SISTEM TRANMISI DAN DRISTRIBUSI

PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN 
Topologi Jaringan
Saluran distribusi yang umum digunakan yaitu saluran udara  dan saluran dalam tanah, di PLN umumnya dikenal sebagai Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) dan Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM). Perbedaan utama dalam sistem penyaluran tersebut adalah dari segi keandalan dan sisi biaya. Disisi keandalan jelas bahwa SKTM lebih handal daripada SUTM karena relative tidak begitu terpengaruh oleh pepohonan ataupun gangguan cuaca sedang dari segi ekonomi atau biaya jelas bahwa SUTM jauh lebih murah dibandingkan dengan SKTM.

Sistem JTM secara garis besar umumnya dibagi dalam 5 bentuk konfigurasi jaringan :

1. Sistem Radial

2. Sistem open loop / Tie Line

3. Sistem close loop

4. Sistem Cluster

5. Sistem Spindel

1. Sistem Radial

Sistem Radial ini merupakan sistem jaringan distribusi tegangan menengah yang paling sederhana, murah, banyak digunakan terutama untuk sistem yang kecil, kawasan pedesaan. Umumnya digunakan pada SUTM proteksi yang digunakan tidak rumit dan keandalannya paling rendah.

2. Sistem Open Loop

Sistem Open Loop merupakan pengembangan dari sistem Radial, sebagai akibat diperlukannya keandalan yang lebih tinggi dan umumnya sistem ini dapat dipasok dalam satu gardu induk. Dimungkinkan juga dari gardu induk lain tetapi harus dalam satu sistem di sisi tegangan tinggi karena hal ini diperlukan untuk memudahkan manufer beban pada saat terjadi gangguan atau kondisi-kondisi pengurangan beban. Proteksi untuk sistem ini masih sederhana tetapi harus memperhitungkan panjang jaringan pada titik manufer terjauh di sistem tersebut. Sistem ini umunya banyak digunakan di PLN baik pada SUTM maupun SKTM.

3. Sistem Close Loop

Sistem Close Loop ini layak digunakan untuk jaringan yang dipasok dari satu gardu induk, memerlukan sistem proteksi yang cukup rumit biasanya menggunakan rele arah (directional). Sistem ini mempunyai kehandalan yang lebih tinggi dibandingkan sistem lainnya, dan sistem ini jarang digunakan di PLN tetapi biasanya dipakai untuk pelanggan-pelanggan khusus yang membutuhkan keandalan tinggi.

4. Sistem Spindle

Sistem spindle merupakan sistem yang relatif handal karena disediakan satu buah express feeder yang merupakan feeder/ penyulang tanpa beban dari gardu induk sampai Gardu Hubung / GH refleksi, banyak digunakan pada jaringan SKTM. Sistem ini relatif mahal karena biasanya dalam pembangunannya sekaligus untuk mengatasi perkembangan beban di masa yang akan datang, Proteksinya relatif sederhana hampir sama dengan sistem Open Loop. Biasanya di tiap-tiap feeder dalam sistem spindle disediakan  gardu tengah (middle point) yang berfungsi untuk titik manufer apabila terjadi gangguan pada jaringan tersebut.

5. Sistem Cluster

Sistem Cluster ini merupakan hampir mirip dengan sistem spindle. Dalam sistem Cluster tersedia satu express feeder yang merupakan feeder atau penyulang tanpa beban yang digunakan sebagai titik menufer beban oleh feeder atau penyulang lain dalam sistem Cluster tersebut. Proteksi yang diperlukan untuk sistem ini relatif sama dengan sistem Open Loop atau sistem Spindle.

Gb. 5 Sistem Cluster

Dalam beberapa wilayah sistem jaringan distribusi tersebut juga dikontrol dari jarak jauh (remote control) oleh  Unit Pengatur Distribusi (UPD). Dengan membuat topologi jaringan yang baik akan didapat performanfe jaringan yang handal dan optimal dalam arti akan diperoleh  kerugian energi jaringan yang lebih kecil dan pelayanan ke pelanggan lebih baik dari sisi missal mutu tegangan ke pelanggan.

Dalam membuat / menentukan topologi jaringan perlu dilakukan perhitungan2 analisa teknis pada jaringan yang meliputi :(1) Analisa Aliran Daya, (2) Analisa Hubung singkat, (3) Analisa drop tegangan, (4) pengaturan beban agar optimal.

Pengoperasian Sistem Jaringan Distribusi

Dalam mengoperasikan  sistem jaringan distribusi, ada 4 hal pokok yang perlu menjadi perhatian adalah :

1. Reliability / keandalan
2. Contunuity / Kontinuitas
3. Quality / Kualitas
4. Flexibility

a. Realibility / Keandalan :
Merupakan ukuran keandalan suatu jaringan, yang dimaksud dengan keandalan jaringan adalah besarnya keberhasilan operasi dari suatu jaringan untuk bekerja sesuai dengan fungsinya, untuk perioda tertentu selama masa operasinya, pada kondisi operasi tertentu.

Indikator reliability suatu sistem distribusi dinyatakan dalam SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) dan SAIDI (System Interruption Duration Index)

.

                        SAIFI   =   Total  No Customers Interrupted

                              Total No Customers

             =     (No Customers Interrupted) * (No. of Interruptions

                                   Total No Customers

SAIDI   =   Σ Customers Interrupted Durations

                            Total No. of  Customers

                                     =    Σ (Durations of Outage) * (No. Customer Affected)

                                                                      Total No Customers        

      b. Contuinity / Kontinuitas

Kontinuitas pelayanan yang merupakan salah satu unsur dari mutu pelayanan tergantung pada macam sarana penyalur dan peralatan pengaman dan juga keandalan peralatannya.

      Sarana penyalur, jaringan distribusi mempunyai tingkat kontinuitas yang tergantung pada
      susunan saluran dan cara pengaturan operasinya dan pemeliharaannya, yang pada
      hakekatnya direncanakan dan dipilih untuk memenuhi kebutuhan dan sifat beban. 

Tingkat kontinuitas tersesebut dibagi dalam 5 kategori sebagai berikut :

Kategori 1	:	Padam beberapa jam yaitu waktu yang diperlukan untuk melokalisir dan menemukan titik gangguan, kemudian ditambah dengan waktu perbaikannya. Jaringan radial dengan satu sumber pengisian / GI termasuk dalam tingkatan ini.
Kategori 2	:	Pemadaman satu sampai dua jam yaitu waktu yang diperlukan untuk melokalisisr gangguan dan melakukan manuver untuk menyalakan bagian-bagian jaringan dari sumber semula atau sumber pengisian lain.
Kategori 3	:	Padam beberapa menit, berarti tidak mungkin mengirim orang untuk mengatasi gangguan. Manuver dilakukan oleh petugas yang ditempatkan di Gardu Induk dengan sistem kontrol lokal atau dengan sistem tele kontrol melalui Unit Pengatur Distribusi.
Kategori 4	:	Padam beberapa detik ; pengamanan dan manipulasi secara otomatis
Kategori 5	:	Tanpa padam ; dilengkapi Instalasi cadangan terpisah dan otomatis penuh atau Uninterupted Power Supply (UPS)

 c. Quality / Kualitas    
Fungsi sistem distribusi ialah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari pusat
suplai, dalam hal ini dapat dari Gardu Induk atau Pusat pembangkit ke pusat-pusat /
kelompok beban  (Gardu Transformator / Distribusi dan komponen, dengan mutu yang
memadai).

Ada beberapa aspek yang perlu diperhatikan dalam pendistribusian tenaga listrik yaitu 
- Variasi frekuensi :Pada umumnya peralatan listrik memiliki toleransi perubahan frekuensi yang kecil. Persyaratan ini tidak saja untuk mendapatkan performansi yang maksimum dari alat tersebut tetapi juga untuk menjaga mutu produk alat tersebut. Dapat dimengerti pada pabrik pertenunan misalnya bila putaran motornya berubah sebagai akibat perubahan frekuensi mutu hasil tenunannya juga akan berubah. Standar variasi frekuensi adalah ± 1 %

- Variasi tegangan : Variasi tegangan disebabkan oleh jatuh tegangan (voltage drop) sebagai akibat kenaikan beban pada sebuah penyaluran dan juga disebabkan oleh diaktifkannya sistem line drop compensation pada pengatur tegangan sumber listriknya. Variasi tegangan yang melewati spesifikasi suatu peralatan akan mengurangi performansi alat tersebut. Standar variasi tegangan pada sistem distribusi adalah sebesar +5 %, -10 %

- Kelip (fliker) : Penyebab kelip antara lain ialah asut motor kecil di instalasi rumah tangga dan asut motor besar (sampai ribuan KW!) pada sistem. Kelip akan bertambah parah bila motor-motor tersebut diasut langsung, ttetapi ini bukanlah berarti asut langsung motor-motor listrik dilarang. Kelip juga banyak disebabkan oleh tanur busurnya relatif terlalu besar dibandingkan daya hubung singkat titik sambung bersama.

-  Hilang Tegangan Sekejap (Voltage Dip) : Hilang tegangan sekejap antara lain disebabkan oleh terjadinya hubung singkat. Hilang tegangan sekejap baru akan hilang bila hubung singkat tersebut sudah dipisahkan dengan menggunakan relay. Hilang tegangan sekejap akan merubah putaran motor induksi sesaat, mengakibatkan perubahan mutu produk motor tersebut. Misalkan motor memutar mesin pertenunan, pada saat hilang tegangan sekejap terjadi mutu tenun akan berubah; meskipun perubahan mutu ini hanya sebagian kecil tetapi akan merusak mutu kain hasil tenunan untuk satu gulungan kain tersebut.

Mengingat batas tegangan pelayanan sesuai SPLN adalah + 5%, dan – 10% dari tegangan nominal, maka definisi lama kedip adalah waktu mulainya tegangan jatuh di bawah 90% tegangan nominal sampai dengan tegangan pulih (restorasi) sebesar 95% tegangan nominal dengan hysterisis 5%.

- Keseimbangan tegangan : Ketidak seimbangan tegangan antara lain disebabkan oleh: (1) Adanya kontak kendor penghantar Netral dan fasa netral tidak seimbang, (2) Adanya beban tidak seimbang yang relatif sangat besar.

       Kasus kontak kendor pada penghantar netral hanya timbul pada sistem 4 kawat tegangan rendah. Kasus ini timbul karena: (1) Mur atau penjepit pelebur yang mengendor karena daya pegas yang menurun akibat panas arus listrik, (2) Mutu penyambung jepit (tooth compression connector) pada kabel udara dipilih yang kurang terbaik.

- Harmoniks. : Ada dua masalah harmonik, harmonik tegangan dan harmonik arus. Harmonik tegangan akan mengurangi performansi peralatan dan harmonik arus akan mengurangi ketelitian meter elektro mekanis. Harmonik tegangan disebabkan antara lain oleh arc furnace. Harmonik arus disebabkan antara lain oleh beban yang tidak linier seperti lampu discharge yang digunakan untuk penerangan jalan karena itu perlu diperhatikan meter kWh yang digunakan mengukur pemakaian lampu penerangan jalan.

d. Flexibility :
    Dalam mengoperasikan jaringan diperlukan fleksibilitas operasi yaitu sampai sejauh mana alternatif² suplai tenaga listrik,  kemampuan daya penghantar, kemampuan peralatan, kemudahan maneuver beban antar feeder / penyulang dalam satu gardu induk ataupun dari gardu induk lain.

e. Peralatan Swiching
    Dalam penyaluran tenaga listrik pada jaringan distribusi diperlukan peralatan2 switching / pemutus aliran tenaga listrik baik dalam kondisi berbeban maupun untuk kondisi tanpa beban. Makin tinggi tegangan pelayanan makin mahal peralatan swiching ini, karena diperlukan teknologi khusus untuk memutuskan busur api yang terjadi pada saat proses switching ini.

   Pada jaringan distribusi peralatan switching misalnya Circuit Breaker / Pemutus Tenaga 20 kV biasanya menggunakan  Gas (SF6) switch atau Vacumm Switch, ada juga yang yang menggunakan media udara seperti Load Break Switch (LBS) atau Pole Top Switch / Disconnecting Switch (jenis pemutus tanpa beban) pada SUTM,   Recloser, Sectionalizer

Hal² yang perlu menjadi perhatian dalam peralatan tenaga listrik adalah kemampuan peralatan tersebut berfungsi dengan baik sesuai dengan spesifikasi teknis peralatan tersebut.

Spesifikasi teknis peralatan distribusi biasanya dinyatakan dalam besaran2 sebagai berikut :

- Rated Voltage

- Rated Current

- Rated Frequency

- Rated short-time withstand-current

- Rated Making Current

- Rated Breaking Current Basic Insulation Level / Lightning impulse withstand voltage Electrical  Life Mechanical Life Standard (IEC, NEC, VDE, SAA, ANSI, SNI, SPLN dll)

Dengan menggunakan peralatan yang mempunyai spesifikasi teknis yang tepat sesuai yang diperlukan akan membuat peralatan menjadi bermanfaat dan berdaya guna secara maksimal. Kesalahan dalam pemilihan peralatan yang mempunyai spesifikasi teknis yang tidak sesuai dapat berakibat memburuknya pelayanan pada pelanggan.

Beberapa contoh peralatan switching dalam jaringan distribusi :

Recloser 20kV  SUTM

Load Break Switch 20 kV  Media Pemutus Gas SF6

Cubicle Set Gardu Distribusi

Peralatan Switching seperti Cubicle dengan Pemutus tenaga, recloser, sectionalizer biasanya dilengkapi dengan peralatan control electronis yang akan mengatur fungsi dari peralatan switching tersebut melalui rele proteksi.

Peralatan switching akan bekerja optimal apabila unjuk kerja  rele dan peralatan bantunya mampu berkoordinasi dengan proteksi lain dalam system jaringan distribusi dan ini merupakan “art & science”.

 Aliran Beban dan Perbaikan Tegangan :

   Pada saat merencanakan Jaringan Distribusi umumnya telah dipertimbangkan kemungkinan-kemungkinan terjadinya “penurunan tegangan” karena “beban-puncak” akibat “penambahan beban”, dan “kenaikan-tegangan” karena “beban-rendah” akibat “pelepasan beban” disisi konsumen. Akibat adanya variasi beban ini, maka disisi konsumen pada saat-saat tertentu akan terjadi variasi tegangan yang besarnya berada antara tegangan-minimum dan tegangan-maksimum.

Variasi penurunan-tegangan dan kenaikan-tegangan di penyulang Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dan Jaringan Tegangan Rendah (JTR) diatur dalam ketentuan SPLN 1 : 1995. Sebagai akibat logis dari ketentuan SPLN ini, maka panjang jaringan harus dibatasi agar pelayanan tegangan terhadap konsumen berada dalam batas tegangan yang diijinkan sesuai dengan standar SPLN .

      Dalam pengoperasiannya dapat terjadi penambahan JTM atau JTR sehingga melampaui panjang jaringan yang telah direncanakan dalam rangka memenuhi permintaan penyambungan listrik dari calon konsumen sesuai perjalanan waktu. Akibatnya bila tidak dilakukan pengaturan tegangan secara otomatis, variasi tegangan pelayanan di konsumen akan berada di bawah tegangan-minimum ketika beban-puncak dan berada di atas tegangan-maksimum ketika beban rendah.

    Perbaikan tegangan untuk mengatasi permasalahan “jaringan distribusi panjang” hanya dapat dilakukan dengan cara pengaturan tegangan otomatis yang secara teknis dapat dilakukan denagn mengkombinasikan pengaturan pada sadapan transformator, shunt capasitor atau booster transformer.

Perbaikan tegangan dan kompensasi daya reaktif , 
Pembebanan pada jaring distribusi dan voltage profile

Pengalaman teknis menunjukan bahwa panjang jaringan distribusi untuk sistem distribusi diharapkan tidak melebihi besaran 1 km / kV sehingga untuk sistem tegangan distribusi 20 kV disarankan tidak melebih dari 20 km, tetapi pada kenyataannya panjang jaringan distribusi PLN terutama SUTM sebagian besar lebih dari 20 km, sehingga untuk memenuhi besaran variasi tegangan yang distandarkan sebesar -10 %  :  +5% diperlukan peralatan tambahan untuk memenuhi kriteria tersebut yang dalam pelaksanaannya jarang dilakukan karena pertimbangan biaya yang cukup besar.

Perbaikan tegangan pada jaringan distribusi dilakukan dengan berbagai cara : 

            a.    Pengaturan tegangan Gardu Induk dan sadapan Trafo Distribusi

            b.    Perbaikan tegangan dengan kapasitor

            c.    Perbaikan tegangan melalui pengontrolan otomatis Tap dengan Pengatur Tegangan Otomatis (AVR) atau Booster 

Gb  V_SUTM & Pengaturan Sadapan Trafo GI

Gb. V_SUTM  setelah & sebelum pemasangan kapasitor

Ketidakseimbangan Sistem Jaringan Distribusi
Ketidakan seimbangan tegangan akan berpengaruh pada rugi2 baik rugi daya aktif dan daya reaktif, ketidak seimbangan ini dapat diakibatkan oleh ketidak seimbangan beban maupun ketidak seimbangan impedansi saluran. Dan ketidak seimbangan ini dapat diperkecil dengan menggunakan kompensasi daya reaktif / capasitor.

Pengaturan Beban :

Dalam suatu sistem jaringan distribusi tegangan menengah perlu dilakukan pengaturan2 pengoperasiannya yang meliputi pemantauan beban trafo GI, pengaturan beban penyulang, pengaturan tegangan kirim dari Gardu Induk . Pengaturan ini dilakukan baik dalam kondisi normal, kondisi gangguan maupun kondisi darurat.

Secara umum, fungsi dari pengaturan beban adalah:

- Mengoperasikan Jaringan Distribusi secara terus menerus 24 jam se-hari (real time) dalam kondisi normal maupun gangguan, dalam rangka menjaga mutu dan keandalan penyaluran tenaga listrik kepada konsumen.

- Mengamati dan menganalisis perkembangan beban Jaring Distribusi (Trafo Gardu Induk , JTM, Trafo Distribusi, JTR ) untuk mengantisipasi terjadinya Over Load

- Mempercepat proses pemulihan gangguan (khususnya di JTM) dengan cara melakukan manuver pada JTM

- Memperkecil terjadinya pemadaman pada konsumen, akibat pemeliharaan Jaring Distribusi.

Mekanisma dispatching dan prosedurnya

1. Gangguan Permanen pada jaringan distribusi
2. Gangguan pada GI
3. Pemeliharan (jaringan, trafo GI)
4. Peningkatan Keandalan untuk acara penting
5. Pengurangan beban akibat kekurangan sistem pembangkit

Dalam melakukan pengaturan beban perlu diperhatikan hal - hal sebagai berikut :

1. Kondisi sistem secara umum (Normal, Siaga)

2. Standing Operation Prosedure (SOP)

3. Daya mampu Trafo GI

4. Kemampuan Jaringan (SKTM. SUTM)

5. Peralatan Proteksi dan switching

6. Proses manuver beban

7. Koordinasi antar unit PLN

8. Paralel sesaat (Tegangan, urutan fasa sama)

9. Beban - beban utama, penting

10. Pelanggan - pelanggan khusus (yang sensitif mutu tegangan)

Deteksi dan penanggulangan gangguan jaringan distribusi

Sumber gangguan pada sistem distribusi dapat berasal dari dalam sistemnya sendiri dan gangguan dari luar.

Gangguan dari dalam antara lain ialah :

-  Tegangan lebih dan arus lebih

-  Pemasangan tidak baik, diantaranya pada SKTM :

§  Pemasangan sambungan / terminasi tidak baik

§  Selama proses pemasangan kabel tidak sempurna ujung kabel tidak ditutup sehingga air dapat masuk kabel sehingga mudah timbul treeing.  

§  Penggelaran kabel tidak mengikuti cara yang benar sehingga umur kabel tidak lama ataupun tidak seperti yang diharapkan.

- Pemasangan kabel tidak mengikuti aturan, misalnya peletakkan kabel saling berdekatan,

  sehingga timbul panas dan dalam pengoperasian tidak diadakan penurunan kemampuan

   karena panas diatas.

-    Penuaan

-    Beban lebih

-    Peralatan yang dipasang tidak memenuhi standar

Gangguan dari luar untuk saluran kabel tegangan menengah (SKTM) antara lain:

-     Gangguan mekanis karena pekerjaan galian saluran lain

-     Kendaraan yang lewat diatasnya

-     Surja petir lewat saluran udara 

-  Deformasi tanah

Gangguan dari luar untuk Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) antara lain :

-     Angin yang menyebabkan dahan / ranting pohon mengenai SUTM

-     Surja petir

-     Kegagalan atau kerusakan peralatan pada saluran

-     Cuaca diantaranya hujan angin ribut dan lain-lain

-     Binatang dan benda-benda lain, misalnya benang layang-layang dan Lain-lain

Macam gangguan pada SUTM dapat dibagi menjadi dua kelompok.

-  Gangguan yang bersifat temporer, yang dapat hilang dengan sendirinya atau dengan

  memutuskan sesaat bagian yang terganggu dari sumber tegangannya kemudian menutup

  balik secara manual ataupun secara otomatis, gangguan ini tidak menimbulkan kerusakan

  pada peralatan di SUTM. Gangguan ini jika tidak dapat hilang dengan segera baik hilang

  dengan sendirinya ataupun dengan Recloser / penutup balik otomatis (PBO), dapat berubah

  menjadi gangguan yang sifatnya permanent.

- Gangguan yang bersifat permanent, dimana untuk membebaskannya diperlukan tindakan

 perbaikkan dan atau menyingkirkan gangguan tersebut, sehingga gangguan ini menyebabkan

 pemutusan tetap.

Penangulangan gangguan dapat dilakukan dengan upaya2 sebagai berikut :

a.    Penanggulangan yang sifat perbaikan., sifatnya melakukan perbaikan pada jaringan

  peralatan  yang terganggu. Kadang2 dalam pelaksanaan perbaikan ada yang sifatnya

  sementara yang kemudian dialkukan perbaikan ulang.

b. Penanggulangan yang sifatnya preventif, melakukan upaya2 pencegahan agar dimungkinkan

  jaringan tidak terganggu, misalnya inspeksi jaringan secara rutin dan berkesinambungan

 serta langsung diupayakan pencegahannya, contoh sederhana adalah pemangkasan

 pepohonan. Penanggulangan lain yang sifatnya preventif misalnya penggunaan material yang

 sesuai standard dan bermutu, pemeriksaan unjuk kerja peralatan proteksi, pada daerah2 yang

 sering terjadi gangguan tidak jelas yang sering terjadi sambaran petir dapat diupayakan

 pencegahannya misalnya perbaikan / pemasangan arrester disertai kelengkapan pentanahan

 yang baik dan lain sebagainya.