.
44
BAB V
PENUTUP 5.1 Simpulan
Dari hasil perhitungan studi perencanaan kapasitas gardu Traksi Klender
untuk operasi KRL lintas Jatinegara – Bekasi, maka penulis dapat menyimpulkan:
1. Kapasitas daya gardu traksi pada Gardu Klender yang terpasang sudah
cukup ideal, dimana kapasitas daya gardu yang terpasang yaitu 5.540
kVA lebih besar dari kapasitas daya yang terhitung yaitu 4.045,3 kVA.
2. Gardu Traksi Klender masih mampu untuk mencukupi penyempitan
headway menjadi 9,5 menit dengan prosentase pembebanan yaitu 80%.
3. Headway yang diterapkan saat ini yaitu 11 menit, dengan kondisi real
time mencapai 14 menit, waktu tunggu atau headway berpengaruh pada
beban maksimum, semakin sempit headway maka beban semakin
besar.
4. Sistem jaringan LAA pada jalur Jatinegara-Bekasi menggunakan sistem
Jepang yang memiliki nilai tahanan sebesar 1,25 X 10-4Ω/m
5. Rugi-rugi penghantar jaringan LAA untuk rute Jatinegara-Bekasi
sebesar 0,285 kW.
45
5.2 Saran
1. Sebaiknya headway kereta konsisten di 11 menit dan tidak sering
mengalami keterlambatan.
2. Diperlukan kajian lebih lanjut untuk menentukan transformator dan
komponen dukung gardu traksi lainya seperti penentuan kapasitas
HSCB, silicon rectifier dan lainya, agar operasi lebih optimal.
3. Dari hasil penelitian dapat dikembangkan lebih lanjut untuk
penggabungan operasional kereta bandara dan kereta KRL.
46
DAFTAR PUSTAKA
50163, E. (2017). Railway Applications - Supply Voltages of traction systems.
Graha, A. (2005). Buku Pedoman Perencanaan Listrik Aliran Atas (LAA).
Bandung: PT. Kereta Api (Persero).
Hartono, A. (2012). Lokomotif dan Kereta Diesel di Indonesia. Jakarta: Ilalang
Sakti Komunikasi.
Hidayani. (2017). Studi Sistem Suplai Tenaga Listrik Untuk KRL Commuter Line
Antara Daerah Bebas Tegangan pada Gardu Traksi Bojong Indah.
Jakarta: STT-PLN.
IEC, 6. (2007). Railway Aplications - Supply Voltages of Traction System.
Ilham, M. A. (2019). Studi Perencanaan Kapasitas pada 2 Gardu Traksi Untuk
Operasioal Mass Rapid Transit (mrt) Jakarta Fase 2 Bundaran HI-Kota.
Jakarta: IT PLN.
PT KAI. (2016). Ketentuan Umum Instalasi Listrik Aliran Atas Arus Searah
dengan Tegangan 1500 V. Bandung: PT KAI.
Puspitasari, M. D., & Putra, F. W. (2019). Perhitungan Efektivitas Gardu Traksi
Bojong Gede Pada Lintas Manggarai - Bogor. Jurnal Perkeretaapian
Indonesia Volume III Nomor 2 November 2019 .
Putri, A. R. (2018). Analisa Daya Dukung Gardu Traksi Kranji Pada
Pengoperasian Kereta Bandara Soekarno-Hatta. Jurnal Perkeretaapian
Indonesia Vol II.
Saputra, A. (n.d.). Studi Evaluasi Analisa Perhitungan Kapasitas Daya Gardu
Traksi Terhadap Kebutuhan KRL Jalur Depok-Manggarai . Journal Of
Electrical Power, Instrumentation and Control Teknik Elektro – Universitas
Pamulang .
47
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Data Personal
NIM : 2016-11-131
Nama : Indah Sari
Tempat/Tgl. Lahir : Boyolali, 26 April 1998
Jenis Kelamin : Perempuan
Agama : Islam
Status Perkawinan : Belum Kawin
Progra Studi : Sarjana Strata-1
Alamat Rumah : Jl. Taruna no 83 Pulo Gadung, Pulo Gadung,
Jakarta Timur, 13260
Email : [email protected]
Riwayat Pendidikan
Jenjang Nama Lembaga Tahun Lulus
SD SDN 2 Kadipaten 2010
SMP SMPN 1 Andong 2013
SMA SMAN 1 Gemolong 2016
Demikian Daftar Riwayat hidup ini dibuat dengan sebenarnya.
Jakarta, 24 Juli 2020
Indah Sari
48
LAMPIRAN SINGLE LINE DIAGRAM
49
LAMPIRAN SUPLAI GARDU TRAKSI MENUJU LAA
50
51
52
53