BAB 14 SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK 14.1 Penggunaan Energi Sejak awal kehidupan di dunia ini, untuk mencukupi kebutuhan, manusia sudah memerlukan energi alam. Sejak zaman prasejarah sumber energi alam, seperti kayu dipakai memanaskan badan, memasak, dan pertukangan. Awal abad XII, bentuk energi lainnya seperti angin dan air dimanfaatkan untuk keperluan pengangkutan dan penggilingan biji-bijian. Manusia mulai memanfaatkan energi batubara untuk keperluan pemanasan dan memasak pada awal abad ke14. Sejak abad XVIII di Inggris batubara ini digunakan untuk menghasilkan uap dan menggerakkan mesin uap pada pabrik pengerjaan logam dan tekstil. Berbagai penelitian dan uji coba dilakukan, sehingga dapat menemukan bentuk-bentuk energi alam lainnya yang dapat dimanfaatkan dalam kebutuhan dan kegiatan sehari-hari. Sampai sekarang hasil penelitian menghasilkan beberapa sumber energi, di antaranya: 1. Energi Mekanik 2. Energi Medan Magnet 3. Energi Grafitasi 4. Energi Nuklir 5. Energi Sinar 6. Energi Panas 7. Energi Listrik Semua zat-zat (padat, cair dan gas) yang ada di alam semesta ini disebut materi. Materi ini mengandung energi dan energi ini dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, karena alam maupun kejadian-kejadian teknis. Menurut hukum kekekalan energi bahwa energi itu tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari energi satu ke energi lainnya.
14.2 Sejarah Penyediaan Tenaga Listrik Pada tahun 1885 seorang dari Prancis bernama Lucian Gauland dan John Gibbs dari Inggris menjual hak patent generator arus bolak-balik kepada seorang pengusaha bernama George Westinghouse (Gambar 14.1). Selanjutnya dikembangkan generator arus bolak-balik dengan tegangan tetap, pembuatan transformator, dan akhirnya diperoleh sistem jaringan arus bolakbalik sebagai transmisi dari pembangkit ke beban/pemakai.
a. Generator Gaulard dan Gibbs b. Generator Westinghouse Gambar 14.1 Generator
Sejarah kelistrikan di Indonesia dimulai dengan selesai dibangunnya pusat tenaga listrik di Gambir, Jakarta Mei 1887, kemudian di Medan (1899), Surakarta (1902), Bandung (1906), Surabaya (1912), dan Banjarmasin (1922). Pusat-pusat tenaga listrik ini pada awalnya menggunakan tenaga thermis. Kemudian disusul dengan pembuatan pusat-pusat listrik tenaga air: PLTA Giringan di Madiun (1917), PLTA Tes di Bengkulu (1920), PLTA Plengan di Priangan (1922), serta PLTA Bengkok dan PLTA Dago di Bandung (1923). Sebelum kemerdekaan pengusahaan tenaga listrik 361
di Indonesia dikelola oleh beberapa perusahaan swasta, di antaranya yang terbesar adalah NIGEM (Nederlands Indische Gas en Electriciteits Maatschappij) yang kemudian menjelma menjadi OGEM (Overzese Gasen Electriciteits Maatschappij), ANIEM (Algemene Nederlands Indhische Electriciteits Maatschappij), dan GEBEO (Gemeen Schappelijk Electriciteits Bedrijk Bandung en Omsheken). Sementara itu, Jawatan Tenaga Air membangun dan mengusahakan sebagian besar pusat-pusat listrik tenaga air di Jawa Barat. Sejak tahun 1958 pengelolaan ketenagalistrikan di Indonesia ditangani oleh Perusahaan Umum Listrik Negara.
14.3 Peranan Tenaga Listrik Di pusat pembangkit tenaga listrik, generator digerakkan oleh turbin dari bentuk energi lainnya antara lain: dari Air - PLTA; Gas - PLTG; Uap - PLTU; Diesel - PLTD; Panas Bumi - PLTP; Nuklir - PLTN. Energi listrik dari pusat pembangkitnya disalurkan melalui jaringan transmisi yang jaraknya relatif jauh ke pemakai listrik/konsumen.
Gambar 14.2 Penyaluran energi listrik dari sumber ke beban
Konsumen listrik di Indonesia dengan sumber dari PLN atau Perusahaan swasta lainnya dapat dibedakan sebagai berikut. 1. Konsumen Rumah Tangga Masing-masing rumah dayanya antara 450 VA s.d. 4.400 VA, secara umum menggunakan sistem 1 fasa dengan tegangan rendah 220 V/380 V dan jumlahnya sangat banyak. 2. Penerangan Jalan Umum (PJU) Pada kota-kota besar penerangan jalan umum ini sangat diperlukan oleh karena bebannya berupa lampu dengan masing-masing daya tiap lampu/tiang antara 50 VA sampai dengan 250 VA bergantung pada jenis jalan yang diterangi, maka sistem yang digunakan 1 fasa dengan tegangan rendah 220 V/380 V.
362
3.
4.
Konsumen Pabrik Jumlahnya tidak sebanyak konsumen rumah tangga, tetapi masing-masing pabrik dayanya dalam orde ratusan kVA. Penggunaannya untuk pabrik yang kecil masih menggunakan sistem 1 fasa tegangan rendah (220V/380V), untuk pabrik-pabrik skala besar menggunakan sistem 3 fasa dan saluran masuknya dengan jaringan tegangan menengah 20 kV. Konsumen Komersial Yang dimaksud konsumen komersial antara lain stasiun, terminal, KRL (Kereta Rel Listrik), hotel-hotel berbintang, rumah sakit besar, kampus, stadion olahraga, mall, supermarket, dan apartemen. Rata-rata menggunakan sistem 3 fasa, untuk yang kapasitasnya kecil dengan tegangan rendah, sedangkan yang berkapasitas besar dengan tegangan menengah 20KV.
Gambar 14.3 Distribusi Tenaga Listrik ke Konsumen
14.4 Instalasi Penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik
Gambar 14.4 Instalasi Penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik
Keterangan: G = Generator/Pembangkit Tenaga Listrik GI = Gardu Induk GH = Gardu Hubung GD = Gardu Distribusi TT = Jaringan Tegangan Tinggi TM = Jaringan Tegangan Menengah TR = Jaringan Tegangan Rendah APP = Alat Pembatas/Pengukur
363
Instalasi dari pembangkitan sampai dengan alat pembatas/pengukur (APP) disebut Instalasi Penyediaan Tenaga Listrik. Dari mulai APP sampai titik akhir beban disebut Instalasi Pemanfaatan Tenaga Listrik. Standarisasi daya tersambung yang disediakan oleh pengusaha ketenagalistrikan (PT PLN) berupa daftar penyeragaman pembatasan dan pengukuran dengan daya tersedia untuk tarif S-2, S-3, R-1, R-2, R-4, U-1, U-2, G-1, I-1, I-2, I-3, H-1, dan H-2 pada jaringan distribusi tegangan rendah. Adapun daya tersambung pada tegangan menengah, dengan pembatas untuk tarif S-4, SS-4, I-4, U-3, H-3, dan G-2 terlihat dalam tabel 14.1 berikut. Tabel 14.1 Daya Tersambung pada Tegangan Menengah Arus Nominal (Amper)
Daya Tersambung (kVA) pada Tegangan 6 kV
12 kV
15 kV
20 kV
–
*)
*)
*)
210**)
–
–
–
–
235***)
6,3
–
–
–
240
10
–
210
260
345
16
–
335
415
555
20
210
415
520
690
25
260
520
650
865
32
335
665
830
1.110
40
415
830
1.040
1.385
50
520
1.040
1.300
1.730
63
655
1.310
1.635
2.180
80
830
1.660
2.080
2.770
100
1.040
2.880
2.600
3.465
125
1.300
2.600
3.250
4.330
160
1.660
3.325
4.155
5.540
200
2.080
4.155
5.195
6.930
250
2.600
5.195
6.495
8.660
Keterangan: *)
Secara bertahap disesuaikan menjadi 20 kV
**)
Pengukuran tegangan menengah tetapi dengan pembatasan pada sisi tegangan rendah dengan pembatas arus 3 × 355 Ampere tegangan 220/380 Volt.
***) Pengukuran tegangan menengah tetapi dengan pembatasan pada sisi tegangan rendah dengan pembatas arus 3 × 630 Ampere tegangan 127/220 Volt.
Pengguna listrik yang dilayani oleh PT PLN dapat dibedakan menjadi beberapa golongan yang ditunjukkan tabel 14.2. berikut ini.
364
Tabel 14.2 Daya Tersambung Fungsi Arus Primer Daya Primer (A)
Daya Tersambung (kVA)
Arus Primer (A)
Daya Tersambung (kVA)
6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17,5 18 20 21 22 22,5 24 25 27 27,5 28 30 32 33 35 36 40 42 44 45 48 50 52,5 54 55 60 66
210 245 275 310 345 380 415 485 520 555 605 625 690 725 760 780 830 865 936 950 970 1.040 1.110 1.140 1.210 1.245 1.385 1.455 1.525 1.560 1.660 1.730 1.815 1.870 1.905 2.075 2.285
67,5 70 75 80 82,5 87,5 90 100 105 110 112,5 120 122,5 125 135 140 150 157,5 160 165 175 180 192,5 200 210 220 225 240 250 270 275 280 300 315 330 350 385
2.335 2.425 2.595 2.770 2.855 3.030 3.115 3.465 3.635 3.805 3.895 4.150 4.240 4.330 4.670 4.845 5.190 5.450 5.540 5.710 6.055 6.230 6.660 6.930 7.265 7.615 7.785 8.305 8.660 9.345 9.515 9.690 10.380 10.900 11.420 12.110 13.320
Daya yang disarankan untuk pelanggan TM 20 kV (Pengukuran pada sisi TM dengan relai sekunder). Pelanggan TM 20KV yang dibatasi dengan pelabur TM, standarisasi dayanya seperti tabel 14.3 berikut.
365
Tabel 14.3 Daya Tersambung Fungsi Pelabur Arus Nominal TM (Amper)
DayaTersambung (kVA)
6,3 10 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250
240 345 555 690 865 1.110 1.385 1.730 2.180 2.770 3.465 4.330 5.540 6.930 8.660
Pelanggan TM yang dibatasi dengan pelabur TR, standarisasi dayanya seperti tabel 14.4 berikut. Tabel 14.4 Daya Tersambung Tiga Phasa Arus Nominal TR (Amper)
Daya Tersambung (kVA)
3 × 355 3 × 425 3 × 500 3 × 630 3 × 800 3 × 1.000
233 279 329 414 526 630
Pengguna listrik yang dilayani oleh PT PLN dapat dibedakan menjadi beberapa golongan yang ditunjukkan pada tabel 14.5 berikut ini. Tabel 14.5 Golongan Pelanggan PLN Sistem Tegangan
No.
Golongan Tarif
1.
S–1
Pemakai sangat kecil
TR
s/d 200 VA
2.
S–2
Badan sosial kecil
TR
250 VA s/d 2.200 VA
3.
S–3
Badan sosial sedang
TR
2.201 VA s/d 200 kVA
4.
S–4
Badan sosial besar
TM
201 kVA KE ATAS
5.
SS – 4
Badan sosial besar dikelola swasta untuk komersial
TM
201 kVA KE ATAS
6.
R–1
Rumah tangga kecil
TR
250 VA s/d 500 VA
7.
R–2
Rumah tangga sedang
TR
501 VA s/d 2.200 VA
8.
R–3
Rumah tangga menengah
TR
2.201 VA s/d 6.600 VA
9.
R–4
Rumah tangga besar
TR
6601 VA KE ATAS
10.
U–1
Usaha kecil
TR
250 VA s/d 2.200 VA
11.
U–2
Usaha sedang
TR
2.201 VA s/d 200 kVA
366
Penjelasan
Batas Daya
Sistem Tegangan
No.
Golongan Tarif
12.
U–3
Usaha Besar
TM
13.
U–4
Sambungan Sementara
TR
14.
H–1
Perhotelan Kecil
TR
250 VA s/d 99 kVA
15.
H–2
Perhotelan Sedang
TR
100 kVA s/d 200 kVA
16.
H–3
Perhotelan Besar
TR
201 kVA KE ATAS
17.
I–1
Industri Rumah Tangga
TR
450 VA s/d 2.200 VA
18.
I–2
Industri Kecil
TR
2.201 VA s/d 13,9 kVA
19.
I–3
Industri Sedang
TR
14 kVA s/d 200 kVA
20.
I–4
Industri Menengah
TM
201 kVA KE ATAS
21.
I–5
Industri Besar
TT
30.000 kVA KE ATAS
22.
G–1
Gedung Pemerintahan kecil/sedang
TR
250 VA s/d 200 kVA
23.
G–5
Gedung Pemerintahan Besar
TM
201 kVA KE ATAS
24.
J
Penerangan Umum
TR
Penjelasan
Batas Daya 201 kVA KE ATAS
14.5 Jaringan Listrik Pusat tenaga listrik umumnya terletak jauh dari pusat bebannya. Energi listrik yang dihasilkan pusat pembangkitan disalurkan melalui jaringan transmisi. Tegangan generator pembangkit relatif rendah (6 kV – 24 kV). Maka tegangan ini dinaikan dengan transformator daya ke tegangan yang lebih tinggi antara 150 kV – 500 kV. Tujuan peningkatan tegangan ini, selain memperbesar daya hantar dari saluran (berbanding lurus dengan kwadrat tegangan), juga untuk memperkecil rugi daya dan susut tegangan pada saluran transmisi. Penurunan tegangan dari jaringan tegangan tinggi/ekstra tinggi sebelum ke konsumen dilakukan dua kali. Yang pertama dilakukan di gardu induk (GI), menurunkan tegangan dari 500 kV ke 150 kV atau dari 150 kV ke 70 kV. Yang kedua dilakukan pada gardu distribusi dari 150 kV ke 20 kV, atau dari 70 kV ke 20 kV. Saluran listrik dari sumber pembangkit tenaga listrik sampai transformator terakhir, sering disebut juga sebagai saluran transmisi, sedangkan dari transformator terakhir sampai konsumen disebut saluran distribusi atau saluran primer. Ada dua macam saluran transmisi/distribusi PLN yaitu saluran udara (overhed lines) dan saluran kabel bawah tanah (undergound cable). Kedua cara penyaluran tersebut mesing-masing mempunyai keuntungan dan kerugian. Dari segi estetik, saluran bawah tanah lebih disukai dan juga tidak mudah terganggu oleh cuaca buruk: hujan, petir angin, dan sebagainya. Namun saluran bawah tanah jauh lebih mahal dibanding saluran udara, tidak cocok untuk daerah banjir karena bila terjadi gangguan/kerusakan dan perbaikannya lebih sulit.
Gambar 14.5 Saluran penghantar udara untuk rumah tinggal (mengganggu keindahan pandangan)
367
Gambar 14.6 Saluran kabel bawah tanah pada suatu perumahan elit
Secara rinci keuntungan pemasangan saluran udara sebagai berikut. • Biaya investasi untuk membangun suatu saluran udara jauh lebih murah dibandingkan untuk saluran di bawah tanah. • Untuk daerah-daerah yang tanahnya banyak mengandung batu-batuan, akan lebih mudah dengan membuat lubang untuk tiang-tiang listrik. • Bila terjadi gangguan lebih mudah mencarinya dan lebih mudah memperbaikinya jika dibandingkan untuk saluran bawah tanah. Keuntungan pemasangan saluran bawah tanah. • Biaya pemeliharaan saluran kabel bawah tanah relatif murah. • Sambungan bawah tanah relatif tidak terganggu oleh pengaruh-pengaruh cuaca seperti: hujan, angin, petir, salju, sabotase, pencurian kabel lebih sulit, gangguan layang-layang. • Saluran bawah tanah tidak mengganggu keindahan pandangan, tidak semerawut seperti saluran udara. Pada akhir/ujung dari saluran transmisi, saluran masuk ke dalam suatu gedung/bangunan sebagai pengguna energi listrik. • •
Dari pertimbangan di atas, bahwa saluran udara lebih cocok digunakan pada: saluran transmisi tegangan tinggi, daerah luar kota, misalnya di pegunungan atau daerah jarang penduduknya.
Adapun untuk saluran bawah tanah akan cocok digunakan pada: • saluran transmisi tegangan rendah, kota-kota besar yang banyak penduduknya Komponen/peralatan utama perlistrikan pada gedung/bangunan tersebut terdiri dari: 1. APP: Alat Pengukur dan Pembatas (milik PLN) 2. PHB: Papan Hubung Bagi Utama/MDP : Main Distribution Panel Cabang/SDP : Sub Distribution Panel Beban/SSDP : Sub-sub Distribution Panel 3. Penghantar: Kawat Penghantar (tidak berisolasi) Kabel (berisolasi) 4. Beban Penerangan: Lampu-lampu Listrik Tenaga: Motor-motor Listrik Dalam perencanaan instalasi listrik pada suatu gedung/bangunan, berkas rancangan instalasi listrik terdiri dari: gambar situasi, gambar instalasi, diagram garis tunggal, dan gambar rinci. 368
14.5.1 Gambar Situasi Keterangan: A: lokasi bangunan B: jarak bangunan ke tiang C: kode tiang/transformator U: menunjukkan arah utara Gambar 14.7 Situasi
Yang menunjukan gambar posisi gedung/bangunan yang akan dipasang instalasi listriknya terhadap saluran/jaringan listrik terdekat. Data yang perlu ditulis pada gambar situasi ini adalah alamat lengkap, jarak terhadap sumber listrik terdekat (tiang listrik/bangunan yang sudah berlistrik) untuk daerah yang sudah ada jaringan listriknya. Bila belum ada jaringan listriknya, perlu digambarkan rencana pemasangan tiang-tiang listrik. 14.5.2 Gambar Instalasi Yang menunjukan gambar denah bangunan (pandangan atas) dengan rencana tata letak perlengkapan listrik dan rencana hubungan perlengkapan listriknya. Saluran masuk langsung ke APP yang biasanya terletak didepan/bagian yang mudah dilihat dari luar. Dari APP ke PHB utama melalui kabel toefoer, yang biasanya berjarak rendah, dan posisinya ada di dalam bangunan. Pada PHB ini energi listrik didistribusikan ke beban menjadi beberap grup/kelompok: Untuk konsumen domestik/bangunan kecil, dari PHB dibagi menjadi beberapa grup dan langsung ke beban. Biasanya dengan sistem satu fasa. Untuk konsumen industri karena areanya luas, sehingga jarak ke beban jauh dari PHB utama dibagi menjadi beberapa grup cabang/subdistribution panel baru disalurkan ke beban.
369
Gambar 14.8 Denah rumah tipe T-125 lantai dasar
370
Gambar 14.9 Instalasi rumah tipe T-125 lantai dasar
371
14.5.3 Diagram Garis Tunggal Diagram garis tunggal dari APP (alat pegukur dan pembatas) ke PHB (panel hubung bagi) utama yang didistribusikan ke beberapa grup langsung ke beban (untuk bangunan berkapasitas kecil) dan melalui panel cabang (SDP) maupun subpanel cabang (SSDP) baru ke beban (Gambar 14.10). Pada diagram garis tunggal ini selain pembagian grup pada PHB utama/cabang/sub cabang juga menginformasikan jenis beban, ukuran dan jenis penghantar, ukuran dan jenis pengaman arusnya, dan sistem pembumian/pertanahannya (Gambar 14.11).
Gambar 14.10 Diagram satu garis instalasi listrik pada bangunan tegangan rendah 380/220 V.
14.5.4 Gambar Rinci Gambar rinci dalam bangunan diperlukan untuk memberikan penjelasan yang rinci dari perancang ke pada pelaksana proyek atau dalam hal ini kontraktor. Dalam gambar rinci dapat diberikan ukuran (panjang × lebar × tinggi) suatu barang, misalkan panel hubung bagi. Bahkan cara pemasangan kabel, atau pemasangan detail instalasi penangkal petir dapat ditambahkan.
372
Gambar 14.11 Diagram satu garis instalasi listrik pada bangunan sistem tegangan menengah 20 KV dan tegangan rendah 380/220 V.
Gambar rinci sekurang-kurangnya meliputi: – Ukuran fisik PHB – Cara pemasangan perlengkapan listrik – Cara pemasangan kabel/penghantar – Cara kerja rangkaian kendali – dan lain-lain informasi/data yang diperlukan sebagai pelengkap.
14.6 Alat Pengukur dan Pembatas (APP) APP merupakan bagian dari pekerjaan dan tanggung jawab pengusaha ketenagalistrikan (PLN). Terdiri dari alat ukur kwh meter dan pembatas arus: – 450 VA sampai dengan 4.400 VA untuk sistem satu fasa – 4,9 kVA sampai dengan 630 kVA untuk sistem tiga fasa
Gambar 14.12 APP Sistem satu fasa
373
Gambar 14.13 APP Sistem tiga fasa
Tabel 14.6 Standar Daya PLN Langganan tegangan rendah sistem 220 V/380 V 220 Volt satu fasa 380 Volt tiga fasa Daya Tersambung (VA)
Pembatas Arus (A)
450
1×2
900
1×4
1.300
1×6
2.200
1 × 10
3.500
1 × 16
4.400
1 × 20
3.900
3×6
6.600
3 × 10
10.600
3 × 16
14.200
3 × 20
16.500
3 × 25
23.000
3 × 35
33.000
3 × 50
41.500
3 × 63
53.000
3 × 80
66.000
3 × 100
82.000
3 × 125
105.000
3 × 160
131.000
3 × 200
147.000
3 × 225
164.000
3 × 250
197.000
3 × 300
233.000 *)
3 × 353
279.000 *)
3 × 425
329.000 *)
3 × 500
414.000 *)
3 × 630
526.000 *)
3 × 800
630.000 *)
3 × 1.000
Pengukuran Alat ukur kwh meter satu fasa 220 V dua kawat
Alat ukur kwh meter tiga fasa 380 V empat kawat Alat ukur kwh meter tiga fasa 380 V empat kawat dengan trafo arus tegangan rendah
Keterangan: *) Tarif tegangan rendah diatas 200 kVA hanya disediakan untuk tarif R-4
374
14.7 Panel Hubung Bagi (PHB) Panel Hubung Bagi (PHB) adalah panel berbentuk almari (cubicle), yang dapat dibedakan sebagai: -
Panel Utama/MDP Panel Cabang/SDP Panel Beban/SSDP
: Main Distribution Panel : Sub-Distribution Panel : Subsub-Distribution Panel
Untuk PHB sistem tegangan rendah, hantaran utamanya merupakan kabel feeder dan biasanya menggunakan NYFGBY. Di dalam panel biasanya busbar/rel dibagi menjadi dua segmen yang saling berhubungan dengan sakelar pemisah, yang satu mendapat saluran masuk dari APP (pengusaha ketenagalistrikan) dan satunya lagi dari sumber listrik sendiri (genset). Dari kedua busbar didistribusikan ke beban secara langsung atau melalui SDP dan atau SSDP. Tujuan busbar dibagi menjadi dua segmen ini adalah jika sumber listrik dari PLN mati akibat gangguan ataupun karena pemeliharaan, maka suplai ke beban tidak akan terganggu dengan adanya sumber listrik sendiri (genset) sebagai cadangan. Peralatan pengaman arus listrik untuk penghubung dan pemutus terdiri dari: • CB (Circuit Breaker) • MCB (Miniatur Circuit Breaker) • MCCB (Mold Case Circuit Breaker) • NFB (No Fuse Circuit Breaker) • ACB (Air Circuit Breaker) • OCB (Oil Circuit Breaker) • VCB (Vacuum Circuit Breaker) • SF6CB (Sulfur Circuit Breaker) • Sekering dan pemisah • Switch dan DS (Disconnecting Switch) Peralatan tambahan dalam PHB antara lain: • Reley proteksi • Trafo tegangan, Trafo arus • Alat-alat listrik: Amperemeter, Voltmeter, Frekuensi meter, Cos ϕ meter • Lampu indikator • dan lain-lain Contoh gambar diagram satu garisnya bisa dilihat pada Gambar 14.10. Untuk PHB sistem tegangan menengah, terdiri dari tiga cubicle yaitu satu cubicle incoming dan cubicle outgoing. Hantaran masuk merupakan kabel tegangan menengah dan biasanya dengan kabel XLPE atau NZXSBY. Saluran daya tegangan menengah ditransfer melalui trafo distribusi ke LVMDP (Low Voltage Main Distribution Panel). Pengaman arus listriknya terdiri dari sekering dan LBS (Load Break Switch). Peralatan dan rangkaian dari busbar sampai ke beban seperti pada PHB sistem tegangan rendah. Contoh gambar diagram satu garisnya bisa dilihat pada Gambar 14.11. Salah satu contoh cubicle yang ada di ruang praktek di POLBAN seperti gambar berikut.
Gambar 14.14 Contoh Panel Cubicle di ruang Praktek POLBAN
375
14.7.1 MCB (Miniatur Circuit Breaker) MCB adalah pengaman rangkaian yang dilengkapi dengan pengaman thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi relai elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat. MCB banyak digunakan untuk pengaman sirkit satu phasa dan tiga phasa. Keuntungan menggunakan MCB sebagai berikut. 1. Dapat memutuskan rangkaian tiga phasa walaupun terjadi hubung singkat pada salah satu phasanya. 2. Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat hubung singkat atau beban lebih. 3. Mempunyai tanggapan yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban lebih. Pada MCB terdapat dua jenis pengaman yaitu secara thermis dan elektromagnetis, pengaman termis berfungsi untuk mengamankan arus beban lebih sedangkan pengaman elektromagnetis berfungsi untuk mengamankan jika terjadi hubung singkat. Pengaman thermis pada MCB memiliki prinsip yang sama dengan thermal overload yaitu menggunakan dua buah logam yang digabungkan (bimetal), pengamanan secara thermis memiliki kelambatan, ini bergantung pada besarnya arus yang harus diamankan, sedangkan pengaman elektromagnetik menggunakan sebuah kumparan yang dapat menarik sebuah angker dari besi lunak. MCB dibuat hanya memiliki satu kutub untuk pengaman satu phasa, sedangkan untuk pengaman tiga phasa biasanya memiliki tiga kutub dengan tuas yang disatukan, sehingga apabila terjadi gangguan pada salah satu kutub maka kutub yang lainnya juga akan ikut terputus.
(a) MCB 1 fasa
(b) MCB 3 fasa Gambar 14.15 MCB (Miniatur Circuit Breaker)
14.7.2 MCCB (Molded Case Circuit Breaker) MCCB merupakan alat pengaman yang dalam proses operasinya mempunyai dua fungsi yaitu sebagai pengaman dan sebagai alat penghubung. Jika dilihat dari segi pengaman, maka MCCB dapat berfungsi sebagai pengaman gangguan arus hubung singkat dan arus beban lebih. Pada jenis tertentu, pengaman ini mempunyai kemampuan pemutusan yang dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan.
376
Gambar 14.16 Molded Case Circuit Breaker
Keterangan: 1. BMC material for base and cover 2. Arc chute 3. Mounting for ST or UVT connection block 4. Trip-free mechanism 5. Moving contacts 6. Clear and IEC-complaint maekings 7. Magnetic trip unit 8. Compact size 14.7.3 ACB (Air Circuit Breaker) ACB (Air Circuit Breaker) merupakan jenis circuit breaker dengan sarana pemadam busur api berupa udara. ACB dapat digunakan pada tegangan rendah dan tegangan menengah. Udara pada tekanan ruang atmosfer digunakan sebagai peredam busur api yang timbul akibat proses switching maupun gangguan.
Gambar 14.17 ACB (Air Circuit Breaker)
Air Circuit Breaker dapat digunakan pada tegangan rendah dan tegangan menengah. Rating standar Air Circuit Breaker (ACB) yang dapat dijumpai dipasaran sebagai berikut. 377
•
LV-ACB: Ue = 250 V dan 660 V Ie = 800 A – 6.300 A Icn = 45 kA – 170 kA
•
LV-ACB: Ue = 7,2 kV dan 24kV Ie = 800 A – 7.000 A Icn = 12,5 kA – 72 kA
14.7.4 OCB (Oil Circuit Breaker) Oil Circuit Breaker adalah jenis CB yang menggunakan minyak sebagai sarana pemadam busur api yang timbul saat terjadi gangguan. Bila terjadi busur api dalam minyak, maka minyak yang dekat busur api akan berubah menjadi uap minyak dan busur api akan dikelilingi oleh gelembunggelembung uap minyak dan gas. Gas yang terbentuk tersebut mempunyai sifat thermal conductivity yang baik dengan tegangan ionisasi tinggi sehingga baik sekali digunakan sebagi bahan media pemadam loncatan bunga api.
Gambar 14.18 OCB (Oil Circuit Breaker)
14.7.5 VCB (Vacuum Circuit Breaker) Pada dasarnya kerja dari CB ini sama dengan jenis lainnya hanya ruang kontak di mana terjadi busur api merupakan ruang hampa udara yang tinggi sehingga peralatan dari CB jenis ini dilengkapi dengan seal penyekat udara untuk mencegah kebocoran.
Gambar 14.19 VCB (Vakum Circuit Breaker)
14.7.6 SF6 CB (Sulfur Hexafluoride Circuit Breaker) SF6 CB adalah pemutus rangkaian yang menggunakan gas SF6 sebagai sarana pemadam busur api. Gas SF6 merupakan gas berat yang mempunyai sifat dielektrik dan sifat memadamkan busur api yang baik sekali. Prinsip pemadaman busur apinya adalah Gas SF6 ditiupkan sepanjang busur api, gas ini akan mengambil panas dari busur api tersebut dan akhirnya padam. Rating tegangan CB adalah antara 3.6 KV – 760 KV.
Gambar 14.20 SF6 CB (Sulfur Hexafluoride Circuit Breaker)
378
14.8 Penghantar Untuk instalasi listrik, penyaluran arus listriknya dari panel ke beban digunakan penghantar listrik yang sesuai dengan penggunaanya. Ada dua macam penghantar listrik yaitu: – Kawat Penghantar tanpa isolasi (telanjang) yang dibuat dari Cu dan AL, sebagai contoh BC, BCC, A2C, A3C, ACSR. – Kabel Penghantar yang terbungkus isolasi, ada yang berinti tunggal atau banyak, ada yang kaku atau berserabut, ada yang dipasang di udara atau di dalam tanah, dan masing-masing digunakan sesuai dengan kondisi pemasangannya. Hal ini bisa dilihat dari masing-masing karakter jenis kabelnya pada nomen klatur kabel. Sebagai contoh: NYA, NYM, NYY, NYMHY, NYYHY, NYFGBY. Berikut ini adalah gambar diagram satu garis untuk konsumen tegangan rendah dan konsumen tegangan tinggi.
Gambar 14.21 Diagram Transmisi dan Distribusi
14.9 Beban Listrik Menurut sifatnya, beban listrik terdiri tiga. a. Resistor (R) yang bersifat resistif b. Induktor (L) yang bersifat induktif c. Kapasitor (C) yang bersifat kapasitif Beban listrik yang dimaksud adalah piranti/peralatan yang menggunakan/mengkonsumsi energi listrik. Secara garis besar beban listrik adalah : – Untuk penerangan dengan lampu-lampu pijar, pemanas listrik yang bersifat resistip – Untuk peralatan yang menggunakan motor-motor listrik (pompa air, alat pendingin/AC/Freezer/ kulkas, peralatan laboratorium), penerangan dengan lampu tabung yang menggunakan balast/ trafo bersifat induktif (lampu TL, sodium, merkuri, komputer, TV, dan lain-lain). Jika beban resistif diaktifkan (dinyalakan), maka arus listrik pada beban ini segera mengalir dengan cepatnya sampai pada nilai tertentu (sebesar nilai arus nominal beban) dan dengan nilai yang tetap hingga tidak diaktifkan (dimatikan). Lain halnya dengan beban induktif, misalnya pada motor listrik. Begitu motor diaktifkan (digerakkan), maka saat awal (start) menarik arus listrik yang besar (3 sampai 5 kali nilai arus nominal), kemudian turun kembali ke arus nominal.
379
Gambar 14.22 Rangkaian macam-macam Beban Sistem 3 phasa, 4 kawat
Jenis beban listrik dalam gedung/bangunan dapat dikelompokkan menjadi: 1. Penerangan (lighting) 2. Stop kontak 3. Motor-motor listrik Penerangan gedung merupakan penggunaan yang dominan, karena dibutuhkan oleh semua gedung dan juga waktu penggunaannya yang panjang. Jumlah lampu yang digunakan akan mempengaruhi pembagian grup dari panel penerangan; penampang penghantarnya dan pengamannya (CB atau MCB) serta sakelar kendalinya. Contoh: Suatu bangunan disuplai listrik 3 phasa, 4 kawat dengan tegangannya 220 V/380 V, frekuensi 50 HZ. Beban yang ada 900 lampu TL 40 W; 220 V; cos ϕ = 0,8, balast 10 W, bagaimana instalasinya? Jawaban: Dengan cara sederhana bisa kita naikan sebagai berikut. • Dengan jumlah lampu 900 TL, setiap phasa dibebani: 900/3 = 300 TL. • • • • •
40 + 10
Tiap lampu TL 40 W; 220 V; cos ϕ = 0,8; balast 10w memerlukan arus = 0,8 ⋅ 220 = 0,28 A. Maka untuk 300 lampu = 300 · 0,28A = 84 A Bila lampu menyala sekaligus: IR = 84 A ; IS = 84 A; IT = 84 A. Lampu dibagi dalam grup (tiap grup maksimum 12-14 titik lampu), bila tiap titik terdiri dari 2 TL, maka tiap phasa terdapat 300 TL/2 = 150 armatur (titik lampu) dan tiap phasa mempunyai 150 armatur = 12,5 ~13 group. Satu grup adalah 12 armatur x 2 TL = 24 TL jadi arus listrik tiap grup = 24 x 0,28 = 6,72 A dengan demikian pengaman yang digunakan (MCB atau sekering) tiap grup dapat digunakan 10A. Arus listrik tiap phasa panel utama = 13 x 6,72 A =87,36 A maka pengaman utama (MCB atau Sekering) yang digunakan sebesar 100 A.
14.9.2 Stop Kontak Stop Kontak adalah istilah populer yang biasa digunakan sehari-hari. Dalam PUIL 2000, stop kontak ini dinamakan KKB (Kotak Kontak Biasa) dan KKK (Kotak Kontak Khusus) KKB adalah kotak kontak yang dipasang untuk digunakan sewaktu-waktu (tidak secara tetap) bagi piranti listrik jenis apa pun yang memerlukannya, asalkan penggunaannya tidak melebihi batas kemampuannya. KKK adalah kotak kontak yang dipasang khusus untuk digunakan secara tetap bagi suatu jenis piranti listrik tertentu yang diketahui daya maupun tegangannya.
Gambar 14.23 Macam-macam Stop Kontak
380
Dengan demikian, KKK mempunyai tempat/lokasi tertentu dengan beban tetap, dan dihubungkan langsung ke panel sebagai grup tersendiri. Sedangkan KKB tersebar di seluruh bangunan dengan beban tidak tetap, dan biasanya jadi satu dengan grup untuk penerangan. 14.9.3 Motor-Motor Listrik Motor-motor listrik merupakan beban kedua terbanyak sesudah penerangan, motor listrik digunakan untuk menggerakan pompa, kipas angin, kompresor yang merupakan bagian penting dari sistem pendingin udara, dan juga sebagai pengerak mesin-mesin industri, elevator, escalator, dan sebagainya. Motor dikategorikan sebagai motor fraksional (kurang dari 1 HP), integral (diatas 1 HP), dan motor kelas medium sampai besar (diatas 5 HP). Motor-motor juga dapat dikelompokan berdasarkan jenis arus yang digunakan, yaitu: a. Motor arus searah b. Motor arus bolak-balik satu phasa c. Motor arus bolak-balik tiga phasa Gambar berikut ini merupakan beberapa berbagai piranti yang menggunakan motor.
Eskalator
Air-Conditioning
Gambar 14.24 Piranti-piranti menggunakan motor
14.10 Rangkuman • • • • • • • • • • •
Manusia memakai energi alam (kayu, air, angin) sejak awal peradaban dimulai, sejak abad 18 batu bara digunakan untuk menghasilkan uap dikenal sebagai era industri di Inggris. Sampai sekarang hasil penelitian menghasilkan beberapa sumber energi, di antaranya: energi mekanik; energi medan magnet; energi grafitasi; energi Nuklir; energi sinar; energi panas; dan energi listrik. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari energi satu ke energi lainnya. Tahun 1885 di Prancis dipakai energi listrik secara komersial terbatas, di Indonesia energi listrik diusahakan sejak 1887 di Jakarta, kemudia dibangun beberapa PLTA sejak 1917. Pengusahaan listrik di Indonesia sebelum kemerdekaan oleh beberapa perusahaan swasta Hindia Belanda, seperti: NIGEM; OGEM; ANIEM ,GEBEO. Sejak 1958 kelistrikan di Indonesia dikelola oleh Perum Listrik Negara. Pelanggan listrik PLN di kelompokkan menurut empat jenis, yaitu konsumen rumah tangga, penerangan jalan umum (PJU), konsumen pabrik, konsumen komersial. Secara garis besar energi listrik dibagi dua kelompok, yaitu penyedia daya (pembangkitan dan transmisi) dan pemanfaat (konsumen). Standar PLN untuk tarif jaringan tegangan rendah 380/220 V, adalah tarif S-2, S-3, R-1, R-2, R-4, U-1, U-2, G-1, I-1, I-2, I-3, H-1, dan H-2. Standar PLN jaringan distribusi tegangan menengah 20 KV, adalah tarif S-4, SS-4, I-4, U-3, H-3 dan G-2. Dari pusat pembangkit (6 KV) listrik ditransmisikan (150-500 KV) ke kota-kota besar, masuk ke jaringan 70 KV dan system distribusi tegangan menengah 20KV, terakhir ke konsumen tegangan rendah 380/220 V. 381
•
Penyaluran listrik tegangan rendah dengan penghantar udara atau dengan kabel tanah.
•
Komponen penyaluran energi listrik ke konsumen terdiri atas APP (alat pengukur dan pembatas), PHB (papan hubung bagi), penghantar, dan beban.
•
Dalam perencanaan instalasi listrik pada suatu gedung/bangunan, rancangan instalasi listrik terdiri dari: gambar situasi, gambar instalasi, diagram garis tunggal, dan gambar rinci.
•
APP dimiliki dan tanggung jawab PLN, mencakup KWh-meter dan pembatas arus (MCB).
•
PHB tempat pembagian ke cabang beban dilengkapi alat pengaman.
•
Peralatan pengaman arus listrik untuk penghubung dan pemutus terdiri dari: CB (Circuit Breaker), MCB (Miniatur Circuit Breaker), MCCB (Mold Case Circuit Breaker), NFB (No Fuse Circuit Breaker), ACB (Air Circuit Breaker), OCB (Oil Circuit Breaker), VCB (Vacuum Circuit Breaker), SF6CB (Sulfur Circuit Breaker), Sekering dan pemisah, serta Switch dan Disconnecting Switch (DS).
•
Peralatan tambahan dalam PHB antara lain: reley proteksi, trafo tegangan, trafo arus, alatalat listrik: Amperemeter, Voltmeter, Frekuensi meter, Cos ϕ meter, dan Lampu indikator.
•
Ada dua macam penghantar listrik yaitu: Kawat (telanjang) dan Kabel.
•
Menurut sifatnya, beban listrik terdiri dari: resistor (R) yang bersifat resistif, induktor (L) yang bersifat induktif, dan kapasitor. Motor-motor dikelompokkan berdasarkan jenis arus yang digunakan, yaitu: motor DC, motor AC satu phasa, dan motor AC tiga phasa.
•
14.11 Soal-Soal 1.
Jelaskan secara singkat bahwa energi alam (kayu, air, angin) dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi oleh manusia pada saat energi listrik belum ditemukan.
2.
Jelaskan bagaimana batubara dapat diubah menjadi energi uap yang selanjutnya menggerakkan mesin uap (James Watt).
3.
Energi listrik dengan tegangan 1.500 Volt DC dapat menggerakkan kereta rel listrik. Jelaskan secara singkat cara kerja KRL.
4.
Sebutkan pemakain listrik arus DC untuk proses industri. Dapatkah listrik DC berasal dari lsitrik AC? Jelaskan.
5.
Sebutkan pemakaian listrik AC 1 phasa dan AC 3 phasa di Industri.
6.
PLTA dibangun di daerah pegunungan yang jauh dari perkotaan, gambarkan secara skematik penyaluran daya listrik dari pembangkitan sampai ke konsumen industri dan konsumen rumah tangga.
7.
Energi minyak makin mahal ($130/barel), pengadaan energi listrik alternatif adalah salah satu jawaban atas krisis energi. Jelaskan skematik pembangkitan listrik Mikrohidro skala 100 kW di pedesaan, sampai pemanfaatannya untuk rumah tangga dan industri kecil UKM.
8.
Beban listrik 1.000 watt bekerja selama 5 jam. Hitung berapa energi listrik yang dikonsumsi.
9.
Jika harga energi Rp 700/kWh, berapa harga energi yang harus dibayar pada soal No. 8 di atas.
10. Suatu bangunan disuplai listrik 3 phasa, 4 kawat dengan tegangannya 220 V/380 V, frekuensi 50 Hz. Beban yang ada 400 lampu TL 40 W; 220 V; cos ϕ = 0,8, balast 10 W, Bagaimana instalasinya? 382
