analisa sistem tenaga bab 1

Analisa Sistem Tenaga
Sub BAB Pendahuluan

Ainur Rofq Nansur
Jurusan Teknik Elektro Industri
PENS-ITS

Daftar Pustaka
1.
2.
3.
4.
5.
6.

“Element of power system analysis”, W.D.
Stevenson
“Electrical power system, design and analysis”,
MOH. E. EL-Hawary
“Power System Analysis “, C.A. Gross, Second
Edition

“Analisis Sistem Tenaga Listrik”, Sulasno. Ir, Edisi
kedua
Power System Analysis”,Hadi Saadat, 2011
“Modern Power System Analysis”, D P khotari
and I J Nagrath” International Edition

MATERI KULIAH AST
KONSEP-KONSEP DASAR LISTRIK
Daya listrik, aliran daya, sistem 3 phasa, hubungan 
PANJANG SALURAN TRANSMISI

TENAGA LISTRIK

Saluran Transmisi Pendek
Saluran Transmisi Menengah
Saluran Transmisi Panjang
REPRESENTASI SISTEM TENAGA LISTRIK
Komponen-komponen sistem tenaga listrik
Diagram segaris Sistem Tenaga Listrik
diagram impedansi/reaktansi Saluran tenaga listrk

besaran persatuan.
MODEL RANGKAIAN
Matrik [Y Bus],
Matrik [Z Bus]

, Y.

MATERI KULIAH AST
METODE PENYELESAIAN ALIRAN DAYA
Metode gauss-seidel
Metode newton-rhapson
Metode Fast de couplep
 KESTABILAN SISTEM TIGA FASA
Analisis gangguan hubung / singkat
Analisis stabilitas

Pendahuluan
Pada bab ini disampaikan uraian pokok bahasan mengenai sifat atau
karakteristik komponen-komponen pada system tenaga listrik serta
hubungan satu komponen dengan komponen lainnya dalam jaringan tenaga

listrik.
Didalam analisis sistemm tenaga listrik terdapat beberapa masalah utama,
yaitu aliran beban, hubug singkat dan stabilitas termasuk pengaman.
Dalam bahasan aliran beban, beban dan impedansi saluran harus
digambarkan, sedang impedansi dan hubungan netral serta pemutus daya dan
rele tidak diperlukan.
Tetapi pada bahasan hubung singkat dan stabilitas untuk pengaman maka
pemutus daya dan rele harus ditunjukkan, sedangkan beban diabaikan.
Representasi tenaga listrik dengan mengabaikan hal-hal tersebut adalah
ditujukan untuk memudahkan perhitungan. Oleh Karena itu perhitungan
dengan pemakaian menghilangkan hal-hal yang diabaikan adalah kurang
teliti. Perhitungan yang lebih teliti diperoleh dengan melibatkan semua
parameter, jadi tidak ada hal yang diabaikan; dan ini hanya dilakukan dengan
computer.

Pendahuluan
SISTEM TENAGA LISTRIK 
Sistem yang membangkitkan, mengatur, menyalurkan
/ membagi, dan akhirnya yang memakai tenaga listrik.
Bagian utama sistem tenaga listrik

1.Pembangkit
2.Gardu Induk Pembangkit
3.Saluran transmisi
4.Gardu Induk Transmisi
5.Saluran Distribusi
6.Gardu Distribusi
7.Beban (load)

Pembangkitan Tenaga Listrik
Suatu
bagian
sistem
pembangkit
tenaga listrik terdiri dari :
a)
Generator Sinkron Tiga Phasa.
b)
Penguat (exciter).
c)
Sistem pengatur tegangan (voltage

regulator)
yang
sering
dipergunakan
adalah
Automatic
Voltage Regulator (AVR).
d)
Sistem penggerak utama ( prime
mover)
beserta
mekanisme
governor
sebagai
pengaturan
frekuensi.
e)
Tegangan yang dibangkitkan : 13.8-

Gardu Induk

Gardu induk adalah suatu instalasi
yang terdiri dari peralatan listrik yang
berfungsi untuk :
1.
Menaikkan
tegangan
dari
pembangkit ke saluran transmisi
2.
Pengukuran,
pengawasan
operasi
serta
pengaturan,
pengamanan dari sistem tenaga
listrik.
3.
Mengatur penyaluran daya ke
gardu induk distribusi melalui
saluran transmisi .

PENGERTIAN UMUM GARDU INDUK
Gardu induk merupakan sub
system dari system penyaluran
(transmisi) tenaga listrik, atau
merupakan satu kesatuan dari
system penyaluran (transmisi).
Berarti gardu induk merupakan
sub-sub system dari system
tenaga listrik, sebagai sub system
dari system penyulang (transmisi)
gardu induk mempunyai peran
penting dalam pengoprasiannya,
tidak
dapat
dipisahkan
dari
system  penyaluran
(transmisi)
secara keseluruhan.

FUNGSI GARDU INDUK
1.  Mentransformasikan daya listrik :
·  Dari tegangan ekstra tinggi ke tegangan tinggi (500KV/150 KV)
·  Dari tegangan tinggi ke tegangan yang lebih rendah (150 KV/70 KV)
·  Dari tegangan tinggi ke tegangan menengah (150 KV/20 KV, 70 KV/20
KV)
·  Dengan Frequensi tetap (di Indonesia 50 Hz)

2. Untuk pengukuran, pengawasan oprasi serta pengaman dari
system tenaga listrik
3. Pengaturan pelayanan beban ke gardu induk-gardu induk lain
melalui tegangan tinggi dan ke gardu distribusi-gardu distribusi,
setelah melalui proses penurunan tegangan melalui penyulangpenyulang (feeder-feeder) tegangan menengah yang ada di
gardu induk.
4. Untuk sarana telekomunikasi (pada umumnya untuk internal
PLN), yang kita kenal dengan istilah SCADA.

KOMPONEN GARDU INDUK












Komponen Gardu Induk

Komponen Gardu Induk

Switch yard (switchgear) :
transformator daya
Neutral grounding resistance
(ngr) :
circuit breaker (cb) :

Disconnecting switch (ds) :
Lightning arrester (la) :
current transformator (ct) :
Potential transformator (pt)
 transformator pemakaian
sendiri (tps) :



Rel busbar :



Gedung kontrol (control
building) :



Panel kontrol :



Panel proteksi :



Sumber dc gardu induk :



panel ac/dc gardu induk :



Cubicle 20 kv (hv cell 20 kv)
:



Sistem proteksi :



Komponen listrik
penunjang :

Saluran Transmisi
Sistem Saluran Transmisi tegangan
tinggi dan extra tinggi dapat terdiri
dari :
a) Trafo penaik tegangan,
b) trafo penurun tegangan
c)
Saluran transmisi sistem tiga
phasa,
d) peralatan relai pengaman
e) pemutus
rangkaian, kapasitor
statis dan reactor parallel.
f)
Tegangan : 34.5 sampai 765 Kv
g) Transformator pengatur daya aktif

Gardu Induk Distribusi
Gardu induk distribusi harus memenuhi
persyaratan sebagai berikut
 Operasi,yaitu dalam segi perawatan dan
perbaikan mudah
 Flexsibel
 Konstruksi sederhana dan Kuat
 Memiliki
tingkat keandalan dan daya
guna yang tinggi
 Memiliki tingkat keamanan yang tinggi

Gardu Induk Distribusi
Fungsi utama dari gardu induk :
 Untuk mengatur aliran daya listrik
dari saluran transmisi ke saluran
saluran distribusi yang kemudian
didistribusikan ke Gardu distribusi
 Sebagai tempat control
 Sebagai pengaman operasi system
 Sebagai
tempat
untuk
menurunkan tegangan transmisi
menjadi tegangan distribusi

Gardu induk distribusi
Perlengkapan Gardu Induk
 Lightning Arrester  /   LA
 Transformator
instrument
atau
Transformator ukur
 Transformator Tegangan Transformator Arus.
 Transformator
Bantu
(Auxilliary
Transformator).
 Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting
Switch (DS).
 Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit
Breaker (CB).
 Sakelar Pentanahan atau Earthing Switch.
 Peralatan SCADA dan Telekomunikasi
 Rele
Proteksi
dan
Papan
Alarm
(Announciator).
 Kompensator.

Saluran Distribusi


Dari saluran
transmisi, tegangan diturunkan lagi
menjadi 20 kV dengantransformator
penurun tegangan pada gardu induk
distribusi, kemudian dengan
sistem tegangan tersebut penyaluran
tenaga listrik dilakukan oleh saluran
distribusi primer. Dari saluran distribusi
primer inilah gardu-gardu
distribusi mengambiltegangan untuk
diturunkan tegangannya dengan trafo
distribusi menjadi sistem tegangan
rendah, yaitu 220/380 Volt. Selanjutnya
disalurkan oleh saluran distribusi
sekunder ke konsumen-konsumen. Dengan
ini jelas bahwa sistem
distribusimerupakan bagian yang penting
dalam sistem tenaga listrik secara
keseluruhan. 

Saluran Distribusi
Sistem
Distribusi merupakan
bagian
dari sistem
tenaga
listrik. Sistem
distribusi ini berguna untuk menyalurkan
tenaga listrik dari sumber daya listrik besar
(Bulk Power Source) sampai ke konsumen.  
Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah: 
1) pembagian atau penyaluran tenaga
listrik ke beberapa tempat (pelanggan 
2)
merupakan
sub sistem
tenaga
listrik yang langsung berhubungan dengan
pelanggan, karena catu daya pada pusatpusat beban (pelanggan) dilayani langsung
melalui jaringan distribusi. 

Saluran Distribusi
ruang
lingkup
Jaringan
Distribusi
adalah:
a. SUTM, terdiri dari : Tiang dan
peralatan kelengkapannya, konduktor
dan peralatan perlengkapannya, serta
peralatan pengaman dan pemutus. 
b. SKTM, terdiri dari : Kabel tanah,
indoor dan outdoor termination dan
lain-lain.
c. Gardu
trafo,
terdiri
dari
:
Transformator, tiang, pondasi tiang,
rangka tempat trafo, LV panel, pipapipa pelindung, Arrester, kabel-kabel,
transformer
band,
peralatan
grounding,dan
lain-lain. 
d. SUTR dan SKTR, terdiri dari: sama
dengan perlengkapan/material pada
SUTM dan SKTM. Yang membedakan
hanya dimensinya. 

Gardu Distribusi
Pada Gardu distribusi Sistem tenaga listrik terdiri
dari
a)

SUTM 20 KV

b)

Fuse Cut Of

c)

Transformator daya step down tiga phasa
hubungan  -Y 20kV/380V

d)

Pengaman Utama dan Jurusan

e)

PHB (panel hubung bagi)

f)

Lighting Aresster (LA)

g)

Fuse Utama

h)

Fuse Jurusan

i)

j)

Feeder-feeder yang menghubungkan
bermacam-macam beban (Konsumen)
Pembumian /Grounding

Saluran System Tenaga
Listrik
Sistem Tenaga Listrik

Beban (Load)
Beban Berdasarkan Jenisnya :
Beban linier
Beban Non linier
Beban Berdasarkan sifatnya
Beban besifat Unity
Beban besifat induktif
Beban besifat induktif murni
Beban besifat kapasitif
Beban besifat kapasitif murni
Beban Berdasarkan sifatnya
Beban Statis
Beban Dinamis

Beban Linear


Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban
yaitu beban linear dan beban non linear. Beban
linear ialah beban yang memberikan bentuk
gelombang keluaran yang linear, artinya beban itu
tidak menarik gelombang arus yang non sinusoidal
pada saat beban tersebut dipasok oleh sumber
tegangan sinusoidal sehingga arus yang mengalir
sebanding dengan impedansi dan perubahan
tegangan. Beberapa contoh dari beban linear ialah
lampu pijar, pemanas dan resistor. Gambar
dibawah ini merupakan contoh bentuk gelombang
arus dan tegangan dengan beban linear.

Gelombang Tegangan dan Arus
dengan Beban Linear

V, I

Tegangan

Arus linear

t

Beban Linier


Secara rangkaian listrik, misalnya ; suatu
rangkaian 3 fasa 4 kawat yang memasok beban
linear, dimana tegangan beban adalah fasa ke
netral dengan besar tegangan yang sama dan
berbeda sudut fasa 1200 antar fasanya, seperti
terlihat pada gambar di bawah ini.
R

Ir

Beban
Z

S

Is

Beban

R

Z

T

It

Beban
Z

In

T

S

Beban Linier
Pada saat beban seimbang, maka nilai arus
pada setiap fasa sama dan beda sudut fasa
satu sama lain 1200. Pada keadaan beban
seimbang seperti ini dapat dikatakan bahwa
beban merupakan beban linear, sehingga arus
di kawat netral sama dengan nol.
I R + IS + IT = I N = 0
VR = V 00‫ ے‬
VS = V 0120‫ ے‬
VT = V

0

240‫ ے‬

Beban Non Linear


Beban non linear ialah beban yang menarik
gelombang arus tidak sinusoidal pada saat
dipasok sumber tegangan sinusoidal sehingga
mengakibatkan bentuk gelombang keluarannya
tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap
setengah siklus, sehingga bentuk gelombang
arus maupun tegangan keluaran tidak sama
dengan gelombang masukannya (mengalami
distorsi). Gambar dibawah ini merupakan
contoh bentuk gelombang arus dan tegangan
dengan beban tidak linear.

Gelombang Tegangan dan Arus dengan Beban Non Linear

V, I

Tegangan

Arus beban non linear

t

Beban Non Linear





Apabila beban bersifat tidak linear maka
arus
fasa
mengandung
komponen
harmonisa, sehingga arus di kawat
netral tidak sama dengan nol meskipun
dalam keadaan beban seimbang.
IR + IS + IT ≠ 0
Berikut ini beberapa contoh beban non
linear yang banyak dipergunakan baik
untuk keperluan rumah tangga maupun
industri. Perhatikan gambar dibawah ini

Beban Non Linier

Beban
non linear

Peralatan dengan
Ferromagnetik

Transformator
Ballas magnetik
Motor induksi, dll.

Peralatan yang
menggunakan
busur api listrik

Lampu Fluoresens
Televisi
Monitor, dll

Konverter
Elektronik

Penyearah (rectifier)
Charger
Ballast Elektronik, dll.

Jenis – jenis beban non linear








Beban non linear dibagi menjadi 3 kelompok
(seperti yang di tunjukkan pada gambar diatas
yaitu :
Peralatan ferromagnetik, contohnya : transformator,
ballast, motor induksi dan lain-lain.
Paralatan yang menggunakan busur api listrik
(arcing devices), contohnya ; lampu fuoresens,
televisi, monitor dan lain-lain.
Peralatan
konverter
elektronik
(electronic
converters), contohnya ; penyearah
(rectifer),
charger, ballast elektronik, inverter, UPS, DC-DC
Converter , AC to AC Controller