BAB II SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI 2.1 Petir atau Halilintar Petir atau halilintar adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan di mana di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan biasanya disebut kilat yang beberapa saat kemudian disusul dengan suara menggelegar sering disebut Guruh. Perbedaan waktu kemunculan ini disebabkan adanya perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya. Gambar 2.1 Petir Petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksasa, dimana lempeng pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor adalah sebuah komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat (energy storage). Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan (intercloud), dimana salah satu awan bermuatan negatif dan awan lainnya bermuatan positif.
35
Embed
BAB II SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI - digilib.unimus.ac.iddigilib.unimus.ac.id/files/disk1/132/jtptunimus-gdl-muhammadnu... · Plasma adalah istilah ilmu fisika, ... thermodinamika,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB II
SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI
2.1 Petir atau Halilintar
Petir atau halilintar adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan di mana
di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan biasanya disebut kilat yang beberapa
saat kemudian disusul dengan suara menggelegar sering disebut Guruh. Perbedaan waktu
kemunculan ini disebabkan adanya perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya.
Gambar 2.1 Petir
Petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksasa,
dimana lempeng pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng
kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor adalah sebuah
komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat (energy storage).
Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan (intercloud), dimana salah satu awan bermuatan
negatif dan awan lainnya bermuatan positif.
Petir terjadi karena ada perbedaan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan
lainnya. Proses terjadinya muatan pada awan karena dia bergerak terus menerus secara teratur,
dan selama pergerakannya dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negatif
akan berkumpul pada salah satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif berkumpul
pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan
terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk
mencapai kesetimbangan. Pada proses pembuangan muatan ini, media yang dilalui elektron
adalah udara. Pada saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi
ledakan suara.
Petir lebih sering terjadi pada musim hujan, karena pada keadaan tersebut udara
mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah
mengalir. Karena ada awan bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir juga bisa
terjadi antar awan yang berbeda muatan.
2.1.1 Proses terjadinya Petir
Gambar 2.2 Proses Terjadinya Petir
Teori yang secara luas dapat diterima tentang petir yaitu bahwa awan terdiri dari daerah
bermuatan positif dan negatif. Pusat-pusat muatan ini menginduksikan muatan berpolaritas
berlawanan ke awan terdekat atau ke bumi. Gradien potensial di udara antara pusat-pusat
muatan di awan atau antara awan dan bumi tidak seragam tapi gradient tersebut timbul pada
bagian konsentrasi muatan tinggi. Ketika gradient tegangan tinggi pada titik konsentrasi muatan
dari awan melebihi harga tembus udara yang terionisasi, maka udara di daerah konsentrasi
tekanan tinggi mengionisasi atau tembus (breakdown).
Muatan dari pusat muatan mengalir ke dalam kanal terionisasi, mempertahankan gradient
tegangan tinggi pada ujung kanal dan melanjutkan proses tembus listrik. Sambaran petir ke bumi
mulai ketika suatu muatan sepanjang pinggir awan menginduksikan suatu muatan lawan ke
bumi.
Kemudian akan timbul lidah petir arah bawah menyebar dari awan ke bumi. Begitu lidah
petir mendekati bumi, sambaran kearah atas terbentuk, biasanya dari titik tertinggi disekitarnya.
Bila lidah petir kearah atas dan kearah bawah bertemu, suatu hubungan awan ke bumi terbentuk
dan energi muatan awan dilepaskan ke dalam tanah.
Terdapat beberapa definisi dari petir, antara lain:
a) Fenomena alam yang merupakan Pelepasan muatan elektrostatis yang berasal dari badai
Guntur.
b) Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran cahaya dan radiasi elektromagnetik
lainnya.
c) Arus listrik yang melewati saluran pelepasan muatan tadi dengan cepat memanaskan
udara dan berkembang sebagai plasma yang menimbulkan gelombang bunyi yang
bergetar ( guntur ) di atmosfir
2.1.2 Pelepasan Muatan Elektrostatis
Arus listrik yang mengalir tiba-tiba dan sangat cepat karena adanya kelebihan muatan
listrik yang tersimpan pada sebuah benda yang isolator ke benda yang berbeda potensial ,
misalnya tanah.
Badai Guntur disebut juga badai listrik, merupakan suatu karakter cuaca dimana terjadi
petir dan guntur, biasanya disertai dengan hujan lebat, hujan es.
Plasma adalah istilah ilmu fisika, Gas yang terionisasi sehingga fase materinya berbeda
dengan gas itu sendiri.
Guntur adalah bunyi dari getaran gelombang yang disebabkan oleh petir yang
memanaskan udara sampai 30.000oC. Udara yang sangat panas itu mengembang dengan cepat
dan mengerut ketika dingin. Proses ini menimbulkan gelombang bunyi.
Awan, pada umumnya kurang lebih mengandung listrik. Secara mekanik,
thermodinamika, energi kimia diubah menjadi energi listrik dengan kutub yang terpisah.
Kebanyakan petir memiliki fase waktu, antara lain:
1) Fase Waktu Pertumbuhan, sekitar 10 - 20 menit
2) Fase Waktu Puncak, sekitar 15 - 30 menit
3) Fase Waktu Menghilang, sekitar 30 menit
Dalam kondisi cuaca yang normal, perbedaan potensial antara permukaan bumi dengan
ionosphere adalah sekitar 200.000 sampai 500.000 Volts, dengan arus sekitar 2x10-12
Amperes/m2 . Perbedaan potensial ini diyakini memberikan kontribusi dalam distribusi badai
petir (Thunderstorm) di seluruh dunia.
Pada lapisan atmosphere bertebaran gumpalan-gumpalan awan yang diantaranya terdapat
awan yang bermuatan listrik. Awan bermuatan listrik tersebut terbentuk pada suatu daerah
dengan persyaratan:
a. Kondisi udara yang lembab (konsentrasi air yang banyak)
b. Gerakan angin ke atas
c. Terdapat inti Higroskopis
Kelembaban terjadi karena adanya pengaruh sinar matahari yang menyebabkan
terjadinya penguapan air di atas permukaan tanah (daerah laut, danau). Sedangkan pergerakan
udara ke atas disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan akibat daerah yang terkena panas
matahari bertekanan lebih tinggi atau karena pengaruh angin. Di samping itu terdapat Inti
Higroskopis sebagai inti butir-butir air di awan akibat proses kondensasi. Ketiga unsure inilah
yang diperlukan untuk menghasilkan awan guruh/awan Commulonimbus yang bermuatan
negative yang karakteristiknya berbeda-beda sesuai dengan kondisi tempatnya. Muatan awan
bawah yang negative akan menginduksi permukaan tanah menjadi positif maka terbentuklah
medan listrik antara awan dan tanah (permukaan bumi). Semakin besar muatan yang terdapat di
awan, semakin besar pula medan listrik yang terjadi dan bila kuat medan tersebut telah melebihi
kuat medan tembus udara ke tanah, maka akan terjadi pelepasan muatan listrik sesuai dengan
hokum kelistrikan, peristiwa inilah yang disebut petir.
Dengan letak geografis yang dilalui garis khatulistiwa, Indonesia beriklim tropis. Hal ini
mengakibatkan Indonesia memiliki hari guruh rata-rata per tahun yang sangat tinggi.
2.2 Sistem Tenaga Listrik
Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bilamana Pembangkit Tenaga Listrik terletak
jauh dari pemakai, maka tenaga listrik itu perlu diangkut melalui saluran transmisi, dan
tegangannya harus dinaikkan menjadi tegangan tinggi (TT). Pada jarak yang sangat jauh malah
diperlukan tegangan ekstra tinggi (TET). Menaikkan tegangan itu dilakukan di gardu induk (GI)
dengan mempergunakan transformator penaik tegangan (step-up transformer).
Gambar 2.3 Step Up Transformer
Mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu industri atau kota,
tegangan tinggi diturunkan menjadi tegangan menengah (TM). Hal ini juga dilakukan pada suatu
GI dengan mempergunakan transformator penurun tegangan (step down transformer).
Gambar 2.4 Step Down Transformer ( GI BSB Semarang )
Di Indonesia tegangan menengah adalah 20 kV. Saluran 20 kV ini menelusuri jalan-jalan
di seluruh kota, dan merupakan sistem distribusi primer.
Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik secara keseluruhan, sistem
distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya besar (Bulk Power
Source) sampai ke konsumen.
Pada umumnya sistem distribusi tenaga listrik di Indonesia terdiri atas beberapa bagian,
sebagai berikut :
• Gardu Induk (GI)
• Saluran Tegangan Menengah (TM)/ Distribusi Primer
• Gardu Distribusi (GD)
• Saluran Tegangan Rendah (TR)
Gardu induk akan menerima daya dari saluran transmisi kemudian menyalurkannya
melalui saluran distribusi primer menuju gardu distribusi. Sistem jaringan distribusi terdiri dari
dua buah bagian yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder.
Gardu Induk adalah suatu instalasi, terdiri dari peralatan listrik yang berfungsi untuk :
1. Transformasi tenaga listrik tegangan tinggi yang satu ke tegangan tinggi yang lainnya
atau ke tegangan menengah.
2. Pengukuran, pengawasan operasi serta pengaturan pengamanan dari sistem tenaga listrik.
3. Pengaturan daya ke gardu-gardu induk lain melalui tegangan tinggi dan gardu-gardu
distribusi melalui feeder tegangan menengah.
Gambar 2.5 Sistem Tenaga Listrik
Tenaga listrik disalurkan ke masyarakat melalui jaringan distribusi. Oleh sebab itu
jaringan distribusi merupakan bagian jaringan listrik yang paling dekat dengan masyarakat.
Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 kV, 12 kV, 6 kV.
Pada saat ini, tegangan distribusi primer yang cenderung dikembangkan oleh PLN adalah
20 kV. Tegangan pada jaringan distribusi primer, diturunkan oleh gardu distribusi menjadi
tegangan rendah yang besarnya adalah 380/220 V, dan disalurkan kembali melalui jaringan
tegangan rendah kepada konsumen. Dalam operasi sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan –
gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik ke konsumen.
2.3 Sistem Distribusi Saluran Udara Tegangan Menengah
Bermacam - macam bentuk konfugurasi jaringan yang berbeda diambil untuk bermacam -
macam jaringan transmisi, subtransmisi dan distribusi, yang menunjukkan jumlah kebutuhan
daya dan keamanan jaringan. Misalnya, jaringan transmisi utama membawa daya yang besar
untuk banyak konsumen ini lebih penting daripada jaringan distribusi tegangan rendah di jalan
karena bila jaringan utama mengalami gangguan konsumen yang menderita lebih banyak.
Karenanya biasanya dipakai jaringan loop untuk rangkaian ini.
Jaringan ini memberikan kapasitas siap yang lebih besar dari yang biasanya dipakai untuk
distribusi tegangan rendah untuk mencatu rumah tangga. Sebagai tambahan terhadap aspek
keandalan konsumen yang banyak dan tentunya banyak titik catu pada jaringan tegangan rendah
ini berarti untuk memenuhi catu tegangan untuk tiap konsumen terakhir terhambat karena mahal.
Untuk saluran catu yang panjang di pedesaan keandalannya sering kali dapat diperbaiki
dengan menggunakan titik dalam bentuk rangkaian pemutus arus yang akan memutus satu bagian
dari saluran dan mencegah seluruh - saluran catu terputus dari sumber daya.
Sistem distribusi akan lebih efektif bila digunakan bentuk atau tipe sistem distribusi yang
berbeda – beda mengingat disesuaikan dengan keadaan beban maupun dengan hal - hal yang
mempengaruhi sistem dan di dalam pemilihan tipe sistem distribusi tidak terlepas dari
persyaratan - persyaratan yang harus dipenuhi sebagai berikut :
� Kontinuitas pelayanan yang baik tidak sering terjadi pemutusan.
� Keandalan yang tinggi antara lain meliputi :
- Kapasitas daya yang memenuhi.
- Tegangan yang selalu konstan dan nominal.
- Frekwensi yang selalu konstan.
� Penyebaran daerah beban yang seimbang.
� Fleksibel dalam pengembangan dan perluasan tidak hanya bertitik tolak pada kebutuhan
beban sesaat tetapi kemungkinan pengembangan beban yang harus dilayani.
� Tegangan jatuh yang sekecil mungkin.
Pertimbangan ekonomis menyangkut perhitungan untung rugi baik secara komersial
maupun dalam rangka penghematan anggaran yang tersedia.
Saluran udara digunakan pada pemasangan di luar bangunan, direnggangkan pada
isolator-isolator di antara tiang-tiang sepanjang beban yang dilalui suplai tenaga listrik,mulai
gardu induk sampai ke pusat beban ujung akhir.
Gambar 2.6 Saluran Udara Tegangan Menengah
Jaringan udara direncanakan untuk kawasan dengan kepadatan beban rendah atau sangat
rendah, misalnya pinggiran kota, kampung/kota kota kecil dan tempat tempat - tempat yang jauh
serta luas dengan beban tersebar. Seringkali digunakan untuk melayani daerah yang sedang
berkembang sebagai tahapan sementara. Kota kota besar dengan mayoritas perumahan
kebanyakan menggunakan jaringan udara.
2.3.1 Jenis Penghantar
Bahan yang banyak dipakai untuk kawat penghantar adalah tembaga dan alumunium.
Secara teknis, tembaga lebih baik daripada aluminium karena memiliki daya hantar arus yang
lebih tinggi. Namun karena harga tembaga yang tinggi, lagipula memiliki kecenderungan untuk
senantiasa naik, kian lama pemakaian kawat alumunium lebih banyak dipakai. Apalagi kawat
tembaga sering menjadi sasaran pencurian karena dapat diolah untuk pembuatan barang barang
lain yang laku di pasaran.
Karenanya kawat alumunium berinti baja (ASCR atau Alumunium Cable Steel
Reinforced ) banyak dipakai untuk saluran udara tegangan tinggi maupun tegangan menengah.
Sedangkan untuk saluran tegangan rendah banyak dipakai kawat alumunium telanjang ( AAC
atau All Alumunium Cable). Kini untuk saluran udara banyak juga dipakai kawat udara
alumunium punter berisolasi.
Penghantar pada sistem jaringan distribusi berfungsi untuk menghantarkan arus listrik dari
suatu bagian ke instalasi atau bagian yang lain.
Penghantar ini harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut :