Distribusi Energi Listrik · PDF file2-1 BAB 2 Beban di Jaringan Distribusi Dari keseluruhan sistem penyediaan energi, jaringan distribusi merupakan bagian yang langsung berhubungan

ii

DistribusiDistribusiDistribusiDistribusi Energi ListrikEnergi ListrikEnergi ListrikEnergi Listrik

Sudaryatno Sudirham

2-1

BAB 2

Beban di Jaringan Distribusi

Dari keseluruhan sistem penyediaan energi, jaringan

distribusi merupakan bagian yang langsung berhubungan

dengan pengguna energi listrik, yang dalam pengusahaan

energi listrik disebut pelanggan.

Pelanggan, adalah pembeli energi listrik dan adalah wajar

jika apa yang dibelinya mempunyai mutu yang sesuai

dengan harapan.

Mutu energi listrik yang sampai ke tempat pelanggan

ditetapkan dalam berbagai ketentuan. Namun dalam

operasinya, pada waktu-waktu tertentu bisa terjadi

penyimpangan-penyimpangan. Penyimpangan ini

mungkin dipicu oleh kejadian alam, ataupun dipicu oleh

kejadian di jaringan itu sendiri.

2.1. Pengelompokan Pelanggan Menurut Tegangan

Dilihat dari posisi meter transaksi, pelanggan dapat di

kelompokkan dalam:

a). Pelanggan Tegangan Menengah

b). Pelanggan Tegangan Rendah

Pada jaringan distribusi PLN, nilai nominal tegangan

menengah adalah 20 kV (antar fasa) sedangkan tegangan

rendah adalah 380/220 V.

Pelanggan Tegangan Menengah. Pelanggan tegangan

menengah adalah pelanggan yang meter transaksinya

1-2 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik

dipasang di sisi tegangan menengah; jadi kWh-meter

mengukur energi yang masuk ke transformator.

Hal ini tidak berarti bahwa semua pembebanan di sisi

pelanggan dicatu dengan tegangan menengah. Dengan

meletakkan pengukur energi di sisi tegangan menengah,

maka susut energi yang terjadi di transformator dan di

jaringan tegangan rendah yang tersambung ke

transformator tersebut, menjadi tanggungan pelanggan.

Oleh karena itu harga energi bagi pelanggan tegangan

menengah bisa lebih rendah. Di sisi sekunder

transformator, pelanggan dapat medistribusikan energi

melalui jaringan tegangan rendah pada beban-bebannya.

Pelanggan Tegangan Rendah. Pelanggan tegangan

rendah adalah pelanggan yang meter transaksinya

dipasang di sisi tegangan rendah; jadi kWh-meter

mengukur energi yang masuk langsung ke beban-beban

tegangan rendah.

Contoh yang umum untuk pelanggan tegangan rendah

adalah pelanggan rumah tangga, di mana tegangan 220 V

(fasa-netral) mencatu peralatan rumah tangga.

Perlu diingat bahwa tidak semua negara menggunakan

tegangan 220 V sebagai tegangan catu peralatan rumah

tangga. Di negara tertentu digunakan tegangan 110 V;

oleh karena itu kita perlu memastikan lebih dulu berapa

tegangan sumber sebelum kita hubungkan peralatan kita.

Demikian pula halnya jika kita membeli peralatan listrik,

perlu kita pastikan berapa tegangan yang diperlukan.

2-3

2.2 Pengelompokan Menurut Jenis Pemanfaatan

Energi

PLN mengelompokkan pelanggannya menurut jenis

peruntukan energinya, yaitu:

1. Pelanggan Rumah Tangga

2. Pelanggan Industri

3. Pelanggan Bisnis

4. Pelanggan Sosial

5. Kantor Pemerintah

6. Penerangan Jalan Umum

Konsumsi Energi Pelanggan PLN. Proporsi penggunaan

energi untuk masing-masing kelompok pelanggan,

berbeda dari daerah ke daerah. Ada daerah dengan

pengunaan energi untuk industri cukup tinggi namun ada

daerah dengan penggunaan energi untuk industri sangat

rendah. Rekaman situasi tersebut memberikan gambaran

seberapa jauh kemajuan industri di suatu daerah

dibandingkan dengan daerah lain.

Tabel berikut ini menunjukkan proporsi konsumsi

energy untuk setiap jenis pelanggan PLN. Data ini diolah

dari Buku Statistik PLN untuk tahun 2006.


Tabel-1.1. Proporsi Konsumsi Energi Menurut Jenis

Pelanggan

RT Industri Bisnis Sos Kantor PJU

Jatim 35.9% 47.7% 11.0% 2.2% 0.9% 2.3%

Jateng 48.3% 35.1% 9.2% 2.7% 0.9% 3.9%

DIY 62.0% 12.8% 13.0% 7.2% 1.7% 3.3%

Jabar 35.0% 52.8% 9.1% 1.5% 0.7% 0.9%

Banten 12.6% 83.8% 2.4% 0.5% 0.3% 0.5%

DKI 33.4% 31.0% 28.8% 2.8% 2.8% 1.1%

Sumatra 49.7% 25.7% 16.1% 2.6% 1.7% 4.2%

Kalimantan 58.2% 11.6% 21.0% 2.6% 2.9% 3.8%

Sulawesi 52.1% 19.6% 17.6% 3.2% 3.0% 4.5%

Maluku 66.3% 1.9% 18.6% 3.0% 7.6% 2.6%

Bali 44.8% 4.1% 44.2% 1.8% 2.8% 2.2%

NTB 65.6% 2.0% 22.3% 3.7% 1.9% 4.5%

NTT 63.5% 3.2% 17.9% 5.2% 5.2% 5.0%

Papua 61.0% 1.4% 24.8% 3.7% 5.9% 3.2%

Batam 27.2% 32.4% 36.3% 1.4% 2.1% 0.6%

Di setiap daerah, jumlah konsumsi tiga kelompok

pelanggan yang terakhir, yaitu Sosial, Kantor Pemerintah,

dan Penerangan Jalan Umum, rata-rata tidak sampai 10%

dari total konsumsi di daerah yang bersangkutan.

Konsumsi paling tinggi kebanyakan adalah untuk

keperluan rumah tangga. Namun di beberapa daerah

seperti Jawa Timur, Jawa Barat, Banten, konsumsi untuk

industri lebih dominan. Sementara itu di Jakata,

konsumsi untuk rumah tangga, industri, dan bisnis dapat

2-5

dikatakan seimbang; demikian pula halnya dengan

Batam. Sedangkan di Bali konsumsi untuk Bisnis sangat

dominan seimbang dengan konsumsi rumah tangga,

sementara konsumsi untuk industri rendah.

2.3. Katagori Beban

Tidak semua pengguna energy bekerja pada kondisi yang

sama. Sebagian pengguna energi memerlukan energy

yang tak boleh terputus ataupun jika terputus hanya

boleh dalam selang waktu yang sangat pendek. Sebagian

lagi tidak terlalu menderita jika listrik terputus untuk

sementara. Berkenaan dengan hal tersebut, pengguna

energy dapat kita katagorikan sebagai berikut.

Katagori Pertama. Dalam katagori ini terputusnya

pasokan energy listrik akan menyebabkan situasi yang

sangat berbahaya seperti misalnya kematian, atau akan

menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat besar, atau

menyebabkan kerusakan peralatan, atau menyebabkan

terhentinya proses produksi yang sangat kompleks, atau

terhentinya layanan publik yang sangat vital seperti

tranportasi dan juga air.

Untuk pengguna energy katagori pertama ini,

terputusnya pasokan energi hanya boleh terjadi dalam

waktu yang sangat pendek. Mereka memerlukan pasokan

dari dua sumber yang tidak saling bergantungan, dan

salah satu diantaranya menjadi sumber cadangan

(standby units). Perpindahan dari sumber utama ke

sumber cadangan harus terjadi secara otomatis setiap

kali terjadi pemutusan pada sumber utama.

Katagori Kedua. Pada katagori ini, terputusnya aliran

energy akan menyebabkan penurunan produksi,


tertundanya pekerjaan, dan terhentinya mesin-mesin.

Dalam situasi ini pemindahan dari catu utama ke unit

cadangan boleh dilakukan secara manual.

Katagori Ketiga. Pada katagori ini termasuk semua

pengguna energy yang tidak termasuk pada katagori

pertama ataupun kedua. Terputusnya catu energy pada

katagori ini boleh lebih lama, bahkan sampai 24 jam.

2.4. Keandalan (Reliability)

Sehubungan dengan kemungkinan terputusnya catu

energy, dikenal beberapa ukuran untuk menilai seberapa

jauh pemasokan energy dapat diandalkan.

Reliability dinyatakan dengan indeks yang dihitung per

tahun dengan memasukkan faktor-faktor jumlah

pelanggan, beban terpasang, durasi ketiadaan pasokan,

jumlah daya (kVA) yang terputus, serta seringnya daya

terputus.

SAIFI (System Average Interruption Frequency Index).

SAIFI adalah frekuensi rata-rata terputusnya pasokan

(sustained interruptions) per pelanggan dalam satu

area yang ditentukan. Nilainya adalah jumlah interupsi

yang terjadi dibagi dengan jumlah pelanggan yang

dilayani.

SAIDI (System Average Interruption Duration Index).

SAIDI merupakan indeks yang menunjukkan rata-rata

durasi hilangnya pasokan energi ke pelanggan.

Nilainya adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk

mengembalikan pasokan dari setiap terhentinya

pasokan dibagi dengan jumlah semua pelanggan.

2-7

CAIDI (Customer Average Interruption Duration

Index). CAIDI adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan

untuk mengembalikan pasokan pada setiap sustained

interruption. Nilainya adalah jumlah durasi hilangnya

pasokan dibagi dengan total jumlah interupsi.

MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency

Index). MAIFI adalah jumlah peristiwa momentary

interruption dibagi dengan jumlah pelanggan yang

dilayani.

Momentary interruption didefinisikan dalam IEEE Std.

1366 sebagai interupsi yang terjadi karena operasi

tunggal piranti interupsi, seperti recloser.

Hanya SAIDI dan SAIFI yang selama ini masuk dalam

laporan PLN. Tabel-2.2. memperlihatkan situasi secara

nasional, yaitu SAIDI dan SAIFI yang dialami PLN secara

nasional.


Tabel-2.2. SAIDI dan SAIFI PLN*)

*) Sumber: Statistik PLN

2.5. Kualitas Daya (Power Quality)

Dengan berkembangnya teknologi informasi, bukan

hanya terputusnya pasokan energy yang dapat

merugikan pelanggan. Peralatan teknologi informasi

beserta perangkat lunaknya merupakan beban-beban

yang sangat sensitif. Gangguan-gangguan kecil yang tidak

terasa pada beban untuk penerangan, bisa menimbulkan

kerugian yang sangat besar pada system informasi.

Timbullah persoalan kualitas daya.

Kualitas Daya (Power Quality) terkait dengan peristiwa

yang berlangsung singkat, bisa kurang dari satu siklus,

2-9

yang cukup sulit untuk diamati. Masalah kualitas daya

dapat dipandang sebagai seringnya dan berbahayanya

penyimpangan-penyimpangan yang terjadi pada catu

daya ke beban, yang seharusnya berbentuk tegangan dan

arus sinusoidal 50 Hz.

Karena kepekaan peralatan terhadap adanya

penyimpangan-penyimpangan berbeda-beda, maka apa

yang untuk suatu peralatan merupakan kualitas daya

yang buruk mungkin saja tidak terlalu buruk untuk

peralatan lain sehingga masih dapat diterima.

Power quality sama pentingnya dengan reliability.

Permasalahan dalam kualitas daya adalah sebagai

berikut:

Power Surges

Voltage Sag

Undervoltage

Brownouts

Blackouts

Transients / Interruptions

High-Voltage Spikes

Frequency Variation

Electrical Line Noise

Harmonics

Power Surges. Power surge merupakan pemaksaan

kenaikan pasokan daya yang tiba-tiba kepada suatu

beban. Peristiwa ini dirasakan sebagai suatu kenaikan

tegangan pada beban.

Peristiwa ini bisa terjadi jika peralatan listrik yang

menggunakan daya besar tiba-tiba lepas / dilepas dari

jaringan. Kejadian ini dirasakan oleh beban yang lain


sebagai kenaikan tegangan (pada frekuensi normal);

kenaikan tegangan ini dapat mencapai 110% atau lebih

dari tegangan normal.

Power Surge dapat mengakibatkan kedip (flicker),

matinya peralatan, errors pada komputer, dan kehilangan

memori pada computer.

Voltage Sag. Kebalikan dari Power Surge, peristiwa

Power Sag berupa penurunan tegangan. Peristiwa ini bisa

disebabkan oleh kesalahan jaringan ataupun masuknya

peralatan yang membutuhkan arus awal besar ke

jaringan.

Gb.1.1. Voltage sag.

Voltage sag dapat mengakibatkan kegagalan peralatan,

computer errors, computer memory loss.

Kejadian Voltage sag bisa bersumber pada instalasi

sendiri, yaitu instalasi di pelanggan. Misalnya:

1. Masuknya beban besar ke jaringan

2. Cacat pada sambungan penghantar

3. Terjadinya hubung singkat di tempat lain pada

instalasi sendiri.

V

t

2-11

Voltage sag juga bisa bersumber pada jaringan pemasok

energy (PLN), misalnya

1. Beroperasinya recloser

2. Beroperasinya Voltage Regulator

1. Masuknya beban besar di instalasi sendiri

Motor: Arus asut motor bisa mencapi nilai yang timggi.

Karakteristik motor

[Siemens - Electrical Engineering Handbook]

Pemanas resistif: Resistivitas logam meningkat dengan

meningkatnya temperatur. Pemanas resistif pada

waktu start (masih dingin) bisa menarik arus 1,5 kali

arus setelah pemanas menjadi panas.

2. Cacat pada sambungan penghantar

Sambungan-sambungan penghantar yang longgar

mempertinggi impedansi saluran. Peningkatan

impedansi ini memperbesar tegangan jatuh pada

saluran yang berarti memperbesar terjadinya voltage

sag.


3. Terjadi hubung singkat di tempat lain dalam

instalasi sendiri

Untuk melokalisasi kejadian hubung-singkat

digunakan fuse. Arus besar pada waktu terjadi hubung

singkat akan melelehkan kawat fuse yang kemudian

memutuskan beban. Namun ada selang waktu antara

saat hubung singkat terjadi dan saat terputusnya

kawat fuse. Dalam selang waktu tersebut terjadi

penurunan tegangan.

4. Voltage Regulator di sisi pemasok daya

Jaringan pemasok energi dilengkapi dengan peralatan

yang secara otomatis melakukan penyesuaian

tegangan. Peralatan otomatis ini mungkin berupa

power factor correction capacitors, mungkin juga tap

switching transformers. Apabila terjadi kegagalan

operasi peralatan ini, voltage sag akan terjadi.

Voltage sag dapat menyebabkan kegagalan peralatan.

Satu hal yang pasti adalah bahwa voltage sag akan

mengakibatkan menurunnya pasokan daya karena daya

berbanding lurus dengan kuadrat tegangan. Apabila

tegangan turun 10%, maka aliran daya hanya tinggal

sekitar 80% dari semula.

Penurunan daya pada waktu terjadi voltage sag juga

dialami oleh beban-beban sensitif. Catu daya beban

sensitif (komputer dll) diberikan melalui tegangan searah

yang dihasilkan oleh penyearahan tegangan bolak-balik.

2-13

Undervoltage. Yang dimaksud dengan undervoltage

adalah peristiwa penurunan tegangan yang terjadi

secara berkepanjangan

Undervoltage akan mengakibatkan terjadinya pemanasan

yang berlebihan pada motor, bahkan sampai pada

kegagalan operasi peralatan.

Brownouts. Brownout adalah terjadinya pasokan daya

pada tegangan yang lebih rendah dari tegangan normal.

Hal ini terjadi misalnya pada waktu pemasok tidak dapat

memenuhi permintaan beban dan terpaksa beroperasi

pada tegangan yang lebih rendah untuk membatasi daya

maksimum.

Brownout dapat mengakibatkan data error, data loss,

kegagalan peralatan.

Interruptions / Transient. Interupsi pasokan daya

merupakan kondisi di mana catu tegangan ataupun arus

hilang samasekali untuk sementara waktu.

Hal ini biasa terjadi di jaringan sebagai akibat sambaran

petir, binatang, cuaca buruk, dan kegagalan operasi

peralatan.

Terputusnya pasokan ini bisa berlangsung hanya sesaat

bisa pula berkepanjangan:


Blackouts. Blackouts adalah peristiwa terjadinya

tegangan nol (hilang tegangan) yang berlangsung lebih

dari dua menit. Sumber kejadian kebanyakan berasal dari

sisi jaringan seperti circuit breaker yang trip.

Akibat yang dapat ditimbulkan adalah data loss, data

corrupt, kerusakan peralatan

High Voltage Spikes. Voltage spikes merupakan kenaikan

tegangan tiba-tiba dalam durasi yang sangat pendek.

Spikes sering terjadi karena adanya sambaran petir, dan

berakibat buruk pada beban sensitif.

Durasi terjadinya spike bisa kurang dari 10 mikrodetik.

Sedangkan besar spike di jaringan bisa mencapai 10 kV

dan di sisi tegangan rendah bisa mencapai 1000 V.

Akibat yang ditimbulkan bis loss of data, kerusakan

komponen elektronik.

Frequency Variation. Dalam kejadian ini frekuensi

menyimpang dari standar 50 Hz. Hal ini bisa disebabkan

oleh emergency genset, generator tak stabil.

Akibat yang timbul adalah data lost, kegagalan program,

kegagalan peralatan sensitif

Electrical Line Noise. Peristiwa ini mencakup

Radio Frequency Interference (RFI) dan

Electromagnetic Interference (EMI)

Kejadian ini mempengaruhi jaringan system komputer.

Sumber penyebabnya antara lain rele, piranti kendali

motor, radiasi gelombang mikro, badai petir.

Akibat yang timbul berupa data error, data loss.

2-15

Harmonisa. Peristiwa yang sesunggungguhnya terjadi

adalah terdistorsinya bentuk gelombang arus yang

seharusnya sinusoidal. Distorsi ini terjadi karena adanya

beban nonlinier, dimana bentuk gelombang arus beban

tidak mengikuti bentuk gelombang tegangan pasokan.

Beban semacam ini misalnya penyearah.

Tentang harmonisa ini dibahas di Bab-3, -4,-5

yang merupakan copy dari bab-6, -7, -8

Analisis Rangkaian Sistem Tenaga mengenai

Pembebanan Non Linier (silakan diunduh).

2.6. Kondisi Lokasi

Hal yang perlu pula diperhatikan adalah kondisi lokasi di

mana peralatan pengguna energy ditempatkan. Kondisi

lokasi yang khusus dapat membahayakan instalasi jika

tidak diantisipasi. Kita bisa membedakan kondisi-kondisi

lokasi sebagai berikut

Lokasi Kering. Suatu lokasi dikatakan kering jika

kelembaban-relatif tidak melebihi 60%. Lokasi semacam

ini misalnya ruang kantor, auditorium, flat.

Lokasi Tidak Kering tetapi juga tidak lembab. Lokasi

demikian mempunyai kelembabn relatif di atas 60%

tetapi kurang dari 75%. Uap bisa hadir di ruangan

semacam ini namun dalam selang waktu yang tidak

terlalu lama. Misalkan dapur (ruang memasak makanan),

gudang.

Lokasi Lembab. Kelembaban relative ruang demikian ini

bisa 75% atau lebih. Gudang bawah tanah dan


terowongan adalah lokasi-lokasi yang mungkin akan

mencapai kondisi seperti ini.

Lokasi Basah. Dalam ruang demikian ini kelembaban

relatif bisa mendekati 100%. Dinding dan lantai hampir

selalu lembab; misalnya ruang mandi, ruang cuci

(laundry).

Lokasi dengan Temperatur Tinggi. Dalam ruang ini

suhu selalu di atas 30o C. Misalnya ruang mesin.

Lokasi Berdebu. Debu selalu timbul dalam ruang

demikian ini. Debu ini merupakan hasil dari suatu proses

prduksi. Contoh yang mudah ditemui adalah ruang

produksi peralatan dari kayu (meubel). Penggergajian,

pembubutan, ampelas, adalah pekerjaan-pekerjaan yang

menghasilkan debu.

Lokasi dengan Bahaya Kejut-listrik. Ruangan yang

demikian ini mungkin mengandung debu yang

merupakan debu konduktif, mungkin juga berlantai

konduktif.

Ruang dengan uap eksplosif atau mudah terbakar.

Instalasi dalam ruang seperti ini harus explotion proof.

Pabrik cat, tambang, instalasi pengolahan minyak bakar

(fuel) adalah contoh lokasi yang memerlukan instalasi

yang explotion proof.

2-17

Documents

Distribusi Energi Listrik · PDF file2-1 BAB 2 Beban di Jaringan Distribusi Dari keseluruhan sistem penyediaan energi, jaringan distribusi merupakan bagian yang langsung berhubungan