Sistem Distribusi Tenaga Listrik dan Sistem Distribusi Sekunder

Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Sistem distribusi ialah jaringan listrik antara pusat pembangkit sampai dengan pusat pemakaian (kWh pelanggan). Tegangan yang dibangkitkan oleh generator biasanya berkisar antara 6 kV sampai 20 kV tergantung dari pabrik pembuat. Untuk mencegah kerugian daya yang besar pada waktu mengirim tenaga listrik dari pembangkit melalui jaringan transmisi ke pusat-pusat beban yang letaknya sangat jauh dari pembangkit maka sebelum ditransmisikan, tegangan ini dinaikkan terlebih dahulu menjadi 70 kV sampai 500 kV.

Transmisi adalah bagian yang menyalurkan energi listrik dari pusat listrik ke pusat beban yang diterima oleh Gardu Induk (GI). Untuk jarak yang sedang digunakan tegangan transmisi 70 kV. Untuk jarak yang jauh digunakan tegangan transmisi 150 kV sedangkan untuk jarak yang sangat jauh digunakan tegangan transmisi sampai 500 kV.

Sistem distribusi ini dapat dikelompokkan ke dalam dua tingkat yaitu :

1. Sistem Jaringan Distribusi Primer disebut Jaringan Tegangan Menengah (JTM)
2. Sistem Jaringan Distribusi Sekunder disebut Jaringan Tegangan Rendah (JTR)

Distribusi primer disebut juga tegangan menengah, yaitu jaringan yang menghubungkan gardu induk dengan gardu distribusi yang biasanya menggunakan tegangan distribusi 6 kV, 7 kV,  12 kV, 20 kV. Jaringan Distribusi Primer atau JTM merupakan fasa-tiga sedangkan jaringan distribusi sekunder atau Jaringan Tegangan Rendah (JTR) merupakan fasa-tunggal dan fasa-tiga dengan empat kawat. Di Indonesia umumnya tegangan yang digunakan pada sistem distribusi jaringan tegangan rendah adalah 380/220 volt.

Sistem Distribusi Sekunder 

Sistem distribusi sekunder yang lazim disebut jaringan tegangan rendah (JTR) dimulai dari sisi sekunder trafo distribusi sampai dengan sambungan rumah (SR) pada pelanggan yang berfungsi untuk mendistribusikan energi listrik dari gardu distribusi ke pelanggan dengan tegangan operasi yakni tegangan rendah (400/230 Volt, 380/220 Volt).

Pada saat ini SUTR yang menggunakan kabel telah banyak digunakan oleh PLN untuk mengurangi gangguan yang disebabkan oleh gangguan pohon dan gangguan lain yang disebabkan oleh perbuatan manusia. Untuk kabel sambungan rumah (SR) ke pelanggan saat ini telah digunakan twisted kabel dengan inti penghantar ada dari material aluminium dan tembaga.

Sistem jaringan sekunder yang baik pada saat ini harus memberikan taraf keandalan pada jaringan tegangan rendah di daerah dengan kepadatan beban yang tinggi, dengan menjamin bahwa energi listrik yang sampai ke pelanggan mempunyai mutu yang baik, sehingga biayanya yang tinggi dapat dipertanggung jawabkan dan tingkat keandalan ini dipandang perlu.

Jaringan sekunder tegangan rendah mendapat pengisian terbanyak dari tiga atau lebih feeder, sehingga bilamana salah satu feeder primer terganggu, sisa jaringan sekunder akan dapat dengan mudah menampung beban dari feeder yang terganggu itu. Sistem demikian dinamakan jaringan kedua (second contingency network). Jaringan sekunder tegangan rendah harus didesain sedemikian rupa hingga terdapat pembagian beban dan pengaturan tegangan (voltage regulation) yang baik.

Gardu Distribusi

Gardu Distribusi adalah bangunan gardu transformator yang menyuplai kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan Tegangan Rendah. Gardu Distribusi merupakan kumpulan/gabungan dari perlengkapan hubung bagi Tegangan Rendah. Jenis perlengkapan hubung bagi Tegangan Rendah pada Gardu Distribusi berbeda sesuai dengan jenis konstruksi gardunya.

gardu distribusi

diagram satu garis gardu distribusi

Jenis konstruksi gardu dibedakan atas 2 jenis :

• Gardu Distribusi konstruksi pasangan luar. Umumnya disebut Gardu Portal (Konstruksi 2 tiang), Gardu Cantol (Konstruksi 1 tiang) dengan kapasitas transformator terbatas.
• Gardu Distribusi pasangan dalam. Umumnya disebut gardu beton (Masonry Wall Distribution Substation) dengan kapasitas transformator besar.

Gardu Distribusi Pasangan Luar

Gardu Distribusi pasangan luar merupakan gardu yang memiliki trafo dan PHB terpasang pada tiang jaringan dengan kapasitas transformator terbatas. Konstruksi Gardu Distribusi pasangan luar tipe Portal terdiri atas Fused Cut Out (FCO) sebagai pengaman hubung singkat trafo dengan elemen pelebur/ fuse link type expulsion danLightning Arrester (LA) sebagai sarana pencegah naiknya tegangan pada transformator akibat surja petir. Elekroda pembumian dipasang pada masing-masing lightning arrester dan pembumian titik netral transformator sisi Tegangan Rendah. Kedua elekroda pembumian tersebut dihubungkan dengan penghantar yang berfungsi sebagai ikatan penyama potensial yang digelar di bawah tanah.

Diagram satu garis Gardu Distribusi Portal

Pada Gardu Distribusi tipe cantol, transformator yang terpasang adalah jenisCompletely Self Protected Transformer (CSP). Perlengkapan perlindungan transformator tambahan adalah lightning arrester. Pada transformator tipe CSP fasa 1, penghantar pembumian arrester dihubung langsung dengan badan transformator. Konstruksi pembumian sama dengan gardu portal. Perlengkapan hubung bagi Tegangan Rendah maksimum 2 jurusan dengan saklar pemisah pada sisi masuk dan pengaman lebur (type NH, NT) sebagai pengaman jurusan. Semua bagian konduktif terbuka dihubungkan dengan pembumian sisi Tegangan Rendah. Nilai pengenal LA 5 kA untuk posisi di tengan jaringan dan 10 kA untuk posisi pada akhir jaringan. Nilai tahanan pembumian tidak melebihi 1 Ohm.

Gardu Distribusi Pasangan Dalam

Gardu Distribusi pasangan dalam merupakan gardu yang memiliki trafo dan PHB terpasang di dalam sebuah gedung beton dengan kapasitas transformator yang besar. Gardu Distribusi pasangan dalam adalah gardu konstruksi beton dengan kapasitas transformator besar, dipakai untuk daerah padat beban tinggi dengan kontruksi instalasi yang berbeda dengan gardu pasangan luar. Gardu beton dipasok dari baik jaringan saluran udara ataupun saluran kabel tanah.

Diagram satu garis Gardu Distribusi Beton

Area Pelayanan Gardu Distribusi

Radius pelayanan suatu gardu adalah jangkauan daerah pelayanan gardu diantara dua gardu. Radius pelayanan didasarkan atas :

1. Batas geografis antar dua gardu

2. Kepadatan beban antar dua Gardu Induk

3. Jatuh tegangan

4. Besar penghantar (maksimum Alumunium 240 mm2)

Konsep titik awal dari suatu jaringan distribusi adalah berawal dari pusat listrik/Gardu Induk terdekat. Jika dengan adanya penambahan pusat listrik/Gardu Induk baru, maka jaringan-jaringan yang berawal dari pusat listrik/Gardu Induk yang telah beroperasi dan melewati pusat listrik/Gardu Induk baru, harus dipasok dari pusat listrik/Gardu Induk baru. Pembagian beban dengan Gardu Induk lama dengan memperhatikan perataan beban dan jatuh tegangan yang sama.

Gardu Distribusi Tipe Beton daerah Padat Beban Tinggi

Pada Gardu Distribusi penghantar yang dipakai untuk jaringan pelayanan adalah kabel jenis Kabel Pilin inti Alumunium dengan penampang terbesar 70 mm². Jalur pelayanan sebesar 0,30 kms (ΔU = 10%, cos φ =.0,8, coincidence factor = 0,8) menyebar, sehingga untuk daerah pelayanan 1 km² terdapat 4 buah Gardu Distribusi.

Konstruksi Pelayanan Gardu Distribusi

Gardu Distribusi daerah Padat Beban Rendah

Untuk daerah padat beban rendah khususnya daerah pedesaan, panjang jalur pelayanan dibatasi oleh tingkat tegangan pelayanan (+ 5%-10%) dan memiliki jalur pelayanan yang memanjang, sehingga daerah pelayanan 1 km terdapat 1 sampai 2 buah Gardu Distribusi dengan menggunakan penghantar jenis Kabel Pilin inti Alumunium dengan penampang terbesar 70 mm².

Tegangan Jatuh (Drop Tegangan)

Jatuh tegangan merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik secara umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Besarnya jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau dalam besaran Volt. Besarnya batas atas dan bawah ditentukan oleh kebijaksanaan perusahaan kelistrikan. Perhitungan jatuh tegangan praktis pada batas-batas tertentu dengan hanya menghitung besarnya tahanan masih dapat dipertimbangkan, namun pada sistem jaringan khususnya pada sistem tegangan menengah masalah indukstansi dan kapasitansinya diperhitungkan karena nilainya cukup berarti (PT.PLN (Persero),2010: hal 20).

Tegangan jatuh secara umum adalah tegangan yang digunakan pada beban. Tegangan jatuh ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui tahanan kawat. Tegangan jatuh V pada penghantar semakin besar jika arus I di dalam penghantar semakin besar dan jika tahanan penghantar Rℓ semakin besar pula. Tegangan jatuh merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada penghantar karena dapat menurunkan tegangan pada beban. Akibatnya hingga berada di bawah tegangan nominal yang dibutuhkan. Atas dasar hal tersebut maka tegangan jatuh yang diijinkan untuk instalasi arus kuat hingga 1.000 V yang ditetapkan dalam persen dari tegangan kerjanya (Daryanto,2010: hal 18 & 42).

Toleransi tegangan pelayanan yang diijinkan

Sesuai dengan standar tengangan yang ditentukan oleh PLN (SPLN), perancangan jaringan dibuat agar jatuh  tegangan  di ujung  diterima 10%. Tegangan jatuh pada  jaringan disebabkan  adanya rugi tegangan akibat hambatan listrik (R) dan reaktansi (X). Jatuh tegangan phasor Vd pada suatu penghantar yang mempunyai impedansi (Z) dan membawa arus (I) dapat dijabarkan dengan rumus :

Vd=I.Z………………………………………………………………….1

Dalam pembahasan ini yang dimaksudkan dengan jatuh tegangan (∆V) adalah selisih antara tegangan kirim (Vk) dengan tegangan terima (V_T), maka jatuh tegangan dapat didefinisikan adalah :

∆V  =  ( Vk ) – (V_T )………………………………………………..2

Karena adanya resistansi pada penghantar maka tegangan yang diterima konsumen (Vr) akan lebih kecil dari tegangan kirim (Vs), sehingga tegangan jatuh (Vdrop) merupakan selisih antara tegangan pada pangkal pengiriman (sending end) dan tegangan pada ujung penerimaan (receiving end) tenaga listrik. Tegangan jatuh relatip dinamakan regulasi tegangan V_R (voltage regulation) dan dinyatakan oleh rumus :

……………………………………………………….3

Dimana :

Vs = tegangan pada pangkal pengiriman

Vr = tegangan pada ujung penerimaan

 Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reaktansinya, maupun faktor dayanya yang tidak sama dengan satu, maka berikut ini akan diuraikan cara perhitunganya. Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan beban–bebannya merupakan beban fasa tiga yang seimbang dan faktor dayanya (Cos φ) antara 0,6 s/d 0,85. tegangan dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan hubungan sebagai berikut :

(∆V ) =  I ( R . cos φ + X . sin φ ) L………………………………..4

Dimana :

         I   =  Arus beban ( Ampere )

R  =  Tahanan rangkaian ( Ohm )

X  =  Reaktansi rangkaian ( Ohm )

Penyebab Terjadinya Tegangan Jatuh

Besar kecilnya jatuh tegangan  dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :

1. Tahanan saluran
2. Arus saluran
3. Faktor daya (Cos φ)
4. Panjang saluran

Akibat adanya impedansi saluran dan beban maka antara tegangan sumber (V_s) dan tegangan penerima (V_p) ada perbedaan. Dimana tegangan penerima akan selalu lebih kecil dari tegangan sumber (V_s>V_p). Selisih tegangan tersebut disebut jatuh tegangan (V). Secara umum jatuh tegangan adalah V=V_s-V_p.

1. Besar beban pada suatu titik (tiang ) tidak sama pada fasa yang satu dengan fasa yang lainnya, walaupun dilihat dari gardu, beban tiap fasanya mungkin sama besar diantaranya disebabkan oleh prilaku beban konsumen yang tidak teratur.
2. Beban dilihat dari gardu tidak sama untuk masing – masing fasa, sudah pasti beban ditiap tiang tidak sama.
3. Pembagian atau penempatan beban di masing- masing fasa tidak sama.

Kabel Twisted Saluran Udara Tegangan Rendah

Konfigurasi jaringan secara umum adalah radial, hanya pada kasus khusus dipergunakan sistem tertutup (loop). Saluran Udara Tegangan Rendah memakai penghantar jenis Kabel Twisted / kabel pilin (NFAAX-T) dengan penampang berukuran luas penampang 35 mm², 50 mm² dan 70 mm² serta penghantar tak berisolasi All Aluminium Conductor (AAC), All Aluminium Alloy Conductor (AAAC) dengan penampang 25 mm², 35 mm² dan 50 mm².

Kabel udara yang dipergunakan pada JTR merupakan kabel berinti tunggal dengan bentuk konduktor dipilin bulat, instalasi kabel ini sedemikian rupa sehingga hantaran kabel membentuk kabel pilin dimana beberapa kabel berinti tunggal saling dililitkan sehingga saling membentuk suatu kelompok kabel yang disebut dengan kabel twisted.

Kabel twisted dipasang pada tiang saluran distribusi sekunder dengan peralatannya kira – kira 20 cm dibawah puncak tiang dengan kabel netral sebagai penyangganya, sehingga dengan demikian beban kabel twisted dipikul oleh kabel netral tersebut. Kabel pilin yang digunakan pada proyek kelistrikan terdiri atas enam buah kabel berinti tunggal dengan perincian sebagai berikut :

1. Kabel utama, terdiri atas tiga kabel fasa dan satu kabel netral
2. Dua kabel lainnya untuk hantaran lampu penerangan jalan

Kabel twisted

Untuk mengetahui lebih lanjut tentang ukuran kabel twisted dapat dilihat pada pada tabel berikut ini.

Karakteristik Penghantar Aluminium JTR
Sumber : PT PLN (PERSERO). 2010. ”Kriteria Desain Enjiniring Konstruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik” & SPLN 64 Tahun 1985

Penghantar jaringan sekunder menggunakan kabel twisted, dimana kabel ini mempunyai keuntungan antara lain :

1. Tidak memerlukan banyak peralatan
2. Penghantar tidak terpisah – pisah sehingga menjadi satu bagian
3. Keamanan lebih terjamin sehingga sulit untuk disadap
4. Pelaksanaan pemasangan lebih sederhana dan relatif mudah
5. Aman terhadap cuaca
6. Aman terhadap gangguan ranting – ranting pohon

Bahan isolasi kabel twisted dibuat dari bahan jenis polyethelin yaitu XLPE. Beberapa sifat isolasi XLPE yaitu :

1. Ketahanan temperatur tinggi
2. Kekuatan mekanis besar
3. Umur relatif bisa lebih lama
4. Bersifat elastis / tidak mudah retak
5. Kerapatan jenis kecil
6. Tahan terhadap air, minyak dan zat – zat kimia yang sering terdapat di alam.

Dengan sifat XLPE tersebut maka kabel twisted dapat dipergunakan dengan baik pada kondisi daerah kering ataupun basah.

Jaringan Distribusi Tegangan Rendah saluran udara kabel pilin (twisted cable) fasa 3

Terdapat 2 jenis konstruksi jaringan distribusi Tegangan Rendah sesuai dengan sistemnya.

1. Konfigurasi fasa 3 menggunakan kabel Pilin (twisted cable) dengan 3 penghantar fasa + 1 netral.
2. Konfigurasi fasa 2 menggunakan kabel Pilin (twisted cable) dengan 2 penghantar fasa + 1 netral atau penghantar BC atau AAAC.

Kedua sistem tersebut berdiri pada tiang sendiri atau di bawah Saluran Udara Tegangan enengah (underbuilt). Radius pelayanan jaringan lebih kurang 300 meter dan tingkat tegangan pelayanan dibatasi + 5 % dan – 10 %.

sumber: http://modalholong.wordpress.com/2012/12/21/

Resistansi Penghantar dan Perhitungan Susut Daya

Resistansi Penghantar

Makin panjang jaringan, harga resistansinya akan semakin besar, sehingga jatuh tegangan yang terjadi juga semakin besar. Maka besarnya resistansi pada jaringan listrik dapat dicari dengan rumus persamaan berikut:

 …………………………………………………………….1

Dimana:

R       : Resistansi (Ω),

l         : Panjang kawat penghantar (m),

A       : Luas penampang kawat (m²),

ρ        : Tahanan jenis (Ωm).

Tahanan penghantar mempunyai suhu maksimum yang telah distandarkan oleh pabrik pembuatnya (maksimum 30°C untuk Indonesia), perubahan suhu sebesar 1°C dapat menaikkan tahanan penghantar. Perubahan tahanan nilai tahanan ini disebut koefisien temperatur dari tahanan yang diberi simbol α, nilai α dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Perubahan nilai tahanan terhadap suhu, dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

R_t2  = R_t1[1 + α_tl(t₂ –t₁)] ………………………………………2

Dimana:

R_t2 = Tahanan pada temperatur t₂ dalam (Ω)

R_tl   = Tahanan pada temperatur ti dalam (Ω)

_αtl   = Koefisien temperatur dari tahanan pada temperatur t₁ dalam °C

…….3

…….4

…….5

…….6

Dimana T₀ = Temperatur pada penghantar aluminium ( ⁰C )

………7

Dimana:

R_t2 =  resistan pada suhu t2 ( Ω / km)

R_t1 = resistan pada suhu t1  ( Ω / km)

t₁  =  suhu normal penghantar ( °C )

t₂  = suhu yang ditentukan ( °C )

Table Nilai T₀ dan α untuk bahan konduktor standar

Sumber : Hutauruk T.S., 1985, “Transmisi Daya Listrik” penerbit Erlangga. Jakarta. Hal 7-8

Perhitungan Susut Daya

Susut daya (Rugi Daya) pada jaringan merupakan hilangnya daya tahanan pada penghantar. Susut daya dapat disebabkan karena rugi pada tahanan itu sendiri dan rugi karena kebocoran (leakage loss). Susut Daya dinyatakan oleh persamaan:

∆P= I². R. L  ……………………..8

Dimana :

∆P       = Susut Daya (W)

I           = Arus Beban (A)

R         = Tahanan kawat per fasa (Ω/km)

L          = Panjang Jaringan (km)