Bahan Kuliah Distribusi Tenaga Listrik

Distribusi Tenaga ListrikOleh A s r i , ST , MT Jurusan Teknik Elektro FT-Unimal Lhokseumawe, 2007

Pendahuluan 1 Sistem Kuliah : Diskusi Kelas dan Pembuatan Tugas

Sistem Ujian :

1. Tugas Terstruktur (13 kali) Quis (1 Kali) 2. Ujian Tengah Semester (1 kali) 3. Ujian Akhir Semester (1 kali)

Kuliah I

TOPIK KULIAHI. Pengertian Umum Sistem Distribusi Tenaga Listrik a. Pendahuluan b. Distribusi Tenaga Listrik c. Alokasi Biaya Investasi Penyaluran Tenaga Listrik

PendahuluanEnergi listrik umumnya dibangkitkan oleh pusat pembangkit tenaga listrik yang jauh dari pusat perkotaan dimana para pelanggan umumnya berada.

Secara umum dapat dikatakan bahwa sistem suplay tenaga listrik terdiri dari tiga unsur, yaitu :a) b) c)

Pusat pembangkit Transmisi Distribusi

Tegangan kerja dari bagian bagian dari sistem adalah :1.

Pusat pembangkit / Generator (air, disel, thermis dll) : 0,4/0,44 kv , 6,6 kv, 10,5 kv, 11 kv, 13,8 kv, 15,75 kv, 21 kv dan 33 kv. Transmisi : - Tegangan transmisi : 220 kv, 400 kv, 750 kv 765 kv, 800 kv (eropa ) dan Indonesia 150 kv dan 500 kv - Tegangan sub transmisi : 33 kv, 6,6 kv, 110 kv, 132 kv

2.

3.

Distribusi : - Tegangan sisi primer gardu distribusi : 3,3 kv, 6,6 kv (eropa) dan untuk Indonesia 6 kv, 20 kv - Tegangan sisi sekunder gardu distribusi : 240/415 volt, 250/431 volt tiga fasa empat kawat 220/440 volt fasa tunggal ke netral (dariT.M. SWER) untuk Indonesia tiga fasa empat kawat 220/380 volt dan 127/220 volt

Distribusi Tenaga ListrikSistem distribusi kita dapat di kelompokan kedalam dua tingkat yaitu : - sistem jaringan distribusi primer dan biasa disebut (J T M ) - sistem jaringan distribusi sekunder dan sebut ( J T R )

Jaringan distribusi primer atau (J T M) dapat berupa, tiga fasa dan satu fasa.

Jaringan distribusi sekunder atau (J T R )dapat berupa, yaitu satu-fasa ; fasa-tiga dengan empat kawat atau fasa-tunggal tiga kawat.

Kuliah Ke II

Klasifikasi dan Karakteristik BebanKlasifikasi Beban Secara garis besar ragam beban dapat diklasifikasikan kedalam : Rumah tangga Komersial Industri

Rumah tangga. Pada umumnya bebannya adalah berupa lampu untuk penerangan,kipas angin, alat rumah tangga seperti,lemari-es,mixer, air conditioning,pompa air dan sebagainya dan faktor-beban 10 - 15%. Komersial. Umumya terdiri dari penerangan untuk toko dan restoran dan alat alat listrik lainya dan faktoe beban berkisar 25- 30% Industri. Ada skala kecil dan skala besar. Untuk skala besar faktor bebannya mencapai 60 65%.

Karakteristik BebanKarakteristik beban ini berfungsi antara lain untuk keperluan : Penjadwalan pemeriksaan peralatan sistem tenaga Alokasi produksi daya pada pembangkit Optimal pembangkitan Penjadwalan pengoprasian, serta Pembagian beban Faktor-faktor keperluan diatas pada dasarnya dikerjakan untuk memperoleh sistem yang ekonomis dan efisien

Parameter BebanParameter beban antara lain meliputi kebutuhan beban, interval kebutuhan dan kebutuhan maksimum. Kebutuhan (demand) suatu instalasi adalah beban yang rata-rata pada terminal-terminal penerima untuk suatu interval waktu tertentu. Beban dalam konteks ini dinyatakan dalam : kW kVAR kVA kA atau amper

Kuliah ke 3

Faktor Yang Berhubungan Dengan Parameter Beban

Faktor serempak Faktor kebutuhan Faktor kapasitas Faktor beban Faktor diversitas Faktor rugi

Beban Tenaga ListrikBeban tenaga listrik selain bersifat resistif, induktif atau kapasitif dapat juga dibedakan beban yang brsifat statis dan dinamis.

Beban statis yaitu antara lain penerangan, alat-alat pemanas.

:

Lampu-lampu

Beban dinamis adalah beban yang bersifat berputar yaitu motor listrik

Kebutuhan Daya Listrik

Beban listrik pada prinsipnya berupa penerangan dan tenaga.

Kualitas dan kuantitas penerangan merupakan faktor yang sangat berpengaruh terhadap kehidupan. Pada prinsipnya dan sesuai dengan fungsinya penerangan dapat dibedakan dua yaitu :

Penerangan dalam (indoor) Penerangan luar (outdoor)

DayaDaya merupakan banyaknya perubahan tenaga terhadap waktu dalam besaran tegangan dan arus. Daya dalam watt yang diserap oleh suatu beban pada setiap saat adalah hasil kali jatuh tegangan sesaat diantara beban dalam volt dengan arus sesaat yang mengalir dalam beban tersebut dalam amper. Type daya tersebut adalah : Daya sesaat Daya semu Daya aktif Daya reaktif Daya vektor

Kuliah ke Empat

Daya sesaat ditentukan oleh persamaan : P = e * I .(1)Dimana e dan i masing masing adalah nilai sesaat dari beda tegangan dan arus.

Untuk gelombang sinusoida yaitu :

P =Vmaks . cos .I maks cos( ) t t

P = Vmaks . .I maks cos t cos (t )......... .( 2)Persamaan 2 dapat ditulis dan juga merupakan daya sesaat dalam Induktansi

Vmaks I maks Vmaks I maks cos (1 + t ) + sin sin...(3) 2t P= 2 2

Daya sesaat menurut Pers (3) dapat ditinjau dari segi komponen arus yang sefasa dengan tegangannya dan yang berbeda fasa 900 dengan tegangannya.IR V

IX I

Gambar arus dengan dua komponenya

Daya semu Daya semu (S) dinyatakan oleh persamaan : S = V . I ..(1) Untm sistem 3 fasa daya semunya adalah : S = 3 V1 . I1 Dimana V 1 = Tegangan fasa dan I1 = Arus jala

Daya AktifSecara umum daya aktif dinytakan dengan:Vmaks . I maks P= cos 2

Atau P = V . I Cos

Dimana : V dan I nilai eefektifnya P adalah daya rata-rata yang juga disebut daya aktif. Bila beban tiga fasanya seimbang maka P = 3 |Vjala | .| I jala | cos

Daya ReaktifDaya reaktif adalah :Q= Vmaks . I maks sin 2

Atau Q = | V | .| I | sin Q satuannya dapat berupa var (volt - amper reaktif) atau kvar (kilo-volt reaktif) dan satuan yang lebih besar adalah mvar(mega volt - amper reaktif) Bila beban tiga fasa seimbang maka : P = 3 |Vjala | .| I jala | sin

Kuliah ke V

Konstuksi Jaringan DistribusiDilihat dari fungsi tegangannya, jaringan distribusi dibedakan atas jaringan distribusi primer dan sekunder. Jaringan distribusi primer adalah jaringan dari trafo gardu induk (GI) ke gardu distribusi, sedangkan distribusi sekunder adalah jaringan saluran dari trafo gardu distribusi hingga konsumen atau beban.Pada prinsipnya kontruksi jaringan distribusi dapat dibedakan atas dua jenis.

1. Jaringan saluran udara 2. Jaringan bawah tanah

Gambar Konstruksi Jaringan DistribusiPMT

Jaringan tegangan menengah (JTM)20 Kv

Gardu Induk

Jaringan Tegangan Rendah (JTR) Gardu Distribusi

380 Volt

Struktur Jaringan Tegangan MenengahStruktur jaringan yang berkembang di suatu daerah merupakan kompromi antara alassan alasan teknis di suatu pihak dan ekonomis di lain fihak. Keduanya ditekankan kepada kebutuhan penggunua dimana dipersyaratkan batas-batas keandalan, stabilitas dari kelangsungan pelayana.Dari segi keandalan yang ingin dicapai ada 2 pilihan struktur jaringan Jaringan dengan sumber pengisian Jaringan dengan beberapa sumber pengisian

Jaringan Dengan Beberapa Sumber pengisian

Struktur jaringan juga ditentukan oleh aspek-aspek lainya seperti :

Aspek pentanahan netral sistim :a) Netral diisolasikan (ungrounded) atau netral tidak ditanahkan. b ) Netral ditanahkan (grounded) : b.*. Melalui tahanan (resistance grounding) b.**. Melalui impedansi (inpendance grounding) b.***. Secara langsung (solidly grounding) b.****.Dengan kumparan peterson

Aspek macam jaringan/saluran yang akan digunakan;* Saluran udara atau * Saluran tanah.

Aspek jumlah fasa saluran : - Saluran fasa tunggal - Saluran fasa-tiga : * saluran fasa-tiga dengan tiga kawat * saluran fasa-tiga dengan empat kawat * Saluran fasa-tiga dengan satu kawat tanah

Pola dasar Struktur Jaringan Teganggan MenengahSecara umum dapat dikatakan bahwa ada tiga struktur jaringan yaitu : * Radial

* Lingkaran (Loop) * Anyaman (Mesh atau Grid) Pemilihan macan struktur jaringan tegangan menengah (JTM) tergantung pada kualitas pelayanan yang diinginkan. Kualitas pelayanan mempunyai beberapa unsur, antara lain : Kelangsungan pelayanan (kontinuitas pelayanan) Pengaturan tegangan Tegangan kedip yang diinginkanPersoalan utama adalah memilih komponen komponen peralatan dari sistim tersebut agar secara keseluruhannya ekonomis.

Sistim Jaringan Distribusi

Sistim Jaringan Radial

Sistim Jaringan Lingkar (LOOP)

Sistim Anyaman (Mesh tau Grid)

KULIAH KE VI

Sistem Radial adalah bentuk jaringan yang menghubungkan beban-beban ketitik sumber, biayanya relatif murah, tidak ada arternatif pasokan dan tingkat keandalan relatif rendah. Sistem Loop adalah sistem yang terdapar dua sumber dan arah pengisian yang satu sebagai cadangan,sehingga keandalannya cukup tinggi Sistem Anyaman ( Mesh/Grid) merupakan jaringan yang strukturnya komplek,sehingga kelangsungan penyaluran dan kualitas pelayanan sangat diutamakan

Penampang PenghantarDalam penentuan penampang penghantar ada tiga faktor utama yang harus diperhatiakan yaitu:1. 2. 3.

Kerugian tegangan Kerugian daya Perubahan suhu maksimal dengan lingkungan

Sifat penghantar tembaga dan aluminiumSifatBerat jenis Kuat renggangan Titik lebur Koefisien muai Tahanan jenis

Tembaga8, 94 3910 1884 24,7 0,0178

Alumunium2,7 1880 627 17,7 0,0278

KeteranganKg/dm Kg/cm C Micro/ C Omh

Tahanan sepanjang penghantar adalah

1 R = 2 qdiman : R= tahana (Omh) = tahana jenis penghantar (omh/mm) l = panjang saluran q = luas penampang (mm) Kerugian tegangan dan kerugian daya pada saluran adalahV = 2.I .R.......... .......... .......... .......... .......... .... pers (1) P = 2.I .V .......... .......... .......... .......... .......... . pers ( 2) 1 p V = 2.. .( ) 2 .......... .......... .......... .......... .... pers (3) q v

Bila V adalah kerugian tegangan maksimum yang diizinkan,mka luas penampang penghantar adalah nilai

minimal yang diperlukanYaitu :qmin

p = 2. . .......... .......... .......... ...... pers (4) V V

Sedangkan panas yang ditimbulkan oleh penghantar adalah sama dengan panas yang dipancarkan oleh seluruh permukaan penghantar, maka :

I 2.. R = q. .(6) . Dimana: = konduktifitas panasq = luas permukan konduktor = beda temperatur maksimum yang diizinkan dengan

I 2 R.t = q.t .

.(5)

Kuliah ke VII

Distribusi arus bolak-balikKerugian pada saluran arus bolak balik.Dalam sistem arus bolak-balik kerugian tegangan dipengaruhi oleh resistansi dan reaktansi, bila arus ( I ) mengalir dalam konduktor dengan resistansi ( R ) dan induktif reaktansi ( X ), rugi tegangan yang hilang pada saluran tersebut adalah sebesar : V = R I cos + X I sin . .pesm ( 1 ) Dimana cos : faktor daya dari beban.

Jika suatu saluran distribusi yang dibebani akan mengalirkan arus sebesar :

S I = .......... .......... ........ pesm .( 2) VAkan tetapi apabila V = Tegangan saluran (kV) S = Daya disalurkan (kVA) l = Panjang saluran (km) r = resistensi saluran distribusi (/km) x = reaktansi saluran distribusi (/km) Maka besarnya rugi tegangan pada saluran persamaan (1) menjadi :

S .V = .l.(r. cos . . + x.sin . ).volt........... pers.(3) VBila V dinyatakan dalam persen (%) maka :

100.S V .(%) = l.( r. cos . . + .x.sin . .) 2 1000 .V S atau...V (%) = 0,1 2 l.( r. cos . . + x.sin . .).................. . pers.(4) V

Bila beban sepanjang saluran tidak sama maka :

0,1.(r. cos. + x.sin . ) .V .(%) = ( S1.l1 + S 2.l2 ..........S n.l n ) 2 (kV ) 0,1.(r. cos. + x.sin . ) n atau....V .(%) = Si.li ................................. pers.(5) 2 i (kV )

Untuk saluran satu fasa ,maka :

0,2.( r. cos . + x. sin . n V (% = . ) Si .li .......... .. pers (. 6.) 2 i ( kV )

Besarnya rugi daya aktif dan daya reaktif pada saluran tiga fasa adalah sebesar :

=3.I 2.r.l P S =3.( V .) 2. r.l 3 S a u ... =( ) 2. r.l .......... ta P V

.... p r .( 7) es

Bila dinyatakan dalam prosentase : .( ) P % a u ta .( ) P % S2 =0,1 2. r.l .......... V S.c s . o S V .) 2. l 3 .......... . p r .( 8) es S2 10 0 = 2. r.l V S.c s . o 10 00

=3.I 2. X =3.( P

S2 = 2 l V

Bila dinyatakan dalam persentase adalah 10 0 S2 .( ) Q % = l 2. 10 0 0 V S . sn . i

.( ) Q %

= ,1 0

S l .......... 2. V sn . i

..........

.( 9)

Untuk saluran satu fasa adalah:S 2. = 2.( ) r.l P V S2 = 2 2 r.l V ata u S2 .(% = 0,2.2 2 P ) r.l V S . co . s S2 =2 2 l V

10 0 S2 =2 Q l 2. 1 0 V S . sin . 00 =2 Q S l.......... .......... .......... ........ p ers (1 ) 0 V . sin

Bila beban atau daya setiap panjang saluran tidak sama,maka rugi daya pada saluran tiga fasa adalah : 3 (% P ) S =0,1 2. l. .li .......... ri V c s . o S =0,1 2. l .li .......... ri V c s .i o l .........( 1 ) 1

3 (% Q )

.......( 1 ) 2

Sd nk n e aga 1 (% P )

.u tu .siste n k m .tig . fa .a a h a sa d la S =0,2 2. l. .li . .......... ri V c s . o

.:

........( 1 ) 3

S 1 (% =0,2 2. Q ) l.i .l.......... r V S . in

..........

.(1 ) 4

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa untuk daya yang sama nilai kerugian pada saluran tiga fasa dua kali lipat sistem satu fasa

Kuliah Ke VIII

Jatuh Tegangan Pada Sistem DistribusiSaluran jarak pendekUntuk saluran udara yang kapasitansinya dapat diabaikan, disebut Saluran Pendek . Secara umum hal ini diterapkan pada sistem yang tegagannya sampai 66 KV dan panjangnya mencapai 80,5 km Rangkain ekivalennya terdiri dari tahanan dan reakransi yang tersambung seri seperti pada gambar dibawah.P+jQ

Vk

Vt

Beban

Gambar rangkaian ekivalennya

Jatuh tegangan pada sistem distribusi mencakup jatuh tegangan pada :a. Penyulang Tegangan Menengah (T.M) b. Transformator Distribusi c. Penyulang jaringan Tegangan Rendah ( J.T.R ) d. Sambungan rumah e. Instalasi rumah Sesuai dengan definisi, jatuh tegangan adalah : V= |Vk|-|Vt| Dimana : Vk = nilai mutlak tegangan ujung kirim Vt = nilai mutlak tegangan ujung terima Jadi V merupakan perbedaan secara ilmu hitung antar teganganpengirim dan teganganpenerima.