bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Tenaga Listrik
Sistem Tenaga Listrik dikatakan sebagai kumpulan/gabungan yang terdiri
dari komponen-komponen atau alat-alat listrik seperti generator, transformator,
saluran transmisi, saluran distribusi dan beban yang saling berhubungan dan
merupakan satu kesatuan sehingga membentuk suatu sistem. Sistem tenaga listrik
terdiri atas tiga bagian utama yaitu:
1. Bagian Pembangkitan, meliputi :


Generator
Gardu Induk Pembangkitan
2. Bagian Penyaluran / Transmisi Daya, meliputi :



Saluran Transmisi
Gardu Induk
Saluran Sub-transmisi
3. Bagian Distribusi dan Beban, meliputi :





Gardu Induk Distribusi
Saluran Distribusi Primer
Gardu Distribusi
Saluran Distribusi Sekunder
Beban Listrik / Konsumen
Dari ketiga sistem tersebut, sistem distribusi merupakan bagian yang
letaknya paling dekat dengan konsumen, fungsinya adalah menyalurkan energi
listrik dari suatu Gardu Induk distribusi ke konsumen. Penyaluran energi listrik
dari pusat pembangkit sampai ke konsumen dapat digambarkan seperti gambar di
bawah ini mencakup ketiga unsur dari tiga komponen utama sistem tenaga listrik.
6
7
Unit
Pembangkitan
Unit
Transmisi
Gardu Induk
distribusi
Unit Distribusi
Trf
PMT
PMT
Pemutus
Tenaga
G
Transformator

Generator

Konsumen Besar

Distribusi Distribusi
sekunder Primer
Konsumen Umum
Gambar 2.1 Diagram Satu Garis Sistem Tenaga istrik
Sumber : Modul ajar Instalasi Tegangan Menengah
Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi maka
sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) sebagai pusat beban untuk
diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan (step down
transfomer) menjadi tegangan menengah atau yang juga disebut sebagai
tegangan distribusi primer. Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN
adalah 20 kV, 12 kV dan 6 kV. Kecenderungan saat ini menunjukkan bahwa
tegangan distribusi primer PLN yang berkembang adalah 20 kV.
Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke
pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi
membagikan tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran
tegangan rendah. Pada Gardu Induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian
dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan menengah 20 kV.
Melalui trafo distribusi yang terbesar di berbagai pusat beban, tegangan distribusi
primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 Volt yang akhirnya
diterima pihak pemakai.
2.2
Sistem Jaringan Distribusi
Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem
distribusi ini berperan sebagai distributor energi ke konsumen yang membutuhkan
energi listrik. Jadi fungsi distribusi tenaga listrik adalah:
8
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 pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani
langsung melalui jaringan distribusi.
Secara umum, saluran tenaga listrik atau saluran distribusi dapat
diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Menurut nilai tegangannya :
a. Saluran Distribusi Primer, terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu
antara titik sekunder trafo substation (GI) dengan titik primer trafo
distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 kV.
b. Saluran Distribusi Sekunder, terletak pada sisi sekunder trafo distribusi,
yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban, sluran itni
merupakan suatu jaringan tegangan rendah 380/220 Volt.
Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting
dalam sistem tenaga listrik secara keseluruhan
Tegangan distribusi yang digunakan di indonesia :

20 KV : Tegangan antar fasa pada JTM

380 V : Tegangan antar fasa JTR

220 V : Tegangan antar fasa ke nol pada JTR
2. Menurut bentuk tegangannya :
a. Saluran Distribusi DC (Direct Current) menggunakan sistem tegangan
searah.
b. Saluran Distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem
tegangan bolak-balik.
3. Menurut jenis/tipe konduktornya :
a. Saluran Udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan
b. Saluran Bawah Tanah, dipasang di dalam tanah, dengan menggunakan
kabel tanah (ground cable).
9
c. Saluran Bawah Laut, dipasang di dasar laut dengan menggunakan kabel
laut (submarine cable).
Gambar 2.2 Tiga Komponen Utama Penyaluran Tenaga Listrik
Sumber : Jaringan Distribusi Tenaga Listrik – Univ.Sumut
Seperti yang sudah dijelaskan di atas bahwa tenaga listrik diturunkan
tegangannya dengan menggunakan trafo distribusi (step down transformer)
menjadi tegangan rendah dengan tegangan standar 380/220 Volt atau 220/127
Volt dimana standar tegangan 220/127 Volt pada saat ini tidak diberlakukan
lagi dilingkungan PLN. Tenaga listrik yang menggunakan standar tegangan
rendah ini kemudian disalurkan melalui suatu jaringan yang disebut Jaringan
Tegangan Rendah yang sering disingkat JTR.
Merupakan sistem tenaga yang diawali dari sisi tegangan menengah pada
GI (GI – Sekunder) sampai dengan tiang akhir jaringan distribusi tegangan rendah
yang berfungsi untuk mendistribusikan tenaga listrik pada pemanfaat tenaga
listrik.
Jaringan tegangan menengah atau jaringan distribusi primer yaitu
jaringan tenaga listrik yang keluar dari GI, menurut letaknya dibedakan baik
berupa saluran udara atau saluran bawah tanah yang menggunakan standar
tegangan menengah dikatakan sebagai Jaringan Tegangan Menengah yang
sering disebut dengan singkatan JTM.
10
Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari
gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat mengguna kan
saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan
diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini
yang
direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat
beban. Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer.
Jaringan tegangan menengah berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik
dari pembangkit atau gardu induk ke gardu distribusi. Jaringan ini dikenal dengan
feeder atau penyulang. Tegangan menengah yang digunakan PT. PLN adalah 12
kV dan 20 kV antar fasa (VL-L). Saluran distribusi primer menurut jenisnya terdiri
dari sistem radial, sistem loop, sistem spindle, dan lain-lain. Pemilihan tergantung
pada tingkat kepentingan beban yang dilayani.
2.3
Konfigurasi jaringan
Keandalan pemasokan daya merupakan tuntutan mutlak pelanggan untuk
itu diantisipasi dengan penyusunan pola jaringan distribusi yang sesuai dengan
tingkat keandalan yang diinginkan. Tidak semua pelanggan harus dilayani dengan
sistem yang mahal, tetapi pelanggan penting (industri usaha, rumah sakit dan lainlain) harus mendapat tingkat keandalan yang tinggi. Jaringan pada sistem
distribusi tegangan menengah (primer 20 kV) dapat dikelompokkan menjadi lima
model, yaitu :
1. Jaringan Pola Radial
2. Jaringan Pola Lingkar (loop)
3. Jaringan Spindel
4. Jaringan Hantaran Penghubung (tie lines)
5. Sistem Gugus dan Kluster
11
Di Indonesia ada 2 konfigurasi jaringan tegangan menengah, yaitu :
1. Sistem radial (di-supply hanya 1 sumber tegangan. secara ekonomis murah
tetapi kurang handal, karena hanya 1 sumber tegangan, apabila terjadi
gangguan maka akan padam).
2. Sistem loop/spindel (di-supply 2 sumber tegangan. secara ekonimis mahal
tetapi handal, karena bisa dimanuver ke sumber tegangan yang lain apabila
sumber tegangan awalnya terjadi gangguan)
Dibawah ini terdapat penjelasan lebih tentang beberapa jenis konfigurasi
jaringan yang umum diterapkan, sebagai berikut :
2.3.1
Jaringan Radial
Konfigurasi jenis ini adalah konfigurasi jaringan yang paling sederhana,
paling murah pembangunannya juga banyak digunakan. Dinamakan radial karena
saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik yang merupakan sumber dari
jaringan itu dan dicabang-cabangkan ke titik beban yang dilayani. Suplai daya
biasanya berasal dari satu sumber tenaga listrik, sehingga arus yang mengalir pada
saluran tidak merata sepanjang saluran sehingga luas penampang konduktor pada
jaringan radaial ini ukurannya tidak sama. Pada jaringan radial cabang dari feeder
lateral disebut feeder sublateral. Untuk daerah yang jauh ditarikkan saluran
cabang yang disebut saluran lateral. Arus yang paling besar mengalir pada
jaringan adalah yang paling dekat dengan Gardu Hubung, yang akan semakin
berkurang dengan semakin jauh jaraknya, sehingga memungkinkan untuk
memperkecil luas penampang dari penghantar.
12
Gambar 2.3 Konfigurasi Jaringan Radial
Sumber : Tipe-Tipe Jaringan Distribusi Tegangan Menengah 20 kV
Saluran primer utama bercabang-cabang menjadi saluran lateral, yang
kemudian terbagi lagi menjadi sub-lateral untuk melayani trafo-trafo distribusi.
Namun, keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya.
Kelemahan dalam hal kualitas dan kontinyuitas penyaluran daya, dimana rugi-rugi
saluran cukup tinggi. Bila terjadi gangguan akan mengakibatkan jatuhnya
sebagian besar bahkan keseluruhan sistem. Hal tersebut disebabkan karena hanya
terdapat satu jalur utama yang menyuplai gardu distribusi. Kerugian lain yaitu
mutu tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini
dikarenakan jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.
Untuk melokalisir gangguan pada bentuk radial ini biasanya dilengkapi
dengan peralatan pengaman, fungsinya untuk membatasi daerah yang mengalami
pemadaman total, yaitu daerah saluran sesudah atau di belakang titik ganggguan
selama gangguan belum teratasi.
13
Gambar 2.4 Radial type Primary Feeder
Sumber : Electric Power Distribution System engineering
Pada perkembangannya muncul modifikasi jaringan distribusi primer
radial. Antara lain radial dengan tie dan switch pemisah untuk memulihkan
dengan cepat penyaluran ke konsumen dari bagian switch yang tidak terganggu.
Gangguan dapat terisolasi dengan membuka perangkat disconnecting yang terkait
di setiap sisi bagian gangguan. Untuk mengamankannya digunakan fuse, recloser,
pemutus beban atau switch pemisah pada saluran.
2.3.2
Jaringan Pola Lingkar (loop)
Pada
Jaringan
Tegangan
Menengah
Struktur
Lingkaran
(loop)
dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga dengan
demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.
14
Gambar 2.5 Konfigurasi Jaringan Loop
Sumber : Tipe-Tipe Jaringan Distribusi Tegangan Menengah 20 Kv
2.3.1.1 Jaringan Spindle
Spindle adalah suatu pola jaringan khusus yang ditandai dengan adanya
sejumlah kabel keluar dari suatu Gardu Induk / Gardu Hubung yang disebut Out
Going Cable menuju ke arah suatu titik temu yang disebut Gardu refleksi.
Gambar 2.6 Konfigurasi Jaringan Spindle
Sumber : Tipe-Tipe Jaringan Distribusi Tegangan Menengah 20 Kv
15
Satu spindle terdiri dari maksimum 6 (enam) buah kabel. Kabel kerja
sepanjang kabel ini tersambung dengan Gardu Distribusi dan satu kabel cadangan
(express feeder) sama sekali tidak tersambung dengan Gardu Distribusi.
2.4 Sistem Jaringan Distribusi Tegangan Menengah
Konstruksi jaringan tegangan menengah ada 2, yaitu : SUTM (udara)
dan SKTM (tanah). Saluran sering disebut SUTM untuk jaringan tegangan
menengah yang menggunakan saluran kabel udara dan SKTM untuk jaringan
tegangan
menengah yang menggunakan saluran kabel tanah.
Penggunaan jaringan listrik dengan sarana kabel tanah akan mempunyai
nilai estetika yang lebih baik dari pada menggunakan saluran udara kawat terbuka
sehingga pemilihan sarana dengan saluran kabel tanah cocok untuk dipergunakan
di daerah-daerah perkotaan yang padat dengan bangunan. Dengan berkurangnya
jaminan keselamatan umum dan lingkungan disekitar saluran udara dan
berkurangnya nilai estetika yang diharapkan pihak pemerintah dan masyarakat.
penggunaan saluran-saluran udara tidak mungkin lagi diterapkan
kembangkan di kota-kota besar
atau di
16
Gambar 2.7 Diagram Satu Garis Sistem Jaringan Distribusi
Sumber : Electric Power Distribution System Engineering
Biaya investasi yang lebih tinggi untuk penggunaan saluran dengan sarana
kabel tanah dibandingkan dengan menggunakan saluran udara kawat terbuka dan
beberapa kendala yang menyurutkan perusahaan dari pemilihan saluran kabel.
Saluran kabel tidak terpengaruh dengan kondisi-kondisi diluar saluran sehingga
tingkat keandalan sistem akan menjadi lebih tinggi, hanya kabel yang tercangkul,
terseret tanah longsor sambungan atau terminasi yang gagal yang sering tercatat
sebagai gangguan pada saluran kabel selain itu hampir tidak ada catatan gangguan
pada sarana dengan saluran kabel. Namun demikian, sampai saat ini khususnya
untuk jaringan tegangan menengah (JTM) pemilihan sarana dengan saluran udara
kawat terbuka masih merupakan pilihan yang banyak dipergunakan PT PLN
terutama untuk mensuplai tenaga listrik ke luar kota (pedesaan). Dimana hal ini
dengan mudah dapat dilihat secara nyata.
Penggunaan sistem kabel bawah tanah (underground cable) biasanya
dijumpai pada bangunan-bangunan yang lokasinya ramai dan membahayakan
17
apabila mempergunakan hantaran udara (overhead lines), tapi gardu distribusi
yang terbuat dari beton dan metal clad, kabel tanah dipakai untuk saluran dari rak
pembagi tegangan rendah ke tiang pertama. Penggunaan hantaran udara (overhead
sangat cocok dan sesuai untuk gardu tiang, karena pemasangan gardu tiang
lines)
tidak memerlukan tempat yang luas.
Salah satu penyaluran daya saluran distribusi adalah Saluran Udara
Tegangan
Menengah (SUTM) 20 kV. Penyaluran daya listrik Saluran Udara
Tegangan Menengah (SUTM) yang melalui daerah dengan potensi sambaran petir
cukup tinggi dapat terkena sambaran petir. Pada Saluran Udara Tegangan
Menengah (SUTM) gangguan petir akibat sambaran tidak langsung atau sambaran
induksi yang terjadi dapat diabaikan. Gangguan petir akibat sambaran induksi ini
lebih banyak terjadi dibandingkan dengan gangguan kilat akibat sambaran
langsung.
2.4.1
Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)
Saluran Udara (Overhead Lines), saluran yang menyalurkan energi listrik
melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antara menara atau tiang.
SUTM merupakan jaringan kawat tidak berisolasi dan berisolasi. Bagian
utamanya adalah tiang (beton, besi), Cross arm dan konduktor. Konduktor yang
digunakan adalah aluminium (AAAC), berukuran 240 mm2, 150 mm2, 70 mm2
dan 35 mm2.
2.4.1.1 Peralatan Konstruksi SUTM
Peralatan Konstruksi untuk SUTM diantaranya :
1. Tiang Listrik
Tiang listrik untuk SUTM biasanya terdiri dari tiang tunggal, kecuali
untuk gardu tiang memakai tiang ganda. Pemasangan tiang biasanya dipasang di
tepi jalan baik jalan raya maupun gang. Tiang besi berangsur-angsur diganti
dengan tiang beton.
18
2. Lengan Tiang (Cross Arm)
Cross Arm dipakai untuk menjaga penghantar dan peralatan yang perlu
dipasang diatas tiang. Material Cross Arm terbuat dari besi. Cross Arm dipasang
pada tiang. Pada Cross Arm dipasang baut-baut penyangga isolator dan peralatan
lainnya, biasanya Cross Arm ini dibor terlebih dahulu untuk membuat lubanglubang baut.
3. Isolator
Isolator adalah alat untuk mengisolasi penghantar dari tiang listrik atau
Cross Arm. Jenis-jenis isolator yang digunakan biasanya dipakai untuk SUTM
adalah isolator tumpu, biasanya dipasang pada tiang penyangga.
2.4.1.2 Keuntungan dan Kerugian Hantaran Udara
Beberapa keuntungan dan kerugian sistem hantaran udara :

Keuntungan :
1. Pemasangan lebih mudah dibandingkan dengan sistem hantaran kabel
bawah tanah.
2. Pemeliharaan jaringan lebih mudah dibandingkan dengan sistem kabel
bawah tanah.
3. Mudah dalam perbaikan.
4. Biaya pemasangan jauh lebih murah.
5. Mudah dalam mengetahui letak gangguan atau lokasi gangguan
langsung dapat dideteksi.
6. Mudah untuk perluasan jaringan.

Kerugian :
1. Mudah mendapat gangguan. karena berada diruang terbuka, maka
cuaca sangat berpengaruh terhadap kehandalannya, seperti gangguan
hubungan singkat, gangguan tegangan bila tersambar petir, dan
gangguan lainnya.
19
2. Dari segi estetika/keindahan kurang, sehingga saluran ini bukan
pilihan yang ideal untuk di dalam kota.
3. Pencurian melalui jaringan mudah dilakukan.
2.4.2
Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM)
Saluran kabel bawah
tanah (underground
cable), saluran
yang
menyalurkan
energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah. Kabel
yang
digunakan adalah berisolasi XLPE. Kabel ini ditanam langsung di tanah
pada kedalaman tertentu dan diberi pelindung terhadap pengaruh mekanis dari
luar. Kabel tanah ini memiliki isolasi sedemikian rupa sehingga mampu menahan
tegangan tembus yang ditimbulkan. Dibandingkan dengan kawat pada SUTM
maka kabel tanah banyak memiliki keuntungan diantaranya tidak mudah
mengalami gangguan baik oleh cuaca dan binatang, tidak merusak estetika
(keindahan) kota, dan pemeliharaannya hampir tidak ada.
2.4.2.1 Peralatan Konstruksi SKTM
Peralatan konstruksi untuk SKTM diantaranya :
1. Kabel
Jenis kabel tegangan menengah adalah :
a. Poly Vinil Chlorida (PVC)
Digunakan untuk tegangan rendah dan tegangan menengah sampai 12
KV.
b. Poly Ethylene (PE)
Digunakan untuk tegangan diatas 10 kV. Contoh : CPT dan VIC
c. X Cross Linked Poly Ethylene (XLPE)
Contoh : CVC5ZV
2. Jointing
3. Termination
4. Sepatu kabel (Schoen cable)
5. Instalasi Pembumian
20
2.4.2.2 Keuntungan dan Kerugian SKTM
Kategori saluran seperti ini adalah favorit untuk pemasangan didalam kota,
karena berada didalam tanah maka tidak mengganggu keindahan kota dan juga
mudah terjadi gangguan akibat kondisi cuaca atau kondisi alam. Namun
tidak
tetap memiliki kekurangan, antara lain mahal dalam instalasi dan investasi, serta
sulitnya menentukan titik gangguan dan perbaikannya. Beberapa keuntungan dan
kerugian hantaran bawah tanah:

Keuntungan :
1. Tidak mudah mengalami gangguan.
2. Faktor keindahan lingkungan tidak terganggu.
3. Tidak mudah dipengaruhi keadaan cuaca, seperti : cuaca buruk, taufan,
hujan angin, bahaya petir dan sebagainya.
4. Faktor terhadap keselamatan jiwa terjamin.

Kerugian :
1. Biaya pembuatan mahal.
2. Gangguan biasanya bersifat permanent.
3. Pencarian lokasi gangguan jauh lebih sulit dibandingkan menggunakan
sistem hantaran udara.
2.5
Parameter SUTM dan SKTM
Suatu jaringan mempunyai empat parameter yang mempengaruhi untuk
memenuhi fungsinya sebagai bagian dari suatu sistem tenaga, yaitu : resistansi,
induktansi, kapasitansi, dan konduktansi. Parameter ke empat yaitu konduktansi
terjadi antar konduktor atau antara konduktor dengan tanah (ground).
Konduktansi menghitung arus bocor pada isolasi saluran udara dan melalui
insulasi kabel. Sejak kebocoran di insulator pada saluran udara dapat diabaikan,
konduktansi antar konduktor pada saluran udara pun biasanya diabaikan.
21
2.5.1
Resistansi (R)
Resistansi penghantar saluran distribusi merupakan penyebab rugi daya
terpenting dalam suatu saluran distribusi.
1. Resistansi DC
Resistansi dari suatu penghantar akan menentukan nilai efisiensi dalam
menyalurkan
energi listrik. Nilai resistansi dari suatu penghantar dipengaruhi oleh
frekuensi,
pilinan, dan tempertur.
Resistansi efektif sama dengan resistansi arus searah pada penghantar
hanya jika sebaran arus diseluruh penghantar seragam. Tahanan arus searah dari
sebuah konduktor adalah:
RDC =
Dimana :
Ω ……………….......……..……………..…..(2.1)
𝜌
= resistivitas penghantar
l
= panjang
A
= luas penampang
RDC
= tahanan arus searah
Nilai resistansi DC tergantung pada suhu, apabila persamaan diatas
dilakukan pada suhu 20°C maka untuk menghitung pada suhu lebih dari 20°C
dapat menggunakan rumus :
RDC = RDC 20°C (1+ α t) (Ω/Km)……………………....(2.2)
Dimana :
RDC 20°C = Resistansi DC pada suhu 20°C (Ω/Km)
α
= Koefisien penghantar
t
= Kenaikan suhu
2. Resistansi AC
Pada sistem AC arus yang mengalir tidak merata, arus kecenderungan
mengalir pada bagian terluar penampangsehingga timbul efek kulit (skin effect).
Hal ini menyebabkan resistansi AC akan lebih besar dari resistansi DC. Dengan
22
mengetahui resistansi DC, maka resistansi AC dapat dihitung dengan rumus
dibawah ini.
RAC = K . RDC ..........................................................(2.3)
Dimana :
RAC
= Resistansi AC (Ω/km)
RDC
= Resistansi DC (Ω/km)
K
= Konstanta
Untuk nilai K dapat diperoleh dari data tabel berikut ini.
Tabel 2.1 Skin effect
X
K
X
K
X
K
X
K
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,00000
1,00000
1,00001
1,00004
1,00013
1,00032
1,00067
1,00124
1,00212
1,00340
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
1,00519
1,00758
1,01071
1,01470
1,01969
1,02582
1,03323
1,04205
1,05240
1,06440
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
1,07816
1,09375
1,11126
1,13069
1,15207
1,17538
1,20056
1,22753
1,25620
1,28644
3,0
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
1,31809
1,35102
1,38504
1,41999
1,45570
1,49202
1,52879
1,56587
1,60314
1,64051
Sumber : Transmission & Distribution Referrence
Keterangan tabel : Nilai X dapat diperoleh dari persamaan berikut.
X = 0,050133 .
Dimana :
.................................................(2.4)
µ : Permeability = 1 untuk material non magnetic
f : Frekuensi (Hz)
2.5.2
Induktansi (L)
Induktansi pada suatu penghantar dapat berasal dari penghantar tersebut
maupun dari penghantar lain yang berdekatan. Induktansi pada saluran dapat
dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
..................................................(2.5)
23
.............................................................(2.6)
Dimana
:
= Induktansi (H/km)
XL
= Reaktansi Induktif (Ω/km)
= geometric mean radius dari penghantar (mm)
= geometric mean distance (mm)
untuk saluran 3 fasa .............................(2.7)
=
f
= Frekuensi (Hz)
2.5.3
Kapasitansi (C)
Berbeda dengan SUTM, pada sistem SKTM selain menghitung nilai R dan
L juga menggunakan kapasitor untuk menghitung nilai C nya (kapasitansi).
Kabel-kabel bawah tanah dengan tiga konduktor yang dibungkus dengan lapisan
timah atau alumunium. Pada kabel 3 inti, pembungkusnya berada pada potensial
dari bumi dan ketiga konduktornya berada pada potensial dari sumber. Ada 6
kapasitansi yang terjadi diantara sistem ini yaitu : 3 kapasitansi terjadi di antara
lapisan pembungkus konduktor dan 3 kapasitansi diantara konduktor-konduktor.
Rumus :
Cx = 3 C1
Cy = C1 + 2 C2
C0 = C1 + 3 C2 = 1,5Cy – (1/6)Cx
[µF / Km]……………(2.8)
C0 =
µF/fasa/Km…………………………………...…. (2.9)
C=
Dimana :
d
= diameter konduktor
T
= ketebalan konduktor
t
= ketebalan kulit pelindung
24
din
= garis tengah isolasi diatas (overhead)
dc
= garis tengah penghantar
ε
= koefisien bahan dielektris (rata-rata 3,6 untuk isolasi
Kapasitansi yang terdapat pada kabel tiga inti tanpa pelindung dapat
kertas diredam minyak)
dilihat di gambar dibawah ini.
Gambar 2.8 Kapasitansi dari kabel tiga inti
Sumber : Perencanaan SKUTM Univ.Petra
Dimana : C1
C2
= kapasitansi pembungkus ke konduktor
= kapasitansi konduktor ke konduktor
Pada dasarnya parameter-parameter kabel seperti R, L dan C dapat
dihitung dengan perhitungan di atas, namun kita bisa langsung melihat pada data
kabel karena sudah banyak produsen kabel yang menyertakan spesifikasi kabel.
Lebih disarankan menggunakan data yang terdapat pada spesifikasi kabel pabrik
untuk menghindari kesalahan dalam perhitungan menggunakan rumus.
2.5.4 Impedansi (Z)
Saluran distribusi dalam mengirimkan energi listrik akan memiliki
impedansi yang akan mempengaruhi aliran arus listrik. Impedansi saluran
merupakan besaran yang penting dalam perhitungan hubung singkat drop
tegangan dan aliran daya pada sebuah saluran tenaga listrik. Impedansi
merupakan perbandingan antara tegangan terhadap arus.
25
.........................................................................(2.10)
Dimana : Z
= Impedansi (Ω/km)
V
= Tegangan (volt)
I
= Arus (Ampere)
Impedansi Suatu saluran dapat dituliskan,
Z = R + jX
Dimana : Z
= Impedansi
R
= Reaktansi
X
= Raktansi
2.6 Penghantar Jaringan Tegangan Menengah
Konduktor berfungsi memindahkan energi listrik dari suatu tempat ke
tempat yang lain. Bahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi
persyaratan-persyaratan sebagai berikut :
-
Konduktifitasnya cukup baik.
-
Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.
-
Koefisien muai panjangnya kecil.
-
Modulus kenyalnya (modulus elastisitet) cukup besar.
Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain :
-
Logam biasa seperti tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya
-
Logam campuran (alloy) adalah tembaga atau aluminium yang diberi
campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain yang gunanya
untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.
-
Logam paduan (composite) yaitu dua jenis logam atau lebih yang
dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan
(welding).
26
2.6.1
Spesifikasi Penghantar Udara
Menurut SPLN 56-2_1994, jenis penghantar Saluran Listrik Tegangan
Menengah (SLTM) untuk penghantar udara terdiri dari :
a. Penghantar udara AAAC, sesuai SPLN 41-8.
b. Penghantar udara berselubung AAAC-S, sesuai 41-10.
2.6.1.1 AAAC ( All Allumunium Alloy Conductor )
Merupakan penghantar aluminium campuran. Kabel tambaga jenis ini
mempunyai
ukuran antara 16 - 500 mm2, dengan bentuk fisiknya berurat banyak.
Gambar 2.9 Konstruksi Alumunium Campuran (AAAC)
Sumber : SPLN 41-8_1981
Spesifikasi ini meliputi hantaran aluminiun campuran (MAC), untuk
saluran udara tegangan rendah maupun tegangan menengah, diregangkan pada
isolator-isolator diantara tiang-tiang yang khusus untuk maksud ini . Hantaran ini
terbuat dari kawat-kawat alumuniun campuran yang dipilin, tidak berisolasi dan
tidak berinti.
Ukuran diameter kawat : 1,50 sampai dengan 4,50 mm.
Kode pengenal
Contoh : AAAC 50 7/3
27
Menyatakan suatu hantaran alumunium keras yang dipilin bulat, tidak
berisolasi dan tidak berinti baja, berluas penampang nominal 50 mm2 yang terdiri
dari pilinan 7 helai kawat alumunium yang masing-masing berdiameter nominal 3
mm. 2.6.1.2 AAC ( All Allumunium Conductor )
Gambar 2.11 Hantaran Alumunium (AAC)
Sumber : SPLN 41-6_1981
Spesifikasi ini meliputi hantaran alumunium campuran (AAC), untuk
saluran udara tegangan rendah maupun tegangan menengah, diregangkan isolator
– isolator diantara tiang – tiang yang khusus untuk maksud ini. Hantaran ini
terbuat dari kawat-kawat alumunium keras yang dipilin, tidak berisolasi dan tidak
berinti baja
Kode pengenal
Contoh
: AAC 50 7/3
Menyatakan suatu hantaran alumunium keras yang dipilin bulat, tidak
berisolasidan tidak berinti baja, berluas penampang nominal 50 mm2 yang terdiri
dari pilinan 7 helai kawat alumunium yang masing-masing berdiameter nominal 3
mm.
28
2.6.1.3 ACSR ( Allumunium Cable Steel Reinforced )
Gambar 2.11 Hantaran Alumunium Berpenguat Baja (ACSR)
Sumber : SPLN 41-7_198
Spesifikasi ini meliputi hantaran alumunium berpenguat baja (ACSR),
untuk saluran udara tegangan rendah, menengah, maupun tegangan tinggi
diregangkan pada isolator – isolator diantara tiang – tiang yang khusus untuk
maksud ini. Hantaran ini terbuat dari kawat – kawat alumunium keras yang dipilin
berpenguat inti baja, tidak berisolasi.
Spesifikasi ini meliputi hantaran alumunium campuran (AAC), untuk
saluran udara tegangan rendah maupun tegangan menengah, diregangkan isolator
– isolator diantara tiang – tiang yang khusus untuk maksud ini. Hantaran ini
terbuat dari kawat-kawat alumunium kera yang dipilin, tidak berisolasi dan tidak
berinti baja.
Kode pengenal
Contoh
: ACSR 95/15 26/2, 15-7/1, 67
Menyatakan suatu hantaran alumunium keras yang dipilin bulat, berluas
penampang minimal 95 mm2 yang terdiri dari pilinan 26 helai kawat alumunium
yang masing-masing berdiameter nominal 2,15 mm, berpenguatan inti baja
berluas penampang nominal 15 mm2 yang terdiri dari 7 helai kawat baja yang
masing-masing berdiameter nominal 1,67 mm.
29
2.6.2
Spesifikasi Kabel Tanah
Jenis penghantar Saluran Listrik Tegangan Menengah (SLTM) untuk
penghantar udara menurut SPLN 56-2_1994 adalah kabel pilin udara
berpenghantar
alumunium berisolasi XLPE. diantaranya :
a. Kabel tanah berinti tunggal, berisolasi XLPE, berpelindung termo plastik
yang dipasang sejajar/segitiga, sesuai SPLN 43-5.
b. Kabel tanah berinti tiga, berisolasi XLPE, berpelindung tembaga atau
berpenghantar konsentris, berperisai baja serta berselubung thermo plastic,
sesuai SPLN 43-5.
c. Kabel pilin tanah berinti tiga, berisolasi XLPE, berpelindung tembaga
serta berselubung termo plastic, sesuai SPLN 43-5.
2.6.2.1 N2XSEFGbY / NA2XSEFGbY 12/20 (24) KV
Yaitu jenis kabel dengan tiga inti tembaga atau alumunium, isolasi XLPE,
pelindung isolasi campuran semi-konduktif, pelindung metalic pita spiral tembaga
yang saling berimpit, pelindung bagian dalamPVC, yang dilapisi baja galvanis
bundar dan pita dengan pelapis perisai PVC. Kabel jenis ini mempunyai ukuran
tegangan antara 7,2/36 kV
Gambar 2.12 Kabel N2XSEFGbY / NA2XSEFGbY (3 Cores)
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
30
Tabel 2.2 Spesifikasi Kabel N2XSEFGbY / NA2XSEFGbY
Nominal Cross Sectional Area
mm²
240
Conductor diameter (approx)
mm
18.7
Nominal insulation thickness
mm
5.5
Insulation diameter (approx)
mm
31.3
Nominal armou thickness
mm
0.8
Nominal sheath thickness
mm
3.6
Overall cable diameter (approx)
mm
85
Max. dc conductor resistance at 20°C
Ohm/km
0.125
Capacitance per-phase
µF/km
0.307
Inductance per-phase
mH/km
0.302
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
2.6.2.2 N2XSEBY / NA2XSEBY 12 / 20 ( 24 ) KV
Gambar 2.13 Kabel N2XSEBY / NA2XSEBY (3 Cores)
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
Tabel 2.3 Spesifikasi Kabel N2XSEBY / NA2XSEBY
Nominal Cross Sectional Area
mm²
240
Conductor diameter (approx)
mm
18.7
Nominal insulation thickness
mm
5.5
31
Insulation diameter (approx)
mm
31.3
Nominal armou thickness
mm
0.8
Nominal sheath thickness
mm
3.6
Overall cable diameter (approx)
mm
86
Max. dc conductor resistance at 20°C
Ohm/km
0.125
Capacitance per-phase
µF/km
0.270
Inductance per-phase
mH/km
0.289
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
2.6.2.3 N2XSEY / NA2XSEY 12/20 (24) KV
Gambar 2.14 Kabel N2XSEY / NA2XSEY (3 Cores)
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
Tabel 2.4 Spesifikasi Kabel N2XSEY / NA2XSEY
Nominal Cross Sectional Area
240
Conductor diameter (approx)
mm
18.7
Nominal insulation thickness
mm
5.5
Insulation diameter (approx)
mm
31.3
Nominal sheath thickness
mm
2.1
Overall cable diameter (approx)
mm
80
Max. dc conductor resistance at 20°C
mm²
Ohm/km
0.125
32
Capacitance per-phase
µF/km
0.270
Inductance per-phase
mH/km
0.292
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
2.6.2.4 N2XSY / NA2XSY 12/20 (24) KV
Gambar 2.15 Kabel N2XSY / NA2XSY (1 Core)
Sumber : SUPREME Cable » Medium Voltage XLPE Insulated Cable
Tabel 2.5 Spesifikasi Kabel Kabel N2XSY / NA2XSY
Nominal Cross Sectional Area
mm²
240
Conductor diameter (approx)
mm
18.7
Nominal insulation thickness
mm
5.5
Insulation diameter (approx)
mm
31.3
Nominal sheath thickness
mm
2.1
Overall cable diameter (approx)
mm
38
Max. dc conductor resistance at 20°C
Capacitance per-phase
Ohm/km
0.125
µF/km
0.270
mH/km
0.330
Inductance per-phase
Triangle
Sejajar
0.515
33
2.6.3
Kode Pengenal
Dipasaran biasanya kabel tanah ditulis dengan kode huruf yang memiliki
keterangan tersendiri. Untuk menjelaskan hal tersebut, maka dibawah ini akan
dijelaskan mengenai keterangan kode yang terdapat pada kabel.
Tabel 2.6 Kode Pengenal Kabel 1
Huruf
N
Komponen
Kode
Kabel jenis standar dengan tembaga sebagai penghantar
NA
Kabel jenis standar dengan alumunium sebagai penghantar
2X
Isolasi XLPE (polietilen ikat silang)
C
Penghantar tembaga konsentris
Y
Selubung dalam PVC
2Y
Selubung luar PE (poli etilen)
Y
Selubung luar PVC
FGb
Perisai kawat alumunium pipih
RGb
Perisai kawat alumunium bulat
B
Cm
rs
Perisai pita alumunium
Penghantar dipilin bulat dipadatkan
Penghantar bulat terdiri dari sektor-sektor
Sumber : SPLN 43-5-4_1995
Tabel 2.7 Kode Pengenal Kabel 2
Huruf
Kode
NF
NFA
2X
S
2Y
Komponen
Kabel pilin jenis standar dengan tembaga sebagai penghantar
Kabel pilin jenis standar dengan alumunium sebagai penghantar
Isolasi XLPE (poli etilen ikat silang)
Lapisan kawat tembaga pada masing-masing inti
Selubung luar PE (poli etilen)
34
Y
Cm
Selubung luar PVC
Penghantar dipilin bulat dipadatkan
Sumber : SPLN 43-5-1_1995
Tabel 2.8 Kode Pengenal Kabel 3
Huruf
SE
Komponen
Kode
CE
Lapisan tembaga pada masing-masing inti
Laisan tembaga konsentris pada bagian luar
F
Perisai kawat baja pipih
R
Perisai kawat baja bulat
Rm
Penghantar bulat berkawat banyak
Sumber : Rancang Bangun Simulator SKTM