Modul I Sistem dan Distribusi

MODUL I

Sistem Distribusi
1.1 Umum
Pada sistem energi listrik jaringan distribusi merupakan bagian yang tak
terpisahkan dan berhubungan langsung ke pelanggan, pusat – pusat beban dilayani
langsung melelui jaringan distribusi. Dengan demikian secar umum kata distribusi
mempunyai arti penyaluran/pengiriman dan pembagian ke beberapa tempat.
Sehingga pengertian distribusi energi listrik adalah pengirimam dan pembagian
energi listrik meleui suatu jaringan dan perlengkapannya kepada pelanggan.
Selama ini ada pelanggan orang yang mendefinisikan distribusi berdasarkan
besar tegangannya. Bertolak dari pengertian tersebut tentulah hal tersebut tidak
benar sebab yang menetukan bentuk distribusi adalah pelayanan secar langsung ke
pelanggan/ konsumen sedangkan besarnya tegangan tergantung pada kebutuhan
pelanggan. Dlam memenuhi kebutuhan tegangan listrik haruslah disesuaikan dengan
kebutuhan pelanggan/konsumen. Tegangan yang disalurkan lewat jaringan transmisi
tegangannya sangat tinggi berkisar 70 kV,150 kV dan 500 kV, sedangkan kebutuhan
tegangan pada pelanggan ada yang lebih kecil dari nilai ter sebut, oleh sebab itu
tegangan harus diturunkan meleui transformator step down biasanya menjadi
tegangan 20 kV. Dari tegangan 20 kV ini langsung disalurkan kepelanggan meleui
jaringan didtribusi primer selanjutnya jaringan distribusi sekunderd disalurkan ke

pelanggan

dengan

tegangan 220/380 V, proses ini terjadi jika beban yang

dibutuhkan pelanggan kurnag dari 30 MVA. Untuk beben diatas 30 MVA
pelanggannya melalui jaringan tegangan tinggi sehingga harus mempunyai gardu
induk sendiri.
1.2 Sistem Kelistrikan
Pada umunya dalam saluran distribusi menggunakan sistem arus bolak balik
(ABB) tiga fasa. Distribusi primer yaitu tegangan menengah, biasanya menggunakan
tiga fasa kawat, sedangakan distribusi sekunder, yaitu tegangan rendah,
menggunakan tiga fasa emapat kawat.
1.2.1

Sistem ABB Tiga fasa Tiga Kawat
Sistem ABB tiga fasa tiga kawat banyak dipakai pada saluran distribusi

primer, yaitu pada penggunaan tegangan menegah bahkan sistem ini juga dipakai

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

1

untuk saluran transmisi tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi. Gambar 1.2
memperlihatkan sistem ABB tiga fasa tiga kawat sederhana.

Gambar 1.2 Sistem ABB Tiga Fasa Tiga Kawat
Beban dapat berbentuk bintang ataupun delta dengan masing – masing fasa
diberi suatu tanda, yaitu R, S, T. beban dapat juga dipasang antar fasa dan fasa,
akan tetapi hai ini akan banyak berpengaruh pada keseimbangan sistem secara
menyeluruh. Pada beban seimbang maka seluruh daya adalah sama dengan tiga
kali daya tiap fasa. Begitu pula rugi – rugi keseluruhan adalah tiga kali rugi – rugi tiap
fasa.

1.2.2

Sistem ABB Tiga Fasa Empat Kawat.
Sebagaimana dikemukakan sebelumya, sistem ABB tiga fasa empat kawat

banyak dipakai pada distribusi sekunder, yaitu pada tegangan rendah, seperti yang
diperlihatkan gambar 1.3. selain fasa – fasa R, S, T, terdapat pula kawat netral atau
fasa 0.karena langsung berhubungan dengan pelanggan, yaitu masyarakat, maka
untuk keamanan manusia sistem ini dibumikan pada fasa 0.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

2

Beban pada pemakai kecil biasanya satu fasa, yaitu antara fasa dan nol.

Beban dapat pula dihubungkan antara dua fasa, ataupun tiga fasa. Pada gambar 1.3
memperlihatkan tiga fasa berbentuk bintang dengan titik nol atau di bumikan.

gambar 1.3 Sistem ABB Tiga Fasa Empat Kawat.
Sebagaimana juga berlaku pada sistem tiga fasa tiga kawat, bila beban
seimbang, maka daya seluruh sistem adalah tiga kali daya per fasa. Disebabkan
distribusi sekunder para pemakai terbanyak merupakan pelanggan satu fasa, maka
beban biasanya tidak begitu seimbang dan perusahaan listrik harus senantiasi
berusaha untuk secara berkala menyesuaikan penyambungan para pelanggan agar
mendekati seimbang.
1.3 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik atau biasa disebut dengan kata sistem merupakan
gabungan mulai pusat pembangkit tenaga listrik, transmisi, gardu induk dan
distribusi seperti pada gambar 1.1.
Adapun perkembangan sistem tenaga listrik dimulai dari pembangkit untuk
keperluan satu pedesaan sehingga hanya merupakan generator tegangan

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

3

rendah langsung saluran distribusi tegangan rendah lihat gambar 1.2 dengan
tegangan 115/200 V dan 127/220 V yang kemudian diubah menjadi 220/380
V. Sistem ini merupakan fase tiga, empat kawat pentanahan langsung
merupakan pengaman sekering atau MCB.
Dengan peningkatan pedesaan menjadi kota maka keperluan tenaga
listrik juga meningkat, disamping itu luas daerahnya juga meningkat, dengan
demikian penyaluran tenaga listrik tidak mungkin menggunakan tegangan
rendah lagi tetapi harus ditingkatkan menjadi tegangan menegah seperti
gambar 1.3. hal ini untuk mengurangi rugi – rugi jaringan dan jatuh tegangan
terlalu besar. Sebelum kemerdekaan tegangan yang digunakan bermacam –
macam yaitu 6kV, 7kV, 12kV dengan sistem pentanahan mengambang yang
menggunakan relai aryus lebih untuk gangguan antar fase dan volt meter
untuk mendetekti gangguan tanah. Sistem distribusi tegangan menengah ini

kemudian distandarkan menjadi 20 kV dengan pentanahan langsung,
tahanan, untuk gangguan antar fase dengan pengaman relai arus lebih
sedang untuk gangguan tanah dapat menggunakan relai arus lebih atau relai
gangguan tanah terarah ataupun, tegangan sistem pentanahannya.

Gambar 1.2 Sistem T.R

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

4

Gambar 1.3 Sistem Tegangan Menengah.
Dengan perkembangan kota dan adanya pusat pembangkit yang
letaknya terpaksa jauh dari kota atau pusat beban misalnya pusat listrik
tenaga air (PLTA), maka penyaluran tenaga listrik tidak mungkin lagi

menggunakan tegangan menengah tetapi menggunakan tegangan tinggi,
penyaluran dengan tegangan tinggi ini yang lazim disebut transmisi lihat
gambar 1.4. Saluran transmisi ini juga untuk menghubungkan dari satu kota
ke kota lain dalam satu wilayah jawa timur menggunakan saluran transmisi 70
kV dan 30 kV, jawa barat adalah sistem 30 kV untuk daerah Bandung sedang
sistem 70 kV untuk Jakarta dan Bogor. Sistem pentanahannya kumparan
peterson dengan sistem pengaman untukgangguan antar fase relai jarak atau
relai selektif (diferensial) antar 2 penghantar paralel) dan relai arus lebih, dan
volt meter untuk mendeteksi gangguan tanah.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

5

Adapun diluar jawa karena kota – kotanya sangat berjauhan dan

penduduknya tidak padat maka pada umumnya sistemnya terpIsah dan tidak
menggunakan saluran transmisi ataupun transmisi 15 kV( sistem menado).
Dengan perkembangan kebutuhan tenaga listrik yang meningkat dan
perkembangan pusat pembangkit yang semakin besar maka tegangan pada
saluran transmisi juga meningkat setelah kemerdekaan. Seperti kita ketahui
untuk dijawa menjadi 150 kV dan diluar jawa pada saat ini 70 kV dan 150 kV
dan 275 kV. Supaya pengusahaan dari sistem tenaga listrik ini lebih ekonomis
dan andal antara beberapa wilayah diinterkomeksikan menjadi satu, sebagai
contoh ialah di jawa antara jawa barat, jawa tengah dan jawa timur
diinterkoneksikan dengan saluran transmisi ekstra tinggi 500 kV.

Gambar 1.4 Sistem Tegangan Tinggi
Sistem pentanahan 70 kV diubah menjadi tahanan rendah, tahanan
tinggi dan pentahan langsung, pengaman cadangan relai arus lebih, dan
gangguan tanah dengan relai jarak atau selektif gangguan tanah atau relai
gangguan tanah terarah.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

6

Sistem 150 kV ditanahkan langsung dengan relai jarak sebagai
pengaman gangguan antar fase maupun gangguan tanah dengan intern
triping dan pengaman cadangan relai arus lebih.
Sistem 275 kV dan 500 kV pentanahan langsung yang menggunakan
pengaman ganda relai jarak dengan intertriping untuk gangguan antar fase
maupun gangguan tanah dan pengaman cadangan relai arus lebih berarah
dengan inter triping.
Mengingat keterbatasan tegangan yang dibangkitkan pada generator
yang pada saat ini maksimum hanya sampai sekitar 22 kV sedang sistem
transmisi dari 30 kV sampai 500 kV untuk di indonesia dan 700 kV diluar
negeri, tegangan generator dengan trasformator daya dinaikan menjadi
tegangan transmisi. Sedang pada gardu induk dengan transformator daya,
tegangan transmisi ekstra tinggi diturunkan menjadi tegangan tinggi dan dari
tegangan tinggi di turunkan menjadi tegangan menengah. Untuk menyalurkan

tegangan menengah ke konsumen tegangan tersebut diturunkan menjadi
tegangan rendah dengan transformator didtribusi. Untuk konsumen industri
dapat langsung dari transmisi atau dari tegangan menengah.
Saluran transmisi pada umumnya menggunakan saluran udara dan
hanya untuk saluran transmisi di kota besar digunakan kabel tanah, sedang
untuk jaringan tegangan menengah dapat menggunakan saluran udara atau
kabel tanah atau kabel udara.
Adapun untuk jaringan tegangan rendah saluran udara, kabel udara
atau kabel tanah untuk di kota – kota besar.
1.4 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik.
Pada dasarnya suatu sistem tenaga listrik harus dapat beroperasi
secara terus menerus secara normal, tanapa terjadi gangguan.
Gangguan dapat disebabkan oleh bebrapa hal yaitu :
 Gangguan karena kesalahan manusia diantaranya ialah kelalaian pada
saat mengubah jaringan sistem, lupa membuka pentanahan setelah
perbaikan dsb.
 Gangguan dari dalam misalnya gangguan – gangguan yang berasal
dari sistem atau gangguan dari alat itu sendiri, misalnya : faktor

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

7

ketuaan, arus lebih, tegangan lebih keausan dan lain – lain sehingga
merusakan isolasi peralatan.
 Gangguan dari luar : yaitu gangguan yang berasal dari alam
diantaranya cuaca, gempa bumi, petir dan banjir, gangguan karena
binatang diantaranya gigitan tikus, burung, kelelawar ular, pohon atau
dahan/ranting dan sebagainya.
Jadi jelas gangguan tersebut tidak dapat dihindarkan secara
keseluruhan.

1.5 Jenis Gangguan.
Jenis gangguan bila ditinjau dari sifatnya dan penyebabnya dapat
dikelompokan sebagai berikut :
a. Beban lebih.
Beban lebih pada suatu sistem tenaga listrik dapat disebabkan karena
memang keadaan pembangkit kurang dari kebutuhan bebannya atau
salah satu komponen pada sistem tersebut terganggu, dengan
demikian lainnya dapat terjadi beban lebih ataupun pada salah satu
komponen misalnya motor derek mengangkat beban melebihi
kemampuannya.
Ciri dari beban lebih ialah terjadinya arus lebih pada komponen yang
berbeban lebih. Arus ini dapat menimbulkan pemanasan, dan
berdasarkan ilmu fisika panas yang ditimbulkan sebanding dengan
arus kwadrat kali tahanan peralatan kali waktu terjadinya arus lebih
atau dalam rumus dapat ditulis panas yang timbul ini dapat
mengakibatkan kerusakan isolasi peralatan tersebut.
b. Hubung Singkat.
Semua komponen dari peralatan listrik selalu di isolasi terhadap tanah
disamping itu antar fase juga di isolasi dengan isolasi padat, cair (minyak),
udara, gas (S F 6) ataupun campuran – campurannya.
Sebagai contoh ialah :
 Liltan generator atau motor di isolasi terhadap stator /rotor dengan
menggunakan bahan isolasi mica atau kertas.
 Tarfo di isoalsi dengan kertas dan minyak trafo.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

8

 Kabel diisolasi dengan kertas yang di impregnated dengan minyak
atau di isolasi dengan bahan jenis polyethelen ( PE ) XLPE ataupun
karet.
 Bagian bertegangan pada pemutus beban di isolasi terhadap metal
badannya ataupun terhadap fase lainnya dengan minyak atau sf6.
 Konduktor terbuka yang digunakan pada saluran udara dan rel di
isolasi terhadap tanah dengan isolator sedang antar fase dengan
udara atau sf6 khusus untuk kubikel.

Bahan isolasi tersebut karena umur, sebab mekanis, tegangan lebih
yang melebihi kekuatan isolasi ataupun binatang, benang layang – layang,
dahan pohon serta sebab lain kemampuannya menurun atau tidak mampu
sehingga terjadi pelepasan muatan listrik yang mengakibatkan kerusakan
pada isolasi dan terjadi loncatan bunga api yang segera diikuti busur api
sehingga terjadi hubung singkat dan akan mengalir arus hubung singkat yang
besar dan tegangannya sangat turun.
Apabila arus hubung singkat kemudian berhenti, busur api akan
padam. Bila busur api ini menimbulkan kerusakan yang tetap misalnya pada
bahan isolasi padat atau cair maka gangguan ini disebut gangguan
permanen. Tetapi bila bisir api ini setelah oadam tidak menimbulkan
kerusakan misalnya pada isolasi udara yaitu yang umum terjadi pada saluran
udar tegangan menengah atau tinggi maka gangguan ini disebut gangguan
temporer.
c. Tegangan lebih.
Gangguan tegangan lebih dapat terjadi disebabkan oleh beberapa hal yaitu :
 Petir.
Karena terkumpulnya muatan listrik yang sama yaitu muatan positif
atau negatif maka akan terjadi beda tegangan antara awan dengan
muatan positif dengan awan bermuatan negatif atau awan bermuatan
positif/negatif dengan tanah. Bila beda tegangan ini cukup tinggi maka
akan terjadi loncatan muatan listrik dari awan ke awan atau dari awan
ke tanah. Karena menara (tiang) listrik ini cukup tinggi maka awan
bermuatan yang menuju ke bumi ini ada kemungkinannya akan
menyambar menara atau kawat tanah

dari saluran transmisi dan

mengalir ke tanah melalui menara dan tahahan pentanahan menara.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

9

Bila arus petir ini besar dan tahanan tahanan tanah menara kurang
baik maka akan timbul tegangan tinggi pada menaranya, dalam hal ini
dapat terjadi loncatan muatan dari menara ke penghantar fase. Dalam
hal ini pada penghantar fase ini akan terjadi tegangan tinggi dan
gelombang tegangan tinggi petir yang sering disebut surya petir ini
akan merambat atau berjalan menuju ke peralatan di gardu induk dan
mungkin akan membahayakan isolasi dari peralatan di gardu induk
tersebut.
 Surja hubung .
Membuka atau menutupnya kontak pada pemutus beban umunya
pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi dapat menimbulkan
tegangan transient yang tinggi dan ini dapat menimbulkan kerusakan
isolasi peralatan.
 Pengaruh feranti.
Pada jaringan sistem teganngan tinggi bila tanpa beban atau
bebannya kecil karena adanya beban kapasitif penghantar maka
tegangan diujung saluran akan lebih tinggi dari pada tegangan sisi
pengirimnya. Pada salurannya panjang ditambah adanya kabel tanah
ataupun kabel laut ataupun pada sistem tegangan ekstra tinggi bila
tegangan disisi pembangkit pada tegangan pengenal maka daerah
yang jauh ataupun diujung saluran dapat terjadi tegangan lebih yang
dapat membahayakan bagi peralatan.
 Pengaturan tegangan otomatis.
Pada pelepasan beban yang cukup besar akan terjadi tegangan lebih,
pengatur

tegangan

otomatis

segera

mengembalikan

tegangan

peralatan kekeadaan normal. Tetapi bila pengatur tegangan otomatis
ini terganggu atau rusak maka tegangan lebih ini akan tetap dan hal
ini dapat menimbulkan kerusakan isolasi.
d. Gangguan Stabilitas.
Generator yang tersambung pada sistem ( bekerja paralel ) bekerja serempak
satu sama lainnya. Karena salah satu sebab misalnya terjadinya perubahan
beban besar yang mendadak, terjadinya hubung singkat yang terlalu lama,
maka akan terjadi ayunan putaran rotor sebagian dari generator pada sistem
tersebut (lebih cepat atau lebih lambat dari putaran sinkron). Hal ini dapat
mengakibatkan sebagian generator menjadi motor dan sebagian berbeban
lebih dan hal ini berayun (bergantian), gangguan ini disebut gangguan
stabilitas. Kejadian ini akan terjadi pada sistem tegangan tinggi atau ekstra

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

10

tinggi yang telah luas misalnya pada sistem di jawa. Gangguan ini harus
segera diatasi, dengan cara melepas generator yang terganggu ataupun
melepas daerah yang terjadi hubung singkat secepat mungkin, karena dapat
membahayakan generator itu sendiri atau membahayakan sistemnya.
1.6 Statistik Gangguan
Sebagai gambaran sehubungan dengan gangguan yang terjadi pada
komponen instalasi sistem tenaga disini akan diberikan secara statistik frekwensi
terjadinya gangguan untuk macam – macam peralatan utama dalam sistem tenaga
seperti terlihat pada tabel I, sehingga dapat membantu pertimbangan untuk
perencanaan pengaman.
Tabel I
Frekwensi gangguan untuk macam – macam peralatan utama
Peralatan

% Terhadap Total
50

1. S.U.T.T
2. Kabel Tanah

10

3. Switchargear

15

4. Transformator daya

12

5. Trafo Arus & Trafo tegangan

2

6. Peralatan Kendali

3

7. Lain – lain

8

Dari tabel I diatas terlihat bahwa gangguan pada saluran udara tegangan
tinggi ( SUTT) mempunyai frekwensi gangguan tertinggi yaitu 50% dari total
gangguan. Adapun jenis gangguan pada SUTT dapat dilihat pada tabel II.
Gangguan satu fase ini pada umumnya dimulai dengan adanya loncatan
busur api karena petir yang kemudian mengalir arus gangguan dari sistem ke tanah.
Gangguan ini pada umumnya merupakan gangguan yang temporer. Sedang
besarnya arus gangguan sangat tergantung pada sistem pentanahannya.
Gangguan fase dua pada umumnya karena kawat putus dan mengenai fasa
lainnya.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

11

Tabel I
Frekwensi macam gangguan pada SUTT
Jenis Gangguan
1. Fase ke tanah

% Terhadap Total
85

2. Fase ke fase

8

3. Fase – fase ke tanah

5

4. Fase tiga

2

Gangguan fase tiga biasanya merupakan gangguan fase tiga yang simetris
dan umumnya disebabkan kesalahan operasi dari petugas, misalnya waktu
pemeliharaan atau perbaikan jaringan untuk pengamanannya ketiga fasenya yang
akan diperbaiki diketanahkan. Setelah selesai perbaikan atau pemeliharaan
sipetugas lupa melepas pentanahan tersebut sehingga waktu diberi tegangan
kembali terjadi hubung singkat fase tiga.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB
Badruddin

Ir.

SISTEM DISTRIBUSI

12