PANDANGAN UMUM SISTEM TENAGA LISTRIK
Pada umumnya sistem
tenaga listrik terdiri atas kumpulan komponen peralatan listrik atau mesin
listrik seperti generator, transformer, beban dan berikut alat-alat pengaman
dan pengaturan yang saling dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan
umtuk membangkitkan, menyalurkan dan menggunakan energi. Di dalam sistem-sistem
tenaga listrik, komponen-komponen tersebut dibedakan menjadi menjadi tiga
bagian, yaitu :
1. Pembangkit listrik
Pusat
pembangkit tenaga listrik (Electric Power Plant), biasanya terletak jauh
dari pusat bebab, dimana energi listrik tersebut digunakan. Pada pembangkit,
tenaga listrik tenaga listrik dibangkitkan oleh generator sinkron 3 phase
pada tegangan 6,6 kV, 11 kV atau 13,2 kV dan bahkan ada yang mencapai 32 kV.
Frequensi
tegangan yang dibangkitkan oleh generator diberikan oleh persamaan dengan : r = Jumlah pasang kutup
n = Kecepatan rotordalam putaran per menit (rpm)
2. Saluran
Transmisi
Energi
listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik disalurkan melalui
kawat-kawat atau saluran transmisi menuju ke pusat-pusat beban. Saluran
transmisi menurut cara penyalurannya ada dua macam, yaitu :
a. Saluran
Udara (Overhead Lines)
Adalah saluran transmisi yang menggunakan kawat-kawat
telanjang yang digantungkan pada tiang transmisi dengan perantaraan
isolator-isolator.
b. Saluran
Bawah Tanah (Underground)
Adalah saluran transmisi yang menggunakan konduktor-konduktor
berisolasi yang ditanam dengan kedalaman tertentu di bawah tanah.
Setiap cara penyaluran di atas mempunyai kelebihan dan
kelemahannya sendiri-sendiri. Dibandingkan dengan saluran udara, saluran bawah
tanah tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, hujan, angin, bahaya petir dan
sebagainya. Lagipula, saluran bawah tanah lebih estetis karena tidak mengganggu
pandangan. Karena alasan terakhir ini, saluran bawah tanah lebih disukai,
terutama untuk daerah yang padat penduduk dan di kota-kota besar. Namun biaya
konstruksinya jauh lebih mahal dibandingkan dengan saluran udara dan
perbaikannya lebih sulit bila terjadi gangguan hubung singkat dan
kesukaran-kesukaran lain. Pilihan antara saluran udara dan saluran kabel
tergantung pada berbagai faktor, antara lain rute saluran, pentingnya
kontuinitas pelayanan, arah perkembangan daerah, biaya pemeliharaan tahunan,
biaya modal dan umur manfaat sistem.
3. Distribusi
Sistem distribusi merupakan area yang seringkali terjadi
kerusakan (Broken Down) dan gangguan,
dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu :
a. Gardu Induk
Distribusi (Distribution Substation)
Merupakan gardu
yang bertugas membagi dalam beberapa penyulang (feeder) dari 150 kV menjadi 20 kV. Dan juga terdapat relay-relay pengaman jaringan, yaitu :
1.
OCR (Over Current
Relay)
2.
UFR (Under
Frequency Relay)
3.
UVR (Under
Voltage Relay)
4.
OVR (Over Voltage
Relay)
5.
GFR (Ground Fault
Relay)
b. Distribusi
Primer
Dari
keluaran (out going) feeder, tenaga listrik disalurkan
melalui distribusi primer dengan tegangan sebesar20 kV / 6 kV menuju ke
pusat-pusat beban melalui SUTM (Saluran Udara Tegangan Menengah) dan SKTM
(Saluran Kabel Tegangan Menengah)
c. Distribusi
Sekunder
Terdiri
dari dua jenis, yaitu Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) dan Saluran Kabel
Tegangan Rendah (SKTR). Tegangan yang berada pada saluran ini diturunkan dari
distribusi primer melalui transformer distribusi dengan tegangan sekunder
380/220V.
TRANSFORMER
Transformer atau transformator adalah alat untuk memindahkan daya
listrik bolak-balik (Alternating Current)
dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya dengan menggunakan prinsip
elektromagnetik.
1. Jenis-jenis
transformator
a. Jenis
transformator berdasarkan letak kumparan terhadap inti, terdapat 2 jenis, yaitu
:
1.
Jenis Inti, dimana kedudukan kumparan mengelilingi
inti.
2.
Jenis Shield, dimana kumparan dikelilingi inti.
b. Jenis
transformator berdasarkan perbandingan transformasi. Yang dimaksud dengan
perbandingan transformasi adalah perbandingan antara kumparan primer dan
kumparan sekunder, dimana :
Sehingga berdasarkan perbandingan, transformasi ini dikenal
dua jenis transformator, yaitu :
b.1. Penaik
tegangan, bila lilitan primer lebih kecil dari lilitan sekunder , dimana dalam
kaitannya dengan sistem distribusi sering disebut Trafo Daya / Step Up (Power Transformer). Trafo daya merupakan komponen utama pada sebuah
pembangkit listrik. Fungsinya adalah mentransformasikan harga arus dan tegangan
pada harga daya dengan frekuensi tetap (sama), yakni menerima tegangan rendah
pada sisi primer(melalui pembangkit listrik), lalu merubahnya menjadi tegangan
menengah dan menyalurkan ke beban / konsumen misalnya gedung Mal Artha Gading
lewatsaluran distribusi primer.
b.2. Penurun
tagangan, bila lilitan primer lebih besar dari lilitan sekunder, dimana dalam
kaitannya dengan sistem distribusi sering disebut sebagai Trafo Distribusi / Step Down (Distribution Transformer). Trafo distribusi memiliki kapasitas yang
lebih kecil dari trafo daya, dan perannya adalah mentransformasikan tegangan
menengah ke tegangan rendah untuk selanjutnya disalurkan ke beban / konsumen.
c.
Konstruksi Transformator.
Pada dasarnya ada tiga jenis transformator berdasarkan inti
yang dipergunakan yaitu bentuk L, F dan E.
d.
Cara Pendinginan.
Berbagai macam cara pendinginan transformator yang dikenal
secara umum dapat dilihat dari table berikut ini :
Sistem pendinginan yang sering digunakan adalah :
d.1. ONAN (Oil
Natural Air Natural)
Pada jenis ini sirkulasi minyak secara alamiah dan sirkulasi
udara pendingin juga secara alamiah. Dalam hal ini terjadi sirkulasi minyakpada
radiator karena adanya perbedaan berat jenis antara minyak dingin dan minyak
panas.
d.2. ONAF (Oil
Natural Air Forced)
Pada jenis ini sirkulasi minyak secara alami, tetapi sirkulasi
udara menggunakan paksaan / tekanan, yaitu dengan menggunakan hembusan kipas
angin yang digerakkan motor listrik. Operasi dari transformer ini umumnya
dimulai dengan ONAN atau ONAF dengan hanya sebagian kipas angin yang dijalankan
dan bila temperature transformer naik pada suhu tertentu (kenaikan temperature
ini dikontrol oleh termostate), maka kipas angin akan dijalankan secara
bertahap.
d.3. OFAF (Oil
Forced Air Forced)
Pada jenis ini sirkulasi minyak pada radiator menggunakan
kekuatan pompa, sedangkan sirkulasi udara menggunakan kekuatan lain, yaitu
kipas.
e. Jumlah Fasa
Tegangan
Jumlah fasa tegangan yang biasa digunakan dalam sistem tenaga
listrik adalah satu fasa dan tiga fasa. Berdasarkan ini dikenal dua jenis
transformator , yaitu transformator satu fasa dan transformator tiga fasa.
f. Kegunaan.
f.1. Trafo
tegangan, untuk sistem transmisi dan distribusi
f.2. Auto
transformer, belitan primer dan sekunder menjadi satu.
f.3. Trafo
pengaman, untuk menurunkan tegangan sehingga tidak membahayakan pekerja.
f.4. Trafo
pengukuran. Untuk keperluan instrumentasi yang menggukan komponen elektronika
dengan degangan yang sangat rendah.
2.2.2. Proteksi Trafo
Daya.
Pemasangan peralatan untuk melindungi trafo daya adalah
penting mengingat peranan-peranan trafo dalam sistem distribusi tenaga listrik.
Ada beberapa
peralatan yang biasa digunakan untuk melindungi trafo daya, yaitu :
a. Pengaman beban
lebih.
Pembebanan yang berlebihan akan berakibat naiknya temperature
transformer. Ada
batas kenaikan temperature yang masih bisa ditoleransi suatu transformer daya.
Apabila temperature transformer melebihi batas suhu maksimum yang
diperbolehkan, maka akan berakibat rusaknya isolasi, konstruksi inti dan
kumparan transformer. Contoh pengaman beban lebih adalah cairan indikator suhu
dan relay suhu.
b. Pengaman arus
hubung singkat.
Pengaman arus hubung singkat ini harus dapat bekerja dengan
cepat untuk meminimalkan kerusakan yang timbul seperti kerusakan mekanis.
Kerusakan akibat kenaikan temperature yang ekstrim akan mengikuti peristiwa
masuknya arus hubung singkat ke dalam rangkaian trafo. Contoh pengaman arus
hubung singkat adalah relay diferensial dan relai arus lebih.
c. Pengaman Tegangan
Lebih.
Pengaman terhadap tegangan lebih ini sangat diperlukan karma
akan muncul tegangan sisa akibat switching dan sambaran petir. Maka dipasang
arrester untuk pengaman tegangan lebih.
SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER
Di
Indonesia, system jaringan distribusi primer dikenal dengan Saluran Udara
Tegangan Menengah (SUTM) 20 kV. Saluran ini menyalurkan tenaga listrik dari
gardu induk distribusi (Distribution Substation) menuju konsumenyang terlebih
dahulu diturunkan tegangannya menjadi 220 / 380 Volt oleh transformer
distribusi 20 kV / 220 – 380 Volt. Di dalam mendesain suatu system jaringan
distribusi primer harus bisa menaggung beban
hingga batas maksimum. Oleh karena itu disesuaikan dengan perkembangan
beban. Batas maksimum tergantung dari kapasitas trafo daya, kemampuan saluran
penghantar dan kerugian tegangan (disipasi teganga) yang diijinkan antara sisi
pengirim dan sisi penerima.
Klasifikasi
jaringan distribusi primer sebagai berikut.
2.3.1. Jaringan
Distribusi Primer Menurut Konstruksi Konduktor.
Jaringan distribusi SUTM 20 kV di sebagian
wilayah Jakarta
umumnya masih menggunakan konstruksi kawat, yaitu saluran yang konduktornya
tidak dilapisi isolasi sebagai pelindung luar (telanjang). Typt konstruksi
demikian hanya diperuntukan pada pasangan luar (out door) yang
diharapkan terbebas dari sentuhan, misalnya untuk pasangan overhead.
Untuk jenis kabel, yaitu saluran yang konduktornya dilindungi (dibungkus)
lapisan isolasi, biasanya jarang digunakan kecuali pada permintaan khusus
seperti komplek perumahan real estate dan daerah perkantoran elite di kawasan
Sudirman-Thamrin karena diletakkan di dalam tanah (underground) atau
karena ada benda yang menghalangi (pohon besar, rumah susun yang berhimpitan
dengan jaringan SUTM 20 kV, jembatan atau jalan tol dan sebagainya).
2.3.2
Jaringan Distribusi Primer Menurut Tempat Peletakannya
Peletakan di udara (over head) menjadi pilihan PT.
PLN, dimana jaringan ini digunakan di udara bebas dengan bantuan tiang-tiang
penyangga baik menggunakan konduktor penghantar kawat maupun kabel (keadaan
khusus). Untuk penghantar kawat digunakan isolator atau crossarm.
Sedangkan konduktor kabel cukup menggunakan klem-klem. Beberapa tempat
menggunakan konstruksi bawah tanah (under ground) yang menggunakan
penghantar kabel tanah (ground cable) dan untuk konstruksi bawah laut (submarine)
yang digunakan di Selat Madura maupun Selat Bali
tidak untuk SUTM tetapi SUTT atau SUTET.
2.3.3. Jaringan
Distribusi Primer Menurut Susunan Peletakannya (Konfigurasi).
Konfigurasi yang digunakan PT. PLN Jakarta Raya ada tiga
macam, yaitu :
a.
Konfigurasi vertikal, yaitu bila di antara ketiga
saluran fasa pada sistem tiga fasa (R, S, T) saling membentuk garis vertikal
(tegak lurus bidang tanah, sejajar dengan posisi tiangnya). Dan dalam
perkembangan ada konfigurasi vertikal dan delta.
b.
Konfigurasi horizontal, bila diantara ketiga saluran
fasanya saling membentuk garis lurus horizontal, sejajar dengan permukaan
tanah. Dimana konfigurasi horizontal ini ada dua macam yaitu konfigurasi
horizontal tanpa perisai pelindung dan konfigurasi horizontal dengan perisai
pelindung.
c.
Konfigurasi segitiga atau delta ketiga fasanya
membentuk bidang segitiga.
Peletakkan kabel terisolasi pada sisi tegangan rendah
dengan diletakkan di atas cable tray menjadi pilihan Gedung Mal Artha
Gading karena sesuai dengan kebutuhan dan kondisi medan yang indoor. Cable tray
digantungkan pada pelat-pelat beton strukturdengan lebar tray
disesuaikan dengan diameter dan jumlah kabel yang digunakan. Untuk penghantar
kawat digunakan jenis kabel NYY single core type dengan diameter
berfariasi antara 1 x 120 mm2 hingga 1 x 400 mm2.
Beberapa kabel menggunakan kabel tahan panas untuk kebutuhan sistem fire. Untuk
sistem bawah tanah yang digunakan untuk instalasi kabel taman, kabel ditanam
dalaqm tanah dengan menggunakan kabel tanah tegangan rendah jenis NYFGBY.
Konfigurasi jaringan distribusi primer pada dasarnya hanya
dipengaruhi dan ditentukan oleh situasi medan
dimana jaringan tersebut dipasang.
2.3.4.
Jaringan distribusi Primer Menurut Bahan Konduktornya.
Bahan konduktor yang paling populer digunakan adalah tembaga
(copper) dan alumunium. Tembaga mempunyai kelebihan dibandingkan dengan
kawat penghantar alumunium karena konduktifitas dan kuat tariknya lebih tinggi.
Tetapi kelemahannya ialah, untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat
daripada alumunium, dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar
alumunium telah menggantikan kedudukan tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik
dari kawat alumunium digunakan campuran alumunium (alumunium alloy).
Oleh karena itu ada beberapa macam jenis konduktor, yaitu :
a.
AAC (All Alumunium conductor)
Kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium.
b.
AAAC (All Alumunium Alloy Conductor)
Kawat penghantar yang terbuat dari campuran alumunium
c.
ACSR (All Conductor Steel Reinforced)
Kawat penghantar alumunium berinti kawat baja.
d.
ACAR (All Conductor Alloy Reinforced)
Kawat penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam
campuran.
2.3.5.
Jaringan Distribusi Primer Menurut Susunan
Rangkaiannya.
2.3.5.1.
Sistem Radial.
Tipe ini merupakan bentuk yang paling sederhana dari semua
jenis sistem jaringan distribusi lainnya. Penyalurannya secara radial dari
penyulang gardu induk hingga konsumen (baik SUTM maupun SUTR). Namun
kemungkinan terjadinya padam sangat besar, yang biasanya disebabkan oleh
gangguan trafo distribusi atau salurannya. Nilai drop tegangan sangat besar,
terutama pada saluran yang jauh dari penyulangnya. Maka untuk jenis ini dipakai
di daerah pedesaan atau daerah beban yang tidak membutuhkan kontinuitas tenaga
yang tinggi.
a.
Radial Murni
Sistem ini merupakan dasar di mana setiap saluran dari titik
sumber dan berakhir di setiap titik beban. Antara titik sumber dan titik beban
hanya ada satu jalur penghubung. Terlihat pada gambar di bawah ini,
b. Radial Pohon
Sistem
ini hamper sama dengan radial murni, namun pada radial pohon hanya ada satu
saluran utama (main feeder) keluar
dari penyulang gardu induk. Kemudian bercabang-cabang (lateral feeder), dan bercabang-cabang lagi (sub-lateral feeder) hingga ke beban atau konsumen.
Maka
dari feeder harus mempunyai kapasitas
beban total dari lateral feeder dan sub-lateral feeder. Terlihat pada gambar di
bawah ini.
c. Radial Dengan Tie
dan Switch Pemisah (Radial Interkoneksi)
Tipe ini merupakan modifikasi yang lebih menguntungkan,
terutama dalam hal kontinuitas tenaga listrik yang disalurkan ke konsumen.
Antara sistem penyulang radial yang satu dengan yang lainnya dipasang tie atau
switch pemisah (Load Break Switch),
yang fungsinya sebagai penghubung ketika suatu misal penyulang radial A
gangguan bias dimanuver atau disupply dari penyulang radial B atau C lihat
gambar di bawah :
d. Radial Pusat
Beban
Pada dasarnya tipe ini merupakan radial murni, namun titik
sumbernya tidak terletak di titik pusat beban. Dan antara titik sumber
(pembangkit) dengan suatu titik dimana dianggap sebagai pusat beban dihubungkan
dengan feeder utama yang dinamakan express feeder.
e. Radial Daerah
Fasa
Beban pada sistem ini hanya disupply oleh salah satu
fasa saja, yaitu R, S atau T seperti terlihat pada gambar di halaman berikut.
Dan dihapakan pada sistem ini tidak terjadi perkembangan pada beban-beban yang
tersambung. Karena perkembangan beban pada tiap fasa tidak akan sama sehingga
mengakibatkan tidak simetrisnya fasa pada sumber. Sehingga sistem ini cocok
untuk beban rumah tangga yang tidak mengalami perkembangan kapasitas bebannya.
Sistem
Ring (Loop )
Bentuk jaringan dari sistem ring (loop) merupakan
rangkaian tertutup dan seperti cicin (ring). Dengan menggunakan sistem
ini, beban bias disupply dari dua penyulang jika salah satu saluran
mengalami ganguan. Sehingga kontinuitas penyaluran tenaga listrik lebih baik
dari sistem radial dan panjang jaringan yang ditanggung oleh dua penyulang
tersebut bias lebih pendek, sehingga voltage dropnya semakin kecil.
Gambar di halaman berikut menunjukkan sistem open loop.
Sistem ini terdiri atas dua jenis, yaitu:
a.
Sistem Open Loop
Pada tipe ini, dilengkapi dengan saklar yang normaly open
(NO) diantara saluran penyulang yang satu dengan saluran penyulang lainnya.
b.
Sistem Close Loop .
Pada tipe ini, dilengkapi dengan saklar Normaly Close (NC).
Sistem Mesh
Sistem ini menyediakan banyak pilihan saluran dan sumber.
Jadi, tidak hanya salurannya yang lebih dari satu, tetapi sumbernya juga lebih
dari satu. Tipe ini lebih baik daripada radial ataupun loop. Spesifikasi
tipe ini adalah:
a.
Kontinuitas penyaluran daya paling terjamin.
b.
Kualitas tegangan baik, dan rugi daya pada saluran amat
kecil.
c.
Dibanding dengan bentuk dan tipe lain, paling fleksibel
dalam melayani perkembangan dan pertumbuhan beban.
d.
Memerlukan biaya investasi yang mahal.