SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

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

                  Ada berbagai macam jenis transformator berdasarkan letak kumparan terhadap inti, perbandingan transformasi, konstruksi transformator, jenis fasategangan dan kegunaan.

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.

Ada beberapa jenis transformator berdasarkan kegunaan dalam ilmu kelistrikan, Yaitu :

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.