1. ii
Sudaryatno Sudirham
DDDDiiiissssttttrrrriiiibbbbuuuussssiiii
EEEEnnnneeeerrrrggggiiii LLLLiiiissssttttrrrriiiikkkk
2. 2-1
BAB 2
Beban di Jaringan Distribusi
Dari keseluruhan sistem penyediaan energi, jaringan
distribusi merupakan bagian yang langsung berhubungan
dengan pengguna energi listrik, yang dalam pengusahaan
energi listrik disebut pelanggan.
Pelanggan, adalah pembeli energi listrik dan adalah wajar
jika apa yang dibelinya mempunyai mutu yang sesuai
dengan harapan.
Mutu energi listrik yang sampai ke tempat pelanggan
ditetapkan dalam berbagai ketentuan. Namun dalam
operasinya, pada waktu-waktu tertentu bisa terjadi
penyimpangan-penyimpangan. Penyimpangan ini
mungkin dipicu oleh kejadian alam, ataupun dipicu oleh
kejadian di jaringan itu sendiri.
2.1. Pengelompokan Pelanggan Menurut Tegangan
Dilihat dari posisi meter transaksi, pelanggan dapat di
kelompokkan dalam:
a). Pelanggan Tegangan Menengah
b). Pelanggan Tegangan Rendah
Pada jaringan distribusi PLN, nilai nominal tegangan
menengah adalah 20 kV (antar fasa) sedangkan tegangan
rendah adalah 380/220 V.
Pelanggan Tegangan Menengah. Pelanggan tegangan
menengah adalah pelanggan yang meter transaksinya
3. dipasang di sisi tegangan menengah; jadi kWh-meter
mengukur energi yang masuk ke transformator.
Hal ini tidak berarti bahwa semua pembebanan di sisi
pelanggan dicatu dengan tegangan menengah. Dengan
meletakkan pengukur energi di sisi tegangan menengah,
maka susut energi yang terjadi di transformator dan di
jaringan tegangan rendah yang tersambung ke
transformator tersebut, menjadi tanggungan pelanggan.
Oleh karena itu harga energi bagi pelanggan tegangan
menengah bisa lebih rendah. Di sisi sekunder
transformator, pelanggan dapat medistribusikan energi
melalui jaringan tegangan rendah pada beban-bebannya.
Pelanggan Tegangan Rendah. Pelanggan tegangan
rendah adalah pelanggan yang meter transaksinya
dipasang di sisi tegangan rendah; jadi kWh-meter
mengukur energi yang masuk langsung ke beban-beban
tegangan rendah.
Contoh yang umum untuk pelanggan tegangan rendah
adalah pelanggan rumah tangga, di mana tegangan 220 V
(fasa-netral) mencatu peralatan rumah tangga.
Perlu diingat bahwa tidak semua negara menggunakan
tegangan 220 V sebagai tegangan catu peralatan rumah
tangga. Di negara tertentu digunakan tegangan 110 V;
oleh karena itu kita perlu memastikan lebih dulu berapa
tegangan sumber sebelum kita hubungkan peralatan kita.
Demikian pula halnya jika kita membeli peralatan listrik,
perlu kita pastikan berapa tegangan yang diperlukan.
1-2 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
4. 2.2 Pengelompokan Menurut Jenis Pemanfaatan
Energi
PLN mengelompokkan pelanggannya menurut jenis
peruntukan energinya, yaitu:
2-3
1. Pelanggan Rumah Tangga
2. Pelanggan Industri
3. Pelanggan Bisnis
4. Pelanggan Sosial
5. Kantor Pemerintah
6. Penerangan Jalan Umum
Konsumsi Energi Pelanggan PLN. Proporsi penggunaan
energi untuk masing-masing kelompok pelanggan,
berbeda dari daerah ke daerah. Ada daerah dengan
pengunaan energi untuk industri cukup tinggi namun ada
daerah dengan penggunaan energi untuk industri sangat
rendah. Rekaman situasi tersebut memberikan gambaran
seberapa jauh kemajuan industri di suatu daerah
dibandingkan dengan daerah lain.
Tabel berikut ini menunjukkan proporsi konsumsi
energy untuk setiap jenis pelanggan PLN. Data ini diolah
dari Buku Statistik PLN untuk tahun 2006.
5. Tabel-1.1. Proporsi Konsumsi Energi Menurut Jenis
Pelanggan
RT Industri Bisnis Sos Kantor PJU
Jatim 35.9% 47.7% 11.0% 2.2% 0.9% 2.3%
Jateng 48.3% 35.1% 9.2% 2.7% 0.9% 3.9%
DIY 62.0% 12.8% 13.0% 7.2% 1.7% 3.3%
Jabar 35.0% 52.8% 9.1% 1.5% 0.7% 0.9%
Banten 12.6% 83.8% 2.4% 0.5% 0.3% 0.5%
DKI 33.4% 31.0% 28.8% 2.8% 2.8% 1.1%
Sumatra 49.7% 25.7% 16.1% 2.6% 1.7% 4.2%
Kalimantan 58.2% 11.6% 21.0% 2.6% 2.9% 3.8%
Sulawesi 52.1% 19.6% 17.6% 3.2% 3.0% 4.5%
Maluku 66.3% 1.9% 18.6% 3.0% 7.6% 2.6%
Bali 44.8% 4.1% 44.2% 1.8% 2.8% 2.2%
NTB 65.6% 2.0% 22.3% 3.7% 1.9% 4.5%
NTT 63.5% 3.2% 17.9% 5.2% 5.2% 5.0%
Papua 61.0% 1.4% 24.8% 3.7% 5.9% 3.2%
Batam 27.2% 32.4% 36.3% 1.4% 2.1% 0.6%
Di setiap daerah, jumlah konsumsi tiga kelompok
pelanggan yang terakhir, yaitu Sosial, Kantor Pemerintah,
dan Penerangan Jalan Umum, rata-rata tidak sampai 10%
dari total konsumsi di daerah yang bersangkutan.
Konsumsi paling tinggi kebanyakan adalah untuk
keperluan rumah tangga. Namun di beberapa daerah
seperti Jawa Timur, Jawa Barat, Banten, konsumsi untuk
industri lebih dominan. Sementara itu di Jakata,
konsumsi untuk rumah tangga, industri, dan bisnis dapat
1-4 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
6. dikatakan seimbang; demikian pula halnya dengan
Batam. Sedangkan di Bali konsumsi untuk Bisnis sangat
dominan seimbang dengan konsumsi rumah tangga,
sementara konsumsi untuk industri rendah.
2.3. Katagori Beban
Tidak semua pengguna energy bekerja pada kondisi yang
sama. Sebagian pengguna energi memerlukan energy
yang tak boleh terputus ataupun jika terputus hanya
boleh dalam selang waktu yang sangat pendek. Sebagian
lagi tidak terlalu menderita jika listrik terputus untuk
sementara. Berkenaan dengan hal tersebut, pengguna
energy dapat kita katagorikan sebagai berikut.
Katagori Pertama. Dalam katagori ini terputusnya
pasokan energy listrik akan menyebabkan situasi yang
sangat berbahaya seperti misalnya kematian, atau akan
menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat besar, atau
menyebabkan kerusakan peralatan, atau menyebabkan
terhentinya proses produksi yang sangat kompleks, atau
terhentinya layanan publik yang sangat vital seperti
tranportasi dan juga air.
Untuk pengguna energy katagori pertama ini,
terputusnya pasokan energi hanya boleh terjadi dalam
waktu yang sangat pendek. Mereka memerlukan pasokan
dari dua sumber yang tidak saling bergantungan, dan
salah satu diantaranya menjadi sumber cadangan
(standby units). Perpindahan dari sumber utama ke
sumber cadangan harus terjadi secara otomatis setiap
kali terjadi pemutusan pada sumber utama.
Katagori Kedua. Pada katagori ini, terputusnya aliran
energy akan menyebabkan penurunan produksi,
2-5
7. tertundanya pekerjaan, dan terhentinya mesin-mesin.
Dalam situasi ini pemindahan dari catu utama ke unit
cadangan boleh dilakukan secara manual.
Katagori Ketiga. Pada katagori ini termasuk semua
pengguna energy yang tidak termasuk pada katagori
pertama ataupun kedua. Terputusnya catu energy pada
katagori ini boleh lebih lama, bahkan sampai 24 jam.
2.4. Keandalan (Reliability)
Sehubungan dengan kemungkinan terputusnya catu
energy, dikenal beberapa ukuran untuk menilai seberapa
jauh pemasokan energy dapat diandalkan.
Reliability dinyatakan dengan indeks yang dihitung per
tahun dengan memasukkan faktor-faktor jumlah
pelanggan, beban terpasang, durasi ketiadaan pasokan,
jumlah daya (kVA) yang terputus, serta seringnya daya
terputus.
SAIFI (System Average Interruption Frequency Index).
SAIFI adalah frekuensi rata-rata terputusnya pasokan
(sustained interruptions) per pelanggan dalam satu
area yang ditentukan. Nilainya adalah jumlah interupsi
yang terjadi dibagi dengan jumlah pelanggan yang
dilayani.
SAIDI (System Average Interruption Duration Index).
SAIDI merupakan indeks yang menunjukkan rata-rata
durasi hilangnya pasokan energi ke pelanggan.
Nilainya adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk
mengembalikan pasokan dari setiap terhentinya
pasokan dibagi dengan jumlah semua pelanggan.
1-6 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
8. CAIDI (Customer Average Interruption Duration
Index). CAIDI adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan
untuk mengembalikan pasokan pada setiap sustained
interruption. Nilainya adalah jumlah durasi hilangnya
pasokan dibagi dengan total jumlah interupsi.
MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency
Index). MAIFI adalah jumlah peristiwa momentary
interruption dibagi dengan jumlah pelanggan yang
dilayani.
Momentary interruption didefinisikan dalam IEEE Std.
1366 sebagai interupsi yang terjadi karena operasi
tunggal piranti interupsi, seperti recloser.
Hanya SAIDI dan SAIFI yang selama ini masuk dalam
laporan PLN. Tabel-2.2. memperlihatkan situasi secara
nasional, yaitu SAIDI dan SAIFI yang dialami PLN secara
nasional.
2-7
9. Tabel-2.2. SAIDI dan SAIFI PLN*)
*) Sumber: Statistik PLN
2.5. Kualitas Daya (Power Quality)
Dengan berkembangnya teknologi informasi, bukan
hanya terputusnya pasokan energy yang dapat
merugikan pelanggan. Peralatan teknologi informasi
beserta perangkat lunaknya merupakan beban-beban
yang sangat sensitif. Gangguan-gangguan kecil yang tidak
terasa pada beban untuk penerangan, bisa menimbulkan
kerugian yang sangat besar pada system informasi.
Timbullah persoalan kualitas daya.
Kualitas Daya (Power Quality) terkait dengan peristiwa
yang berlangsung singkat, bisa kurang dari satu siklus,
1-8 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
10. yang cukup sulit untuk diamati. Masalah kualitas daya
dapat dipandang sebagai seringnya dan berbahayanya
penyimpangan-penyimpangan yang terjadi pada catu
daya ke beban, yang seharusnya berbentuk tegangan dan
arus sinusoidal 50 Hz.
Karena kepekaan peralatan terhadap adanya
penyimpangan-penyimpangan berbeda-beda, maka apa
yang untuk suatu peralatan merupakan kualitas daya
yang buruk mungkin saja tidak terlalu buruk untuk
peralatan lain sehingga masih dapat diterima.
Power quality sama pentingnya dengan reliability.
Permasalahan dalam kualitas daya adalah sebagai
berikut:
2-9
Power Surges
Voltage Sag
Undervoltage
Brownouts
Blackouts
Transients / Interruptions
High-Voltage Spikes
Frequency Variation
Electrical Line Noise
Harmonics
Power Surges. Power surge merupakan pemaksaan
kenaikan pasokan daya yang tiba-tiba kepada suatu
beban. Peristiwa ini dirasakan sebagai suatu kenaikan
tegangan pada beban.
Peristiwa ini bisa terjadi jika peralatan listrik yang
menggunakan daya besar tiba-tiba lepas / dilepas dari
jaringan. Kejadian ini dirasakan oleh beban yang lain
11. sebagai kenaikan tegangan (pada frekuensi normal);
kenaikan tegangan ini dapat mencapai 110% atau lebih
dari tegangan normal.
Power Surge dapat mengakibatkan kedip (flicker),
matinya peralatan, errors pada komputer, dan kehilangan
memori pada computer.
Voltage Sag. Kebalikan dari Power Surge, peristiwa
Power Sag berupa penurunan tegangan. Peristiwa ini bisa
disebabkan oleh kesalahan jaringan ataupun masuknya
peralatan yang membutuhkan arus awal besar ke
jaringan.
Gb.1.1. Voltage sag.
V
Voltage sag dapat mengakibatkan kegagalan peralatan,
computer errors, computer memory loss.
Kejadian Voltage sag bisa bersumber pada instalasi
sendiri, yaitu instalasi di pelanggan. Misalnya:
1. Masuknya beban besar ke jaringan
2. Cacat pada sambungan penghantar
3. Terjadinya hubung singkat di tempat lain pada
instalasi sendiri.
1-10 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
t
12. Voltage sag juga bisa bersumber pada jaringan pemasok
energy (PLN), misalnya
2-11
1. Beroperasinya recloser
2. Beroperasinya Voltage Regulator
1. Masuknya beban besar di instalasi sendiri
Motor: Arus asut motor bisa mencapi nilai yang timggi.
Karakteristik motor
[Siemens - Electrical Engineering Handbook]
Pemanas resistif: Resistivitas logam meningkat dengan
meningkatnya temperatur. Pemanas resistif pada
waktu start (masih dingin) bisa menarik arus 1,5 kali
arus setelah pemanas menjadi panas.
2. Cacat pada sambungan penghantar
Sambungan-sambungan penghantar yang longgar
mempertinggi impedansi saluran. Peningkatan
impedansi ini memperbesar tegangan jatuh pada
saluran yang berarti memperbesar terjadinya voltage
sag.
13. 3. Terjadi hubung singkat di tempat lain dalam
instalasi sendiri
Untuk melokalisasi kejadian hubung-singkat
digunakan fuse. Arus besar pada waktu terjadi hubung
singkat akan melelehkan kawat fuse yang kemudian
memutuskan beban. Namun ada selang waktu antara
saat hubung singkat terjadi dan saat terputusnya
kawat fuse. Dalam selang waktu tersebut terjadi
penurunan tegangan.
4. Voltage Regulator di sisi pemasok daya
Jaringan pemasok energi dilengkapi dengan peralatan
yang secara otomatis melakukan penyesuaian
tegangan. Peralatan otomatis ini mungkin berupa
power factor correction capacitors, mungkin juga tap
switching transformers. Apabila terjadi kegagalan
operasi peralatan ini, voltage sag akan terjadi.
Voltage sag dapat menyebabkan kegagalan peralatan.
Satu hal yang pasti adalah bahwa voltage sag akan
mengakibatkan menurunnya pasokan daya karena daya
berbanding lurus dengan kuadrat tegangan. Apabila
tegangan turun 10%, maka aliran daya hanya tinggal
sekitar 80% dari semula.
Penurunan daya pada waktu terjadi voltage sag juga
dialami oleh beban-beban sensitif. Catu daya beban
sensitif (komputer dll) diberikan melalui tegangan searah
yang dihasilkan oleh penyearahan tegangan bolak-balik.
1-12 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
14. Undervoltage. Yang dimaksud dengan undervoltage
adalah peristiwa penurunan tegangan yang terjadi
secara berkepanjangan
Undervoltage akan mengakibatkan terjadinya pemanasan
yang berlebihan pada motor, bahkan sampai pada
kegagalan operasi peralatan.
Brownouts. Brownout adalah terjadinya pasokan daya
pada tegangan yang lebih rendah dari tegangan normal.
Hal ini terjadi misalnya pada waktu pemasok tidak dapat
memenuhi permintaan beban dan terpaksa beroperasi
pada tegangan yang lebih rendah untuk membatasi daya
maksimum.
Brownout dapat mengakibatkan data error, data loss,
kegagalan peralatan.
Interruptions / Transient. Interupsi pasokan daya
merupakan kondisi di mana catu tegangan ataupun arus
hilang samasekali untuk sementara waktu.
Hal ini biasa terjadi di jaringan sebagai akibat sambaran
petir, binatang, cuaca buruk, dan kegagalan operasi
peralatan.
Terputusnya pasokan ini bisa berlangsung hanya sesaat
bisa pula berkepanjangan:
2-13
15. Blackouts. Blackouts adalah peristiwa terjadinya
tegangan nol (hilang tegangan) yang berlangsung lebih
dari dua menit. Sumber kejadian kebanyakan berasal dari
sisi jaringan seperti circuit breaker yang trip.
Akibat yang dapat ditimbulkan adalah data loss, data
corrupt, kerusakan peralatan
High Voltage Spikes. Voltage spikes merupakan kenaikan
tegangan tiba-tiba dalam durasi yang sangat pendek.
Spikes sering terjadi karena adanya sambaran petir, dan
berakibat buruk pada beban sensitif.
Durasi terjadinya spike bisa kurang dari 10 mikrodetik.
Sedangkan besar spike di jaringan bisa mencapai 10 kV
dan di sisi tegangan rendah bisa mencapai 1000 V.
Akibat yang ditimbulkan bis loss of data, kerusakan
komponen elektronik.
Frequency Variation. Dalam kejadian ini frekuensi
menyimpang dari standar 50 Hz. Hal ini bisa disebabkan
oleh emergency genset, generator tak stabil.
Akibat yang timbul adalah data lost, kegagalan program,
kegagalan peralatan sensitif
Electrical Line Noise. Peristiwa ini mencakup
Radio Frequency Interference (RFI) dan
Electromagnetic Interference (EMI)
Kejadian ini mempengaruhi jaringan system komputer.
Sumber penyebabnya antara lain rele, piranti kendali
motor, radiasi gelombang mikro, badai petir.
Akibat yang timbul berupa data error, data loss.
1-14 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
16. Harmonisa. Peristiwa yang sesunggungguhnya terjadi
adalah terdistorsinya bentuk gelombang arus yang
seharusnya sinusoidal. Distorsi ini terjadi karena adanya
beban nonlinier, dimana bentuk gelombang arus beban
tidak mengikuti bentuk gelombang tegangan pasokan.
Beban semacam ini misalnya penyearah.
Tentang harmonisa ini dibahas di Bab-3, -4,-5
yang merupakan copy dari bab-6, -7, -8
Analisis Rangkaian Sistem Tenaga mengenai
Pembebanan Non Linier (silakan diunduh).
2.6. Kondisi Lokasi
Hal yang perlu pula diperhatikan adalah kondisi lokasi di
mana peralatan pengguna energy ditempatkan. Kondisi
lokasi yang khusus dapat membahayakan instalasi jika
tidak diantisipasi. Kita bisa membedakan kondisi-kondisi
lokasi sebagai berikut
Lokasi Kering. Suatu lokasi dikatakan kering jika
kelembaban-relatif tidak melebihi 60%. Lokasi semacam
ini misalnya ruang kantor, auditorium, flat.
Lokasi Tidak Kering tetapi juga tidak lembab. Lokasi
demikian mempunyai kelembabn relatif di atas 60%
tetapi kurang dari 75%. Uap bisa hadir di ruangan
semacam ini namun dalam selang waktu yang tidak
terlalu lama. Misalkan dapur (ruang memasak makanan),
gudang.
Lokasi Lembab. Kelembaban relative ruang demikian ini
bisa 75% atau lebih. Gudang bawah tanah dan
2-15
17. terowongan adalah lokasi-lokasi yang mungkin akan
mencapai kondisi seperti ini.
Lokasi Basah. Dalam ruang demikian ini kelembaban
relatif bisa mendekati 100%. Dinding dan lantai hampir
selalu lembab; misalnya ruang mandi, ruang cuci
(laundry).
Lokasi dengan Temperatur Tinggi. Dalam ruang ini
suhu selalu di atas 30o C. Misalnya ruang mesin.
Lokasi Berdebu. Debu selalu timbul dalam ruang
demikian ini. Debu ini merupakan hasil dari suatu proses
prduksi. Contoh yang mudah ditemui adalah ruang
produksi peralatan dari kayu (meubel). Penggergajian,
pembubutan, ampelas, adalah pekerjaan-pekerjaan yang
menghasilkan debu.
Lokasi dengan Bahaya Kejut-listrik. Ruangan yang
demikian ini mungkin mengandung debu yang
merupakan debu konduktif, mungkin juga berlantai
konduktif.
Ruang dengan uap eksplosif atau mudah terbakar.
Instalasi dalam ruang seperti ini harus explotion proof.
Pabrik cat, tambang, instalasi pengolahan minyak bakar
(fuel) adalah contoh lokasi yang memerlukan instalasi
yang explotion proof.
1-16 Sudaryatno Sudirham, Distribusi Energi Listrik
