bab 3 komponen sdtl 2015
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
1/14
BAB III KOMPONEN SISTEM
DISTRIBUSI TENAGA
LISTRIK
3.1 Pendahuluan
Berdasarkan salah satu permasalahan pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik
(SDTL), yaitu jumlah komponen pendukung sistem sangat banyak dan tersebar ke tiap
daerah layanan. Hal ini memerlukan perhatian khusus pada saat perencanaan,
pemasangan, pengoperasian, perbaikan, pengamanan, dan analisis sistem. Semakin luas
daerah layanan sistem, akan memerlukan jumlah komponen yang banyak. Demikian pula
untuk meningkatkan mutu layanan pada konsumen diperlukan pula banyak komponen
pendukung sistem.
Komponen SDTL adalah seluruh peralatan listrik yang bekerja saling mendukung
memberikan daya langsung ke konsumen, mulai dari transformator distribusi sampai
jaringan tegangan rendah di titik konsumen. Komponen SDTL terdiri dari ;
1. Transformator Distribusi
2. Circuit Breaker (CB) atau Pemutus Tenaga (PMT)
3. Disconnection Switch (DS) atau Pemisah (PMS)
4. Bus bar
5. Feeder (penyulang)
6. Recloser atau Penutup Balik Otomatis (PBO)
7. Automatic Line Sectioanaliser (ALS)
8. Fuse Cut Out (fuse CO)
9. Load Break Switch (LBS)
10. LA
11. Kapasitor shunt
12. Transformator Tiang
13. Isolator Keramik/Porselin
14. Kabel tegangan rendah
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
2/14
Bab III Komponen SDTL 20
SDTL
3.2 Gardu Induk Distribusi
Gardu Induk Distribusi (Distribution Substation) adalah gardu induk yang
memisahkan antara subsistem tegangan tinggi (150 kV) menjadi tegangan menengah (20
kV) menggunakan trafo step down (penurun tegangan).
Fungsi gardu induk distribusi ini adalah :
1. Penurun tegangan, dari tegangan tinggi menjadi tegangan menengah (20 kV)
2. Menyediakan peralatan proteksi untuk memproteksi transformator, bus dan
saluran
3.
Tempat melakukan monuver jaringan dengan kombinasi CB dan DC
4. Tempat pengukuran dan pengontrolan.
Gambar 3.1 Gardu Induk Distribusi
Secara umum gardu induk memiliki beberapa peralatan penting, yaitu: trafo daya,
CB, DS, buses dan isolator, reaktor pembatas arus, reaktor shunt, trafo arus (CT), trafo
tegangan (PT), trago tegangan kapasitor, kapasitor terkopling, kapasitor seri, kapasitor
shunt, sistem pentanahan, lihgtning arrester (LA) dan/atau selah, line traps (LT), relay-
relay proteksi, station baterai, dll.
Susunan secara elektrik dan fisik peralatan switch dan bus pada level tegangan
subtransmisi ditentukan berdasarkan pemilihan bentuk gardu induk. Pemilihan
konfigurasi gardu induk juga didasarkan atas beberapa hal, yaitu; keamanan, keandalan,
ekonomi, keringkasan, ketersediaan lahan, dll. Secara umum bentuk konfigurasi gardu
induk terdiri dari;
a) Bus tunggal,
b) Bus ganda Breaker ganda (ganda utama),
c) Bus utama dan bus transfer,
d) Bus ganda breaker tunggal,
e) Bus ganda Breaker tunggal,
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
3/14
Bab III Komponen SDTL 21
SDTL
f) Ring Bus,
g) Satu setengah Breaker
Gambar konfigurasi Bus-Breaker pada Gardu induk dapat dilihat pada Gbr 3.2
3.7.
Gambar 2.2. Bus tunggal Breaker Tunggal Gambar 2.3. Bus ganda Breaker
ganda
Gambar 2.4. Bus utama dan Bus transfer Gambar 2.5. Bus ganda Breaker
tunggal
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
4/14
Bab III Komponen SDTL 22
SDTL
Gambar 2.6. Ring Bus Gambar 2.7. Satu-Setengah Bus
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
5/14
Bab III Komponen SDTL 23
SDTL
Tabel 3.1 Kelebihan dan kerugian bentuk konfigurasi peralatan switch dan bus.
Bentuk Keuntungan Kerugian
Bus Tunggal - Biaya rendah - Gangguan bus/breaker menyebabkan
kekagagalan gardu
- Kesulitan pada saat perbaikan
- Sulit memperluas tanpa off gardu
- Tidak dapat manuver jaringan
Bus ganda
Breaker ganda
- Setiap rangkaian memiliki 2 breaker
- Fleksibel manuver jaringan
- Pemeliharaan tanpa padam
- Keandalan tinggi
- Sangat mahal
- Setengah jaringan padam jika breaker tidak
terhubung ke kedua bus
Bus utama dan bus
transfer
- Biaya awal dan biaya ultimate rendah
- Beberapa breaker dapat diperbaiki
tanpa pemadaman
- Peralatan Tegangan untuk relay
digunakan pada bus utama
- Memerlukan breaker tambahan pada bus
penghubung
- Switching akan sempurna ketika perbaikan
breaker
- Gangguan bus / breaker memadamkan salah
satu input gardu
Bus ganda
Breaker tunggal
- Beroperasi menggunakan 2 bus
- Bus utama dapat diisolasi- Rangkaian cepat ditransfer dari
satu bus ke bus lainnya
- Breaker tambahan pada bus penghubung
- Empat switch diperlukan oleh jaringan- Proteksi bus akan gagal jika semua
rangkaian terhubung ke bus
- Ledakan besar saat gangguan bus
- Gangguan breaker saluran menyebabkan
semua rangkaian yang terhubung ke bus
akan padam
- Breaker bus penghubung gagal akan
menggagalkan pelayanan masukan bus
Ring Bus - Biaya awal dan ultimate rendah
- Pengoperasian fleksibel pada
perbaikan breaker
- Beberepa breaker dapat dilepas tanpa
pemadaman beban- Memerlukan satu breaker tiap
rangkaian
- Tidak menggunakan bus utama
- Tiap rangkaian dilayani oleh 2 breaker
- Semua switching dilakukan
menggunakan breaker
- Jika gangguan/perbaikan breaker, ring dapat
menjadi 2 bagian
- Penutupan kembali otomatis dan proteksi
relay rangkaian lebih kompleks
- Jika menggunakan relay tunggal, rangkaiandilepas saat perbaikan relay
- Memerlukan peralatan tegangan pada semua
rangkaian
- Jika breaker gagal saat gangguan akan
menyebabkan satu rangkaian gangguan pula
Satu setengah
Breaker
- Pengoperasian sangat fleksibel
- Keandalan tinggi
- Kegagalan breaker akan menyebabkan
satu breaker beroperasi
- Pengoperasian sederhana; operasi
normal tidak perlu DS
- Tiap bus utama dapat dioffkan
- Kegagalan bus tidak menyebabkan
rangkaian padam
- Memerlukan 1,5 breaker per-rangkaian
- Relay dan recloser automatik harus lebih
diperhatikan.
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
6/14
Bab III Komponen SDTL 24
SDTL
3.3 Transformator
Transformator atau trafo adalah suatu mesin listrik statis yang digunakan untuk
mentransformasi daya dari suatu rangkaian kerangkaian lain melalui kopel induksi
elektromagnetik tanpa mengubah frekuensi. Transformator dapat dikategorikan
berdasarkan tujuan, konstruksi, dll. Transformator dapat dibagi 2 jenis, yaitu;
1. Transformator Daya / Tenaga
2. Transformator Instrumen ( Pengukuran dan Proteksi)
Trafo dapat juga dibedakan menjadi:
a. Trafo Step Up dan Trafo Step Down, hal ini didasari kegunaan trafo untuk
menaikkan tegangan atau untuk menurunkan tegangan. Misalnya trafo pada
pembangkit yang memerlukan penaikan tegangan untuk mentransmisikan
daya listrik atau trafo pada GI Distribusi yang berfungsi menurunkan tegangan
dari tegangan tinggi menjadi tegangan menengah (150/20 kV)
b. Trafo Tiga phase dan trafo satu phase digunakan pada sistem tiga phase dan
hanya memanfaatkan satu phase.
c. Trafo dua belitan dan trafo autotransformer, secara umum perbandingan trafo
antara tegangan tinggi dan tegangan rendah adalah lebih dari 2. Jika
perbandingan ini kurang dari dua dan perubahannya sangat kecil maka
digunakan autotrafo.
d. Trafo pasangan luar dan trafo pasangan dalam. Hal ini didasari tempat
pemasangan trafo tsb apakah di dalam ruang atau di luar ruangan dengan berbagai
konsekuensinya.
Transformator pada SDTL menggunakan trafo step down, yaitu trafo pada gardu
induk distribusi bertegangan 150/20 kV dan trafo distribusi pada saluran distribusi
primer bertegangan 20.000/380 Volt. Umumnya trafo yang digunakan adalah trafo
pasangan luar dan trafo tiga phasa.
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
7/14
Bab III Komponen SDTL 25
SDTL
3.4 Jaringan Tegangan Menengah
Jaringan tegangan menengah (20 kV) adalah jaringan distribusi primer dimulai
dari bus sampai melayani trafo distribusi (20.000/380 V). Jaringan ini menggunakan
saluran udara tegangan menengah (SUTM) atau saluran kabel tegangan menengah
(SKTM). SUTM menggunakan konduktor telanjang (kawat) seperti AAAC 75 mm2, 100
mm2 atau 150 mm2, dan menggunakan tiang penyanggah serta isolator keramik/porselin.
Sedang SKTM menggunakan konduktor berisolasi (kabel) dan dipasang dalam tanah.
Bentuk konfigurasi jaringan tegangan menengah ini, adalah;
1. Bentuk radial 2. Bentuk spindel 3. Bentuk mayang
4. Bentuk paralel 5. Bentuk loop 6. Bentuk jaring
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
8/14
Bab III Komponen SDTL 26
SDTL
Gambar 3.8 Saluran Distribusi Primer berbentuk Radial
(memiliki ekspress feeder dan backfeed)
Gambar 3.9 Saluran Distribusi Primer berbentuk Loop
Feeder atau penyulang adalah konduktor yang menghantarkan daya listrik dari
bus menuju transformator distribusi. Tegangan kerja penyulang 20 kV menggunakan
sistem tiga phasa tiga kawat. Gambaran salah satu penyulang sistem distribusi listrik di
kota Mataram NTB yaitu penyulang Gunungsari ditunjukan pada tabel 2.
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
9/14
Bab III Komponen SDTL 27
SDTL
Tabel 2. Karakteristik Penyulang Gunungsari
Tegangan kerja 20 kV
Beban puncak 5100 kW
Arus puncak 173 A
Power faktor 0,9 lagging
Jumlah konsumen .... konsumen
Panjang Penyulang utama 12,44 km
Panjang total penyulang ... km
Luas daerah cakupan ... km2
Konduktor utama AAAC 3 x 150 mm2
Konduktor cabang AAAC 3 x 95 atau 3 x 70 mm2
Kapasitas trafo 50, 100, 160, 200, 250 kVA
Jumlah trafo distribusi 45 Buah
Gambar 3.10 Sistem Kelistrikan Lombok (diagram saluran tunggal)
Pada beberapa daerah yang memiliki sistem kelistrikan kecil hanya memiliki
sistem distribusi tenaga listrik. Pada sistem ini, daya keluaran pembangkit langsung
dinaikkan tegangannya menjadi tegangan distribusi (20 kV). Salah satu sistem kelistrikan
seperti ini adalah sistem kelistrikan Lombok, NTB. Gambar 10. memperlihatkan diagram
garis tunggal sistem kelistrikan Lombok.
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
10/14
Bab III Komponen SDTL 28
SDTL
Bentuk saluran distribusi dapat dijelaskan lebih mendalam, yaitu:
1. Bentuk Radial
Tipe ini merupakan bentuk yang paling sederhana dan banyak digunakan, tetapi
hanya memiliki 1 sumber dan tidak memiliki sumber alternatif lain. Kondisi
demikian mengakibatkan pemadaman total pada seluruh beban apabila terjadi
gangguan pada sumber, karena tidak adanya sumber lain yang menjadi back-up.
Oleh karena itu, tipe ini cocok diterapkan pada beban-beban kelas rumah tangga
dan listrik pedesaan pada umumnya yang tidak menuntut kontinuitas penyaluran
daya listrik dengan tingkat keandalan yang tinggi.
Secara umum jaringan distribusi primer dengan bentuk radial memiliki ciri-ciri :
a) Bentuknya paling sederhana dibandingkan dengan bentuk yang lain.
b)
Biaya investasinya paling murah, karena saluran yang menuju ke tiapbeban hanya tersedia satu jalur.
c) Kualitas pelayanan (penyaluran daya) kurang andal apabila dibandingkan
dengan tipe-tipe yang lain, dikarenakan drop tegangan dan rugi-rugi daya pada
saluran distribusi relatif besar.
d)
Kontinuitas penyaluran daya kurang terjamin, karena hanya memiliki satu
sumber dan tidak ada sumber lain yang berfungsi sebagai back-up.
Peralatan pendukung terutama pengaman pada bentuk radial ini biasanya berupa
fuse, recloser, sectionalizer(AVS), atau alat pemutus beban lainnya yang
berfungsi melokalisir daerah pemadaman pada saat terjadi gangguan.
Dalam perkembangannya, bentuk ini mengalami beberapa modifikasi yaitu :
i) Bentuk Radial Pohon
Bentuk ini mirip dengan bentuk radial murni. Bentuk radial pohon terdiri atas satu
saluran utama yang bercabang-cabang menuju ke setiap titik beban, dan setiap
titik beban hanya dilayani oleh satu cabang saluran.
ii) Bentuk Radial Daerah Fasa
Bentuk ini berlaku untuk sistem 3 fasa, dimana terdapat tiga saluran utama, dan
masing-masing saluran utama menyalurkan suplay listrik satu fasa kepada
pelanggan yang terdapat dalam satu daerah.
Kelemahan dari tipe ini yaitu tidak dapat memenuhi kebutuhan pelangggan akan
fasilitas suplaytiga fasa, selain itu bila ternyata kapasitas daya beban dari masing-
masing daerah beban tidak sama atau berbeda jauh, maka akan terjadi kondisi
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
11/14
Bab III Komponen SDTL 29
SDTL
pembebanan yang tidak simetris terhadap sumbernya. Oleh karena itu, tipe ini
cocok diterapkan pada daerah-daerah beban yang sudah jenuh dan tidak lagi
mengharapkan adanya penambahan beban.
iii) Bentuk Radial Dengan Tie SwitchPemisah
Tipe ini merupakan modifikasi dari tipe radial yang membagi kelompok beban
menjadi beberapa area beban. Diantara beban-beban ini dipasang tie switch
pemisah yang berfungsi sebagai penghubung pada saat diperlukan untuk
mempercepat pemulihan pelayanan (darurat) bagi konsumen pada saat terjadi
gangguan, dengan cara menghubungkan area terganggu ke area tak terganggu
melewati feeder-feeder terdekat disekitarnya. Sedangkan beban yang feedernya
terganggu dilokalisir agar tidak harus terjadi pemadaman total.
iv) Bentuk Radial Pusat Beban
Tipe ini pada dasarnya adalah tipe radial murni, tetapi sumbernya tidak terletak
dititik pusat beban, dan antara titik sumber (pembangkit) dengan suatu titik
dimana dianggap sebagai pusat beban dihubungkan oleh feeder utama yang
disebut expressfeeder
2. Bentuk Ring
Tipe ini merupakan rangkaian tertutup (closeLoop) berbentuk ring(cincin), yang
memungkinkan titik-titik beban dapat dilayani dari dua jalur saluran, sehingga
kontinuitas penyaluran daya lebih baik dari tipe radial. Tipe ini cocok diterapkan
pada daerah daerah dengan tingkat kerapatan beban yang cukup besar, seperti
kawasan industri dan komersil yang memerlukan kontinuitas penyaluran daya
dengan tingkat keandalan yang tinggi. Secara umum, jaringan distribusi primer
bentuk ringmemiliki ciri-ciri:
a. Biaya investasi cukup tinggi.
b. Kontinuitas pelayanan (penyaluran daya) lebih baik apabila dibandingkan
dengan bentuk radial.
c. Drop tegangan yang terjadi pada saluran distribusi relatif kecil, karena adanya
kondisi dimana suatu beban disuplaydari dua jalur saluran.
d. Untuk perluasan cukup baik.
Tipe ini umumnya dilengkapi dengan pengaman-pengaman yang bekerja secara
otomatis (recloser, AVS) yang memungkinkan gangguan dapat dilokalisir dengan
cepat agar sistem tidak terganggu, selanjutnya daerah yang terganggu dapat
beroperasi kembali dalam waktu yang relatif singkat.
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
12/14
Bab III Komponen SDTL 30
SDTL
3.
Bentuk Mesh
Tipe ini menyediakan lebih banyak lagi saluran pilihan bila terjadi gangguan pada
salah satu saluran. Fasilitas pilihan lebih dari satu tidak hanya pada salurannya
saja, tetapi juga pada sumbernya, dimana sumber yang tersedia lebih dari satu.
Disinilah perbedaan mendasar antara tipe ring dan mesh. Apabila pada tipe ring
tersedia saluran ganda, namun hanya memiliki satu sumber, maka pada tipe mesh
baik saluran maupun sumber tersedia lebih dari satu. Sistem ini disebut juga
sistem interkoneksi, karena disupply oleh beberapa sumber yang saling
berhubungan dan membentuk mesh(jaring).
Tipe ini memiliki tingkat keandalan yang sangat baik, cocok diterapkan pada kelas
beban yang memiliki nilai ekonomis tinggi, atau kelas beban yang sifatnya vital
(tidak boleh terganggu kontinuitasnya), seperti pusat sarana komunikasi, instalasi
militer dan rumah sakit.
Secara umum, jaringan distribusi primer dengan bentuk mesh memiliki ciri-ciri :
a. Memerlukan biaya investasi yang sangat tinggi.
b. Kontinuitas penyaluran daya terjamin.
c. Kualitas tegangannya baik, dan rugi-rugi daya pada saluran sangat kecil.
d. Fleksibel, dalam arti dapat mengikuti pertumbuhan dan perkembangan
beban.
e. Memerlukan perencanaan koordinasi yang rumit.
4.
Bentuk Spindel
Tipe ini memanfaatkan dua komponen pendukung utama, yaitu gardu induk dan
gardu hubung. Merupakan pola khusus yang ditandai dengan ciri adanya sejumlah
kabel keluar dari suatu gardu induk yang disebut dengan outgoingmenuju ke arah
suatu titik temu yang disebut gardu hubung. Pada tipe spindel tidak terdapat
percabangan, sehingga semua saluran dipasang sedemikian rupa agar dapat
mencapai gardu hubung secara langsung. Selain saluran utama, juga terdapat
sebuah saluran cadangan yang biasa disebut saluran express, yang berfungsi
sebagai cadangan bila terjadi gangguan pada saluran utama.
Secara umum jaringan distribusi primer dengan bentuk spindel memiliki ciri-ciri :
a. Kontinuitas penyaluran tenaga listrik cukup terjamin. Pemisahan saluran
yang terganggu tidak mengganggu kontinuitas penyaluran tenaga listrik.
b. Kualitas tegangannya lebih baik, rugi daya pada saluran relatif kecil.
c. Fleksibel dalam mengikuti pertumbuhan dan perkembangan beban.
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
13/14
Bab III Komponen SDTL 31
SDTL
d. Memerlukan biaya investasi yang cukup mahal.
e. Memiliki gardu refleksi.
f.
Pada kondisi normal karakteristik sama dengan jaringan radial biasa.
3.5
Pertanyaan dan Tugas
a. Pertanyaan
1. Sebutkan komponen-komponen SDTL?
2. Sebutkan fungsi Gardu Induk Distribusi?
3. Apa saja komponen SDTL dalam Gardu Induk (GI)?
4. Secara fisik dan elektrik, sebutkan jenis hubungan switch dan breaker pada GI?
5. Apakah perbedaan bus ganda breaker tunggal dan bus ganda breaker ganda?
6. Apa fungsi transformator pada SDTL?
7. Sebutkan komponen dasar trafo distribusi?
8. Sebutkan jenis-jenis konfigurasi saluran distribusi primer?
9. Apakah kelebihan jenis konfigurasi spindel dan mayang?
b. Tugas
Setiap mahasiswa mencari data salah satu feeder (penyulang) pada Sistem
Kelistrikan Lombok, NTB. Data tersebut disusun sehingga memberikan gambaran
karakteristik penyulang. Karakteristik tersebut ditambahkan pula data komponen danjenisnya yang terdapat pada penyulang tersebut. Nama penyulang di system Lombok
antara lain;
1. Penyulang Gunungsari
2. Penyulang Perumnas
3. Penyulang Cemara
4. Penyulang Kediri
5. dll
Daftar Pustaka
1. Kersting, William H., 2001,Distribution System Modeling and Analysis, CRC
Press
2. Gonen, T. , 1987,Electric Power Distribution System Engineering, McGrow-Hill.
3. Data single line diagram Sistem Kelistrikan Lombok
-
7/24/2019 Bab 3 Komponen SDTL 2015
14/14
Bab III Komponen SDTL 32
SDTL
Catatan Kuliah