BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum
Secara garis besar, sistem
tenaga listrik dapat menjadi tiga bagian utama yaitu sistem pembangkit, sistem
transmisi, dan sistem distribusi. Dimana fungsi dari sistem pembangkit untuk
pembangkitan tenaga listrik yang selanjutnya disalurkan melalui transmisi
menuju GI dan sistem distribusi yang berfungsi menyalurkan daya listrik dari pembangkit
ke konsumen.
2.1.1.Defenisi Daya
Dasar
perhitungan untuk menentukan beberapa besar kapasitas dari peralatan listrik
yang akan memikul macam beban berupa daya aktif, daya reaktif, dan daya semu.
Daya adalah hasil kali antara tegangan dan arus serta dipengaruhi oleh faktor
kerja ( cos Ø ), dapat dijelaskan sebagai berikut.
a.
Daya Aktif
Daya
aktif adalah daya yang digunakan untuk energi kerja sebenarnya. Daya inilah
yang dikonversikan menjadi energi tenaga (mekanik), cahaya atau panas. Daya
aktif ini dapat ditulis pada persamaan berikut :
P
= Vn x I.Cos Ø (
2.1 )
Untuk tiga fase,
P
=
xVn x
I.Cos Ø (
2.2 )
Dimana,
P = Daya aktif Dengan Satuan
Watt.
Vn = Tegangan Nominal Dengan
Satuan Volt.
I = Arus Dengan Satuan Ampere.
b. Daya
Reaktif
Daya reaktif adalah selisih antara
daya semu yang masuk pada suatu pengantar itu sendiri. Daya reakatif ini hanya
untuk tujuan magnetisasi. Daya reaktif dapat ditulis pada persamaan berikut :
Q
= Vn x I.Cos Ø (
2.3 )
Untuk tiga fase,
Q
=
xVn x
I.Cos Ø (
2.4 )
Dimana,
Q = Daya aktif Dengan Satuan
Watt.
Vn = Tegangan Nominal Dengan
Satuan Volt.
I = Arus Dengan Satuan Ampere.
c.
Daya Semu
Daya semu adalah daya listrik yang
melalui suatu penghantar transmisi atau distribusi yang merupakan jumlah secara
vektoris daya aktif dan daya reaktif. Daya semu dapat ditulis pada peersamaan
berikut :
S
= Vn x I.Cos Ø (
2.5 )
Untuk tiga fase,
S
=
xVn x
I.Cos Ø (
2.6 )
Dimana,
S = Daya aktif Dengan Satuan
Watt.
Vn = Tegangan Nominal Dengan
Satuan Volt.
I = Arus Dengan Satuan Ampere.
Defenisi fektor kerja adalah cosinus
antara fektor daya aktif dengan daya semu, hubungan daya aktif, daya reaktif,
dan daya semu dapat ditinjau seperti gambar 2.2 berikut ini :
S
Ø
P
Gambar
2.1 Segitigaa Daya
Dimana :
P = Daya Aktif Dengan Satuan Watt
Q = Daya Reaktif Dengan Satuan VAR
S = Daya Semu Dengan Satuan VA
2.2. Gardu
Induk (GI)
Pada bagian ini jika sistem
pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara langsung, maka bagian pertama
dari sistem distribusi tenaga listrik adalah Pusat Pembangkit Tenaga Listrik
dan umumnya terletak di pingiran kota. Untuk menyalurkan tenaga listrik ke
pusat-pusat beban (konsumen) dilakukan dengan jaringan distribusi primer dan
jaringan distribusi sekunder.
Jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan
secara tak langsung, maka bagian pertama dari sistem pendistribusian tenaga
listrik adalah Gardu Induk yang berfungsi menurunkan tegangan dari jaringan
transmisi dan menyalurkan tenaga listrik melalui jaringan distribusi primer.
2.2.1. Jaringan Distribusi Primer
Jaringan
distribusi primer merupakan awal penyaluran tenaga listrik dari Gardu Induk (
GI ) ke konsumen untuk sistem pendistribusian langsung. Sedangkan untuk sistem
pendistribusian tak langsung merupakan tahap berikutnya dari jaringan transmisi
dalam upaya menyalurkan tenaga listrik ke konsumen. Jaringan distribusi primer
atau jaringan distribusi tegangan menengah memiliki tegangan sistem sebesar 20
kV. Untuk wilayah kota tegangan diatas 20 kV tidak diperkenankan, mengingat pada
tegangan 30 kV akan terjadi gejala-gejala korona yang dapat mengganggu
frekuensi radio, TV, telekomunikasi, dan telepon.
Sifat
pelayanan sistem distribusi sangat luas dan kompleks, karena konsumen yang
harus dilayani mempunyai lokasi dan karakteristik yang berbeda. Sistem
distribusi harus dapat melayani konsumen yang terkonsentrasi di kota, pinggiran
kota dan konsumen di daerah terpencil. Sedangkan dari karakteristiknya,
terdapat konsumen perumahan dan konsumen dunia industri. Sistem konstruksi
saluran distribusi terdiri dari saluran udara dan saluran bawah tanah.
Pemilihan konstruksi tersebut didasarkan pada pertimbangan sebagai berikut:
alasan teknis yaitu berupa persyaratan teknis, alasan ekonomis, alasan estetika
dan alasan pelayanan yaitu kontinuitas pelayanan sesuai jenis konsumen.
Pada jaringan
distribusi primer terdapat 4 jenis dasar yaitu :
1.
Sistem
radial
Sistem distribusi dengan pola radial
seperti Gambar 2.2 adalah sistem distribusi yang paling sederhana dan ekonomis.
Pada sistem ini terdapat beberapa penyulang yang menyuplai beberapa gardu
distribusi secara radial.
Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial
Dalam
penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen. Gardu
distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang. Bisa dalam
bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari sistem ini adalah
sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain.
Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding
dengan sistem lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat
satu jalur utama yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama
tersebut mengalami gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain
yaitu mutu tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal
ini dikarenakan jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.
2.
Sistem
hantaran penghubung (tie line)
Sistem distribusi Tie Line seperti
Gambar 2.3. umumnya digunakan untuk pelanggan penting yang tidak boleh padam
(Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain-lain).
Sistem
ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan Automatic
Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, dan setiap penyulang
terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu
penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang
lain.
3.
Sistem
loop
Pada
Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti Gambar 2.4.
dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga dengan demikian
tingkat keandalannya relatif lebih baik.
4. Sistem spindel
Sistem Spindel seperti pada Gambar 2.5 adalah suatu pola kombinasi jaringan dari pola
Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang (feeder) yang
tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada
sebuah Gardu Hubung (GH).
Gambar
2.5 Konfigurasi Sistem Spindel
Pada
sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah
penyulang cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu hubung. Pola
spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang
menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM).
Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel
berfungsi sebagai sistem radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari
gardu distribusi yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen
baik konsumen tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM).
2.2.2. Gardu Distribusi atau Trafo Distribusi
Gardu distribusi ( Trafo distribusi ) berfungsi merubah
tegangan listrik dari jaringan distribusi primer menjadi tegangan terpakai yang
digunakan untuk konsumen dan disebut sebagai jaringan distribusi sekunder.
Gambar 2.1 gardu distribusi jenis ting
Kapasitas transformator yang digunakan pada
transformator distribusi ini tergantung pada jumlah beban yang akan dilayani
dan luas daerah pelayanan beban. Gardu distribusi ( trafo distribusi ) dapat
berupa transformator satu fasa dan juga berupa transformator tiga fasa.
2.2.3. Jaringan Distribusi Sekunder
Jaringan
distribusi sekunder atau jaringan distribusi tegangan rendah merupakan jaringan
tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen. Oleh karena itu
besarnya tegangan untuk jaringan distribusi sekunder ini adalah 130/230 V dan
130/400 V untuk sistem lama, atau 380/220 V untuk sistem baru. Tegangan 130 V
dan 220 V merupakan tegangan antara fasa dengan netral, sedangkan tegangan 400
atau 380 V merupakan tegangan fasa dengan fasa.
2.3. Penentuan
Beban
Tujuan pengadaan suatu sistem
distribusi listrik adalah menyediakan konsumen yang memenuhi syarat kwalitas
dan kontiunitas. Dengan mengetahui beban yang akan dilayani pada suatu daerah
tertentu, sehingga dapat ditentukan dengan baik letak dan kapasitas Gardu Induk
yang akan melayani daerah tersebut.
2.4. Klasifikasi
Beban
Umumnya
beban listrik dapat dikalsifikasikan dalam tiga jenis, yaitu :
1. Beban perumahan, yang dapat dibagi dalam :
a. Daerah kota.
b. Daerah pedesaan.
2. Beban komersil, yang dapat dibagi dalam :
a. Daerah pedagangan.
b. Shopping center
3. Beban industr, yang dapat dibagi dalam :
a. Industri besar.
b. Industri kecil.
2.4.1. Beban
Perumahan
Beban
tempat tinggal disini adalah beban yang harus dilayani seluruhnya atau sebagian
besar perumahan penduduk. Beban tempat tinggal dapat terletak di daerah kota
atau di desa dengan keadaan geografis yang berbeda. Beban tempat tinggal yang
harus dilayani tersebut tergantung sekali pada sifat atau kebiasaan disamping
keaddan sosial, ekonomi serta budaya lainnya dari penduduk setempat.
Beban
tempat tinggal pada umumnya terdiri dari peralatan-peralatan seperti lampu
penerang, baik berupa lampu tabung maupun lampu pijar, pesawat televisi ataupun
radio penerima, strika listrik, kompor, lemari es, pengering rambut dan lain sebagainya.
Besarnya beban tempat tinggal ini biasanya sangan bervariasi atau berubah-ubah
dari waktu-kewaktu sesuai dengan kebiasaan atau budaya penduduk setempat dalam
mempergunakan energi listrik, disamping keadaan geografi atau cuaca/iklim dari
daerah tempat tinggal tersebut. Karena besaarnya bebaan sangaat bervariasi dari
waktu-kewaktu maka faktor beban untuk daeraah tempat tinggal ini umumnya
saangat kecil.
2.4.2. Beban
Komersil
Beban komersil adalah beban yang terdiri dari
suatu kelompok perdagangan ataupun shopping
center, umumnya terletak dipusat
kota walaupun aada yang terletak dipinggiran kota. Peralatan listrik yang
digunakan terdiri dari lampu penerangan rumah, toko-toko dan reklame
pasar-pasar serta mesin-mesin kecil. Beban puncak di daerah perdagangan ini
biasanya terjadi pada pagi dan sore hari dimana usaha dagang lagi giatnya.
2.4.3.
Beban Industri
Beban industri ialah beban listrik
yang terdiri dari kelompok beban atau daerah perindustrian atau pabrik. Beban
ini biasanya terpisah dari daerah perumahan rakyat, terletak dipinggir kota
yang berpenduduk jarang. Hal ini dimaksud untuk mencegah bahaya polusi yang
ditimbulkan oleh pabrik-pabrik. Beban yang dilayani selain lampu penerang,
sebagian besar adalah motor-motor listrik yang merupakan peralatan utama dalam
suatu pabrik atau industri. Suatu pabrik atau industri biasanya beroperasi
selama 24 jam penuh dalam satu hari. Ini berarti besar beban didaerah
perindustrian relatif tetap atau konstan, sehingga faktor beban dari suatu
beban industri adalah relatif lebih besar dari pada tempat tinggal dan
komersil.
2.5. Bebrapa
Defenisi
Lebih memudahkan dan mendapatkan satu pengertian dalam uraian selanjutnya,
maka perlu dijelaskan beberapa defenisi yang berhubungan dengan karakteristik
beban, yang sering dijumpai dalam uraian atau pembahasan selanjutnya.
2.5.1. Kebutuhan
(Demand)
Demand suatu sistem adalah beban
rata-rata yang diambil oleh suatu alat dalam suatu selang waktu tertentu. Demand dapat dinyatakan dalam satuan
kilowatt, kilovar, kilovolt-amper, amper atau satuan lainnya yang cocok. Waktu
selama beban rata-rata dinamakan demand interval. Demand interval tertentu berdsarkan pertimbangan tertentu,
konstanta waktu panas dari peralatan-peralatan, atau durasi dari beban.
2.5.2. Kebutuhan
Maksimum
Kebutuhan maksimum dari sebuah sistem kebutuhan terbesar yang terjadi dalam
selang waktu tertentu. Misalnya dapat dinyatakan sebagai permintaan maksimum
harian, mingguan, bulanan, hingga tahunan. Satuannya dinyatakan dalam kilowatt,
kilovar, kilovolt-amper, amper atau satuan lainnya yang cocok.
2.5.3. Faktor
Keragaman ( Deversity Factor )
Faktor keragaman didefenisikan sebagai perbandingan antara jumlah beban
maksimum masing-masing unit beban yang ada pada sistem terhadap beban maksimum
sebagai kesatuan. Bentuk matematik faktor keragaman dapat ditulis sebagai
berikut :
2.5.4.
Faktor Keserempakan
Faktor
keserempakan adalah perbandingan antara jumlah beban maksimum dari suatu
kelompok beban sebagai satu kesatuan terhadap jumlah beban masing-masing
demand, yang diukur pada titik pelayanan yang sama dan waktu yang sama. Faktor
keserempakan dapat dinyatakan sebagai berikut
:
2.5.5. Faktor
Kebutuhan ( DF=Demand Factor )
Faktor
kebutuhan didefenisikan sebagai perbandingan antara beban puncak dengan beban
terpasang dengan kata lain merupakan derajat pelayanan serentak pada saluran
beban terpasang. Beban terpasang adalah jumlah kapasitas dari semua beban
sesuai dengan yang tertera pada papan nama ( name plate ).
2.5.6. Faktor
Beban ( Load Factor )
Faktor
beban adalah perbandingan beban rata-rata selama interval waktu tertentu
terhadap beban puncak yang terjadi pada interval yang sama. Beban puncak yang
masuk adalah beban puncak sesaat atau beban rat-rata dalam interval tertentu (
pemakaian ), yang umumnya terpakai maksimum 15 menit, atau 30 menit, harian,
mingguan, bulanan dan tahunan.
2.7. Perkembangan
Beban
Sangat jarang ditemukan suatu sistem distribusi yang didesain hanya untuk
memenuhi kebutuhan atau melayani beban pada masa kini atau dalam waktu yang
sangat singkat. Hanya untuk hal-hal yang diperkirakan tidak akan terjadi
pertambahan beban, maka sistem distribusi didesain tanpa memperhitungkan
pertumbuhan atau perkembangan beban. Umumnya lebih ekonomis bila didalam
mendesain suatu sistem distribusi memperhatikan perkembangan beban pada masa
yang akan datang. Besarnya kemampuan suatu sistem direncanakan sesuai dengan
kebutuhan.