148563066 Karakteristik Beban Tenaga Listrik

Perencanaan Sistem Tenaga Listrik

Modul 14: Muhamar Kadaffi,MT

KARAKTERISTIK BEBAN TENAGA LISTRIK

A. Pendahuluan

Secara umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi elektrik ini dibagi dalam

beberapa sektor yaitu sektor perumahan, sektor industri, sektor komersial dan sektor usaha.

Masing-masing sektor beban tersebut mempunyai karakteristik-karakteristik yang berbeda,

sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsi energi pada masing-masing konsumen di sektor

tersebut. Karakteristik beban yang banyak disebut dengan pola pembebanan pada sektor

perumahan ditujukan oleh adanya fluktuasi konsumsi energi elektrik yang cukup besar. Hal

ini disebabkan konsumsi energi elektrik tersebut dominan pada malam hari. Sedang pada

sektor industri fluktuasi konsumsi energi sepanjang hari akan hampir sama, sehingga

perbandingan beban puncak terhadap beban rata-rata hampir mendekati satu. Beban pada

sektor komersial dan usaha mempunyai karakteristik yang hampir sama, hanya pada sektor

komersial akan mempunyai beban puncak yang lebih pada malam hari.

B. Klasifikasi Beban

Berdasarkan jenis konsumen energi listrik, secara garis besar, ragam beban dapat

diklasifikasikan ke dalam :

1. Beban rumah tangga, pada umumnya beban rumah tangga berupa lampu untuk

penerangan, alat rumah tangga, seperti kipas angin, pemanas air,lemari es, penyejuk

udara, mixer, oven, motor pompa air dan sebagainya. Beban rumah tangga biasanya

memuncak pada malam hari.

2. Beban komersial, pada umumnya terdiri atas penerangan untuk reklame, kipas angin,

penyejuk udara dan alat – alat listrik lainnya yang diperlukan untuk restoran. Beban

hotel juga diklasifikasikan sebagi beban komersial (bisnis) begitu juga perkantoran.

Beban ini secara drastis naik di siang hari untuk beban perkantoran dan pertokoan dan

menurun di waktu sore.

Perancangan Sistem Tenaga ListrikMuhamar Kadaffi, MT

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘111


3. Beban industri dibedakan dalam skala kecil dan skala besar. Untuk skala kecil banyak

beropersi di siang hari sedangkan industri besar sekarang ini banyak yang beroperasi

sampai 24 jam.

4. Beban Fasilitas Umum

Pengklasifikasian ini sangat penting artinya bila kita melakukan analisa karakteristik

beban untuk suatu sistem yang sangat besar. Perbedaan yang paling prinsip dari empat jenis

beban diatas, selain dari daya yang digunakan dan juga waktu pembebanannya. Pemakaian

daya pada beban rumah tangga akan lebih dominan pada pagi dan malam hari, sedangkan

pada heban komersil lebih dominan pada siang dan sore hari. Pemakaian daya pada industri

akan lebih merata, karena banyak industri yang bekerja siang-malam. Maka dilihat dari sini,

jelas pemakaian daya pada industri akan lebih menguntungkan karena kurva bebannya akan

lebih merata. Sedangkan pada beban fasi1itas umum lebih dominan pada siang dan malam

hari. Beberapa daerah operasi tenaga listrik memberikan ciri tersendiri, misalnya daerah

wisata, pelanggan bisnis mempengaruhi penjualan kWh walaupun jumlah pelanggan bisnis

jauh lebih kecil dibanding dengan pelanggan rumah tangga.

C. Karakteristik Umum Beban Listrik

Tujuan utama dari sistem distribusi tenaga listrik ialah mendistribusikan tenaga listrik

dari gardu induk atau sumber ke sejumlah pelanggan atau beban. Suatu faktor utama yang

paling penting, dalam perencanaan sistem distribusi adalah karakteristik dari berbagai beban.

Karakteristik beban diperlukan agar sistem tegangan dan pengaruh thermis dari pembebanan

dapat dianalisis dengan baik. Analisis tersebut termasuk dalam menentukan keadaan awal

yang akan di proyeksikan dalam perencanaan selanjutnya. Penentuan karakteristik beban

listrik suatu gardu distribusi sengat penting artinya untuk mengevaluasi pembebanan gardu

distribusi tersebut, ataupun dalam merencanakan suatu gardu distribusi yang baru.

Karakteristik beban ini sangat memegang peranan penting dalam memilih kapasitas

transformator secara tepat dan ekonomis. Di lain pihak sangat penting artinya dalam

menentukan rating peralatan pemutus rangkaian, analisa rugi-rugi dan menentukan kapasitas

pembebanan dan cadangan tersedia dan suatu gardu. Karakteristik beban listrik suatu gardu

sangat tergantung pada jenis beban yang dilayaninya. Hal ini akan jelas terlihat dan hasil

pencatatan kurva beban suatu interval waktu. Berikut ini beberapa faktor yang menentukan

karaktristik beban.



‘112


1. Faktor Beban (load factor)

Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata – rata terhadap beban puncak yang

diukur dalam suatu periode tertentu. Beban rata – rata dan beban puncak dapat dinyatakan

dalam kilowatt, kilovolt – amper, amper dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus

sama. Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya dipakai harian, bulanan

atau tahunan. Beban puncak yang dimaksud disini adalah beban puncak sesaat atau beban

puncak rata-rata dalam interval tertentu (demand maksimum), pada umumnya dipakai

demand maksimum 15 menit atau 30 menit. Definisi dari faktor beban ini dapat dituliskan

dalam persamaan

berikut ini:

Faktor beban dapat diketahui dari kurva bebannya. Sedangkan untuk perkiraan besaran

faktor beban di masa yang akan datang dapat didekati dengan kata data statistik yang ada

berdasarkan jenis bebannya.

Bila diterapkan pada pusat pembangkit maka di dapat, menurut

definisi :

dengan :

T = periode waktu

Prata-rata = Beban rata – rata dalam periode T



‘113


Pp = beban puncak yang terjadi dalam periode T pada selang waktu tertentu (15 menit atau

30 menit).

Bila Prata dan Pp dalam kW dan T dalam jam.

Bila T dalam setahun, maka didapat faktor beban tahunan, bila dalam satu bulan didapat

faktor beban bulanan dan bila harian, faktor beban harian.

2. Beban Harian

Faktor beban harian, bervariasi menurut karakterstik dari daerah beban tersebut, apakah

daerah pemukiman, daerah industry, perdagangan ataupun gabungan dari bermacam

pemakai/pelanggan, juga bagimana keadaan cuaca atau juga apakah hari libur dan

sebagainya.

3. Faktor Beban harian rata – rata

Faktor beban harian rata – rata , gambar 3. merupakan dasar dari pada faktor beban

tahunan total.

Gambar 1. Beban Puncak Harian (30 hari)



‘114


Gambar 2. Kurva Beban Puncak Bulanan

Selanjutnya, dapat dilihat beban puncak bulanan rata – rata terhadap beban puncak

tahunan, lihat gambar 3. misalkan Ppt = puncak tahuanan (annual load faktor), maka ini dapat

dihitung sebagai berikut :

Dimana :

Fbt = faktor beban tahunan

Fbh = faktor beban harian

Pph = beban puncak rata – rata harian

Ppb = beban puncak rata – rata bulanan

Ppt = beban puncak rata – rata tahunan



‘115


Gambar 3. Kurva Beban Tahunan

4. Faktor Penilaian Beban

Faktor-faktor penilaian beban adalah faktor yang dapat memberikan gambaran mengenai

karakteristik beban, baik dari segi kuantitas pembebanannya maupun dari segi kualitasnya.

Faktor-faktor ini sangat berguna dalam meramalkan karakteristik beban masa datang atau

dalam menentukan efek pembebanan terhadap kapasitas sistem secara menyeluruh.

a. Beban (Demand)

Pengertian dari demand (D) dan suatu beban dapat diartikan sebagai besar pembebanan

sesaat dan gardu pada waktu tertentu atau besar beban rata-rata untuk suatu interval waktu

tertentu. Interval waktu dimana besarnya beban ingin ditentukan disebut : Demand Interval

(T). Demand dapat dinyatakan dalam KW, KVA atau KVAR.

b. Beban Maksimum (Maximum Demand)

Maximum demand (Dmax ) adalah beban rata-rata terbesar yang terjadi pada suatu

interval demand tertentu. Jadi maximum demand ditentukan untuk waktu tertentu dari suatu

interval waktu tertentu, misal : - maximum demand 1 jam , T = 24 jam, dengan perkataan lain

; Dmx, 1 jam pada T = 24 jam,berarti besarnya beban rata-rata terbesar untuk selang waktu 1

jam pada interval waktu T = 24 jam.



‘116


c. Beban Puncak (Peak Load)

Beban Puncak (Pmax) adalah nilai terbesar dari pembebanan sesaat pada suatu interval

demand tertentu. Untuk dapat memperjelas pengertian mengenai Demand (D), Maximum

Demand (Dmax) dan Beban Puncak (Pmax) dapat dilihat pada Gambar 4 dibawah ini.

Gambar 4. Perubahan KebutuhanMaksimum Terhadap Waktu

Interval Demand : T = 24 jam

Demand = Pav : D = 27 kW

Maximum Demand : Dmax, 1 jam = 95 kW

Beban Puncak : Pmax = 10 kW

d. Beban Terpasang (Connected Load)

Beban terpasang dari suatu sistem adalah jumlah total daya dari seluruh peralatan sesuai

dengan KW atau KVA yang tertulis pada papan nama (name plat) peralatan yang akan

dilayani oleh sistem tersebut.

Jadi :

Dimana :



‘117


Pi = rating KVA dari alat i

n = jumlah alat yang terhubung ke sistem.

e. Faktor Keragaman (Diversity Factor)

Faktor keragaman (fdiv) didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah beban

maksimum dari masing masing unit beban yang ada pada suatu sistem terhadap beban

maksimum sistem secara keseluruhan. Jadi faktor keragaman

dimana :

Dmax I = beban maksimum beban unit ke i

Dmax s = beban maksimum sistem

Bila Dmax i untuk seluruh unit bersamaan waktunya maka fdiv akan berharga 1, tetapi bila

tidak fdiv akan lebih besar dari i.

f. Faktor Keserempakan (Coincidence Factor)

Faktor keserempakan (fcf) adalah keba1ikan dari faktor keragaman, yang didefinisikan

sebagai perbandingan antara beban maksimum dari suatu kumpulan beban dari sistem

terhadap jumlah beban maksimum dari masing-masing unit beban.

Jadi :

g. Faktor Kebutuhan (Demand Factor)



‘118


Faktor kebutuhan didefinisikan sebagal perbandingan antara beban puncak suatu sistem

terhadap beban terpasang yang dilayani oleh sistem.

Nilai fd pada prinsipnya lebih kecil atau sama dengan satu. Bisa saja terjadi lebih besar

dari satu, yaitu saat terjadi dibeban lebih.

h. Faktor Beban (Load Factor)

Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata-rata selama interval tertentu dengan

beban puncak yang terjadi pada interval yang sama.

dimana: pav = beban rata-rata dan Pmax = beban puncak.

Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata – rata terhadap beban puncak dalam

periode tertentu. Beban rata – rata dan beban puncak dapat dinyatakan dalam kilowatt,

kilovolt – amper, amper dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus sama. Faktor

beban dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya dipakai harian, bulanan atau tahunan.

i. Faktor Rugi-Rugi (Loss Factor)

Faktor rugi-rugi (fLs) didefinisikan sebagai perbandingan antara rugi-rugi daya rata-rata

terhadap rugi-rugi daya beban puncak dalam selang waktu tertentu.

5. Faktor Diversitas



‘119


Faktor diversitas adalah perbandingan antara jumlah beban puncak dari masing – masing

pelanggan dari satu kelompok pelanggan dengan beban puncak dari kelompok pelanggan

tersebut. Didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah demand dari unit-unit beban

terhadap demand maksimum dari keseluruhan beban. Secara matematis, faktor diversitas (Fd)

dapat ditulis :

Atau

Dimana :

Di = beban puncak (kebutuhan Maks) dari masing – masing beban i, yang terjadi tidak pada

waktu yang bersamaan.

Dk = D 1+2+3 ….n adalah beban puncak dari n kelompok beban.

Untuk lebih memperjelas faktor diversitas ini, perhatikangambar 4. dimisalkan kelompok

beban terdiri dari atas 4 pelanggan dengan beban puncak sama besar. Pada gambar

penggunaan beban puncak dari keempat pelanggan tidak bersamaan waktunya, faktor

diversitas adalah :

Sedangkan pada gambar lainnya,



‘1110


Jadi 1 dan 4 adalah nilai extrim dari Fd dari 4 pelanggan ini.

Gambar 5. Dua nilai ekstrim unutuk faktor diversitas.

Pada umumnya faktor diversitas untuk gardu distribusi dan gardu induk nilainya berkisar

sperti di bawah ini :

a. Gardu distribusi 1,00 – 1,50

b. Gardu induk 1,08 – 1,60

6. Faktor Kebersamaan (waktu)

Faktor kebersamaan (waktu) adalah perbandingan antara beban puncak (kebutuhan maks)

dari suatu kelompok pelanggan (beban) dengan beban puncak dari masing – masing

pelanggan dari kelompok tersebut. Jadi faktor kebersamaan (Fc) adalah :

Dari definisi diatas dapat diketahui :



‘1111


7. Kebutuhan “Demand”

Kebutuhan sistem elektrik didefinisikan sebagai beban pada terminal terima secara rata-

rata dalam suatu universal waktu tertentu. Satuan beban tersebut dapat berupa Kilowatt,

Kilovoltampere, Ampere dan Kiloampere.

8. Selang Kebutuhan “Demand Interval”

Interval Kebutuhan merupakan periode yang dijadikan dasar untk terima secra rata-rata.

Pemilihan periode ini dapat terjadi mulai dari selang 15 menit, selang 30 menit, selang 60

menit ataupun lainnya. Pada kondisi-kondisi tertentu kebutuhan pada selang 15 menit sama

dengan kebutuhan pada selang 30 menit. Pernyataan kebutuhan ini harus diekspresikan dalam

suatu selang waktu dimana kebutuhan tersebut diukur. Gambar II menunjukkan kurva harian

beban “Daily Load Curve” yang menunjukkan beban sebagai fungsi waktu. Berdasarkan pada

kurva harian beban tersebut dapat dibuat kurva lama beban “ Load Duration Curve” seperti

pada gambar 1 dan 2.

Gambar 6. Kurva Harian Beban



‘1112


Gambar 7. Kurva Lama Beban

9. Kebutuhan Maksimum “Maksimum Demand”

Kebutuhan Maksimum didefinisikan sebagai kebutuhan terbesar yang dapat terjadi dalam

suatu selang tertentu. Jadi, kebutuuhan maksimum dapat dikatakan dalam selang waktu 1

jam, 1 minggu, harian dll.

10. Diversitas Kebutuhan “Diseverisfied Demand”

Diversitas kebutuhan dikaitkan dengan beban komposit, dengan beban yang tidak saling

berhubungan pada selang waktu tertentu. Jadi, diversitas kebutuhan merupakan perbandingan

jumlah maksimum masing-masing beban komposit tersebut terhadap kebutuhan maksimum

seluruh beban komposit.

11. Faktor Kebutuhan (DF = demand factor)



‘1113


Didefinisikan sebagai perbandingan antara beban puncak dengan beban trpasang dengan

kata lain merupakan derajat pelayanan serentak pada seluruh beban terpasang. Definisi ini

dapat dituliskan seperti persamaan (2) berikut :

Untuk suatu perioda waktu tertentu (2) Yang dimaksud dengan beban terpasang adalah

jumlah kapasitas yang tertera pada papan nama (name plate). Faktor kebutuhan adalah

perbandingan antara kebutuhan maksimum (beban puncak) terhadap total daya tersambung.

Jadi :

Jumlah daya tersambung adalah jumlah dari daya tersambung dari seluruh beban dari

setiap konsumen. Daya tersambung dan kebutuhan maksimum satuannya harus sama.faktor

kebutuhan biasanya bernilai kurang dari satu. Faktor kebutuhan ini dapat menjadi satu bila

keseluruhan beban yang tersambung serentak diberi energy dalam sebagian besar periodenya.

Faktor kebutuhan menunjukkan tingkat dimana beban yang tersambung beroperasi serentak.

Faktor kebutuhan dipakai untuk menentukan kapasitas (juga biaya) dari peralatan tenaga

listrik yang diperlukan untuk melayani beban tersebut. Karena ada pengaruhnya terhadap

investasi, maka faktor kebutuhan ini menjadi penting dalam menentukan jadwal

pembiayaannya.

Faktor kebutuhan dari beberapa jenis bangunan :

a. Perumahan sederhana 50 – 75%

b. Perumahan besar 40 – 65%

c. Kantor 60 – 80%

d. Toko sedang 40 – 60%

e. Toko serba ada 70 – 90%

f. Industry sedang 35 – 65%

Besarnya faktor kebutuhan (biasanya dinyatakan dalam %) dipengaruhi oleh beberapa hal,

yaitu :



‘1114


a. Besarnya beban terpasang

Sebagai contoh : Rumah tinggal yang mempunyai beban terpasang yang relatif besar,

pada umumnya memiliki faktor kebutuhan yang lebih rendah bila dibandingkan dengan

rumah tinggal yang mempunyai beban terpasang lebih kecil.

b. Sifat pemakaian

Toko-toko, pusat perbelanjaan, kantor-kantor dan bangunan industri biasanya memiliki

faktor kebutuhan tinggi sedangkan gudang dan tempat rekreasi memiliki faktor demand yang

rendah.

12. Faktor Coincident (CF = coincident factor)

Didefinisikan sebagai perbandingan antara demand maksimum seluruh beban dengan

jumlah demand maksimum masing-masing unit beban. Persamaan 4 menggambarkan definisi

ini :

CF = 1/DF

13. Faktor Rugi-rugi Beban (LLF = Loss factor)

Didefinisikan sebagai perbandingan antara rugi dan rata-rata terhadap rugi daya pada

beban puncak pada periode waktu tertentu. Faktor rugi-rugi beban merupakan rugi-rugi

sebagai fungsi waktu, berubh sesuai dengan fungsi dari waktu kuadrat. Oleh karena itu, faktor

rugi-rugi ini tidak dapat ditentukan langsung dari faktor beban. Berdasarkan pengalaman dan

percobaan yang dilakukan oleh Buller dan Woodrow dengan menganalisa ratusan grafik

diperoleh persamaan empiris sebagai berikut :

LLF = 0,3 (LF) + 0,7 (LF)2 ….. (5)

Dengan :



‘1115


LLF = Faktor rugi-rugi

LF = Faktor beban

14. Faktor Penggunaan (UF = utility factor)

Didefenisikan sebagai pertandingan antara demand maksimum dengan kapasitas nominal dari

sistem pencatu daya. Persamaan 6 menggambarkan defenisi ini :

Demand maksimum sistem dapat dicari kurva beban atau dengan menghitung beban

terpasangnya. Demand maksimum merupakan perkaitan antara beban terpasang dengan

faktor demand.

D. Kurva Beban dan Beban Puncak

Kepadatan beban selalu dipakai sebagai ukuran dalam menentukan kebutuhan listrik.

Sesuatu daerah kepadatan beban satuannya dapat berupa MVA/km2 atau KVA/m2 umumnya

satuan yang dipakai adalah MVA/km2. Beban puncak (kebutuhan maksimum) didefenisikan

sebagai beban (kebutuhan) terbesar/tertinggi yang terjadi selama periode tertentu. Periode

tertentu dapat berupa sehari, sebulan maupun dalam setahun. Perode harian, yaitu variasi

pembebanan trafo distribusi selama sehari. Selanjutnya beban puncak harus diartikan beban

rata – rata selama selang waktu tertentu, dimana kemungkinan terjadinya beban tersebut.

Contoh, beban harian dari transformator distribusi di mana beban puncaknya selama selang

waktu 1 jam, yaitu antara pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titikB). Nilai rata – rata

kurva A – B, merupakan kebutuhan puncaknya (kebutuhan maksimum). Perlu diingatkan

disini bahwa kebutuhan puncak (kebutuhan max) bukan

merupakan nilai sesaat, tetapi nilai rata – rata selama selang waktu tertentu, biasanya

selang waktu tertentu tersebut adalah 15 menit, 30 menit atau satu jam.

1. Kurva Beban

Kurva beban menggambarkan variasi perbebanan terhadap suatu gardu yang diukur

dengan KW, Ampere atau KVA Sebagai fungsi dari waktu.



‘1116


Interval waktu pengukuran biasanya ditentukan berdasarkan pada penggunaan hasil

pengukuran, misal : interval waktu 30 menit atau 60 menit sangat berguna dalam penentuan

kapasitas rangkaian. Biasanya beban diukur untuk interval waktu 15 menit, 30 menit, satu

hari atau 1 minggu.

Kurva Beban menunjukkan permintaan (demand) atau kebutuhan tenaga pada interval

waktu yang berlain-lainan. Dengan bantuan kurva beban kita dapat menentukan besaran dari

beban-terbesar dan selanjutnya kapasitas pembangkit dapat ditentukan juga.

Gambar 8 . Pukul 5 pagi beban mulai

menanjak dan mencapai maksimum kira-kira pada

pukul 8 pagi, waktu semua mesin industri beroperasi.

Hal seperti itu akan konslan sampai menjelang habis

waktu kerja, tetapi menurun pada waktu istirahat

siang. Sehabis istirahat siang akan naik lagi dan akan

menurun sekitar jam 4-5 sore.

Gambar 9 .

Beban tranportasi kota akan tinggi

kira-kira pada jam 9 pagi. Akan

berkurang pada jam 12 siang dan

akan naik lagi sampai kira-kira jam

5 sore.



‘1117


Gambar 10 . Beban untuk penerangan kota akan

konstan dari jam 6 sore sampai jam 6

pagi.

Gambar 11 . Beban rumah tangga akan maksimum

pada jam 6 sore sampai kira-kira jam

12.00 malam dan akan menurun

sesudah jam 12 malam.

Gambar 12 adalah salah satu contoh

kurva beban suatu

metropolitan

2. Beban Puncak



‘1118


Kepadatan beban selalu dipakai sebagai ukuran dalam menentukan kebutuhan listrik.

Sesuatu daerah kepadatan beban satuannya dapat berupa MVA/km2 atau KVA/m2 umumnya

satuan yang dipakai adalah MVA/km2. Beban puncak (kebutuhan maksimum) didefenisikan

sebagai beban (kebutuhan) terbesar/tertinggi yang terjadi selama periode tertentu. Periode

tertentu dapat berupa sehari, sebulan maupun dalam setahun. Perode harian, yaitu variasi

pembebanan trafo distribusi selama sehari. Selanjutnya beban puncak harus diartikan beban

rata – rata selama selang waktu tertentu, dimana kemungkinan terjadinya beban tersebut.

Contoh, beban harian dari transformator distribusi di mana beban puncaknya selama selang

waktu 1 jam, yaitu antara pukul 19.00 (titik A) dan pukul 20.00 (titik B). Nilai rata – rata

kurva A – B, merupakan kebutuhan puncaknya (kebutuhan maksimum). Perlu diingatkan

disini bahwa kebutuhan puncak (kebutuhan max) bukan merupakan nilai sesaat, tetapi nilai

rata – rata selama selang waktu tertentu, biasanya selang waktu tertentu tersebut adalah 15

menit, 30 menit atau satu jam.

Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya

semu/daya total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya semu/daya total. Daya

reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan

menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis,

jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor daya satu, maka

daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian. Sehingga,

dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,5, maka

kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (VAR) harus serendah

mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total

(VA).

Faktor Daya / Faktor kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu.

Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan

faktor daya ini menggunakan kapasitor. Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya ,

pengkoreksi faktor daya pada sistim distribusi listrik/instalasi listrik di pabrik/industri.

Kapasitor bertindak sebagai pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi

jumlah daya reaktif, juga daya semu yang dihasilkan oleh bagian utilitas.

C. Metoda Pemasangan Instalasi Kapasitor



‘1119


Karakteristik Beban Pada Sistem Arus Listrik Bolak-Balik (AC), dalam sistem listrik arus

bolak-balik, jenis beban dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam, yaitu :

Beban resistif (R)

Beban induktif (L)

Beban kapasitif (C)

1. Beban Resistif (R)

Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja (resistance),

seperti elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya

mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan

arus sefasa. Persamaan daya sebagai berikut :

P = VI

Dengan :

P = daya aktif yang diserap beban (watt)

V = tegangan yang mencatu beban (volt)

I = arus yang mengalir pada beban (A)



‘1120

http://saranabelajar.files.wordpress.com/2010/02/1.jpg


Gambar 13. Rangkaian Resistif Gelombang AC

Gambar 14. Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif

2. Beban Induktif (L)

Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparat kawat yang dililitkan pada

suatu inti, seperti coil, transformator, dan solenoida. Beban ini dapat mengakibatkan

pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal ini disebabkan oleh

energi yang tersimpan berupa medan magnetis akan mengakibatkan fasa arus bergeser

menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif.

Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut :

P = VI cos φ

Dengan :


V = tegangan yang mencatu beban (volt)


φ = sudut antara arus dan tegangan



‘1121




Gambar 15. Rangkaian Induktif Gelombang AC

Gambar 16. Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif

Untuk menghitung besarnya rektansi induktif (XL), dapat digunakan rumus :

Dengan :

XL = reaktansi induktif

F = frekuensi (Hz)

L = induktansi (Henry)

3. Beban Kapasitif (C)

Beban kapasitif (C) yaitu beban yang memiliki kemampuan kapasitansi atau kemampuan

untuk menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik (electrical discharge) pada

suatu sirkuit. Komponen ini dapat menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban jenis

ini menyerap daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban

induktif adalah sebagai berikut :

P = VI cos φ

Dengan :


V= tegangan yang mencatu beban (volt)




‘1122




φ = sudut antara arus dan tegangan

Gambar 17. Rangkaian Kapasitif Gelombang AC

Gambar 18. Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Kapasitif

Untuk menghitung besarnya rektansi kapasitif (XC), dapat digunakan rumus :

Dengan :

XL = reaktansi kapasitif

f = frekuensi

C = kapasitansi (Farad)

D . Syarat Penyediaan tenaga listrik



‘1123





Penyelenggaraan Tenaga listrik sebagai salah satu infrastruktur yang menyangkut hajat

hidup orang banyak, oleh karena itu pembangunan ketenagalistrikan harus menganut asas

manfaat, efisiensi berkeadilan, berkelanjutan, optimalisasi ekonomi dalam pemanfaatan

sumber daya energi, mengandalkan pada kemampuan sendiri, kaidah usaha yang sehat,

keamanan dan keselamatan,kelestarian fungsi lingkungan, dan otonomi daerah. Penyediaan

tenaga listrik dikuasai oleh negara yang penyelenggaraannya dilakukan oleh Pemerintah dan

Pemerintah Daerah berlandaskan prinsip otonomi daerah. Untuk penyelenggaraan penyediaan

tenaga listrik, Pemerintah dan Pemerintah Daerah sesuai dengan kewenangan kebijakan,

pengaturan, pengawasan, dan melaksanakan usaha penyediaan tenaga listrik.Pelaksanaan

usaha penyediaan tenaga listrik oleh Pemerintah dan PemerintahDaerah dilakukan oleh badan

usaha milik negara dan badan usaha milikdaerah. Namun demikian, badan usaha swasta,

koperasi dan swadaya masyarakat dapat berpartisipasi dalam usaha penyediaan tenaga listrik.

Untuk penyediaan tenaga listrik tersebut, Pemerintah dan Pemerintah Daerah menyediakan

dana untuk kelompok masyarakat tidak mampu, pembangunan sarana penyediaan tenaga

listrik di daerah yang belum berkembang,pembangunan tenaga listrik di daerah terpencil dan

perbatasan, dan pembangunan listrik perdesaan.Usaha penyediaan tenaga listrik untuk

kepentingan umum meliputi jenis usaha pembangkitan tenaga listrik, transmisi tenaga listrik,

distribusi tenaga listrik dan/atau penjualan tenaga listrik. Disamping itu, usaha penyediaan

tenagalistrik untuk kepentingan umum dapat dilakukan secara terintegrasi. Usahapenyediaan

tenaga listrik untuk kepentingan umum dilakukan oleh satu badan usaha dalam satu wilayah

usaha. Pembatasan wilayah usaha juga diberlakukan untuk usaha penyediaan tenaga listrik

untuk kepentingan umum yang hanya meliputi distribusi tenaga listrik dan/atau penjualan

tenaga listrik.Pemerintah memiliki kebijakan dalam penyediaan tenaga listrik bahwa

badanusaha milik negara diberi prioritas pertama untuk melakukan usaha penyediaan tenaga

listrik untuk kepentingan umum. Sedangkan untuk wilayah yang belum mendapatkan

pelayanan tenaga listrik, Pemerintah atau Pemerintah Daerah sesuai kewenangannya memberi

kesempatan kepada badan usaha milik daerah, badan usaha swasta, atau koperasi sebagai

penyelenggara usaha penyediaan tenaga listrik terintegrasi. Pemanfaatan energi primer setempat

tersebutmemprioritaskan pemanfaatan energi terbarukan dengan tetap memperhatikan aspekteknis, ekonomi,

dan keselamatan lingkungan. Sedangkan kebijakan di sisi pelaku usaha pembangkitan tenaga listrik antara

lain:kebijakan diversifikasi energi untuk tidak bergantung pada satu sumber energi khususnya energi fosil dan

konservasi energi. Untuk menjamin terselenggaranya operasi pembangkitan maka pelaku usaha di

pembangkitan perlu membuat stockfilling untuk cadangan selama waktu yang disesuaikan dengan kendalake

terlambatan pasokan yang mungkin terjadi.Sesuai dengan Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 tentang



‘1124


Kebijakan EnergiNasional (KEN) bahwa peranan masing-masing jenis energi terhadap konsumsienergi

nasional untuk energi baru dan energi terbarukan lainnya, menjadi lebih dari5% pada tahun 2025.

1. Kebijakan Penanganan Listrik Desa dan Misi Sosial

Penanganan misi sosial dimaksudkan untuk membantu kelompok masyarakat tidak

mampu, dan melistriki seluruh wilayah Indonesia yang meliputi daerah yang belum

berkembang, daerah terpencil, dan pembangunan listrik perdesaan. Penanganan misi sosial

dimaksudkan untuk menjaga kelangsungan bantuan bagi masyarakat tidak mampu, menjaga

kelangsungan upaya perluasan akses pelayanan listrik pada wilayah yang belum terjangkau

listrik, mendorong pembangunan/pertumbuhanekonomi, dan meningkatkan kesejahteraan

rakyat.Penanganan misi sosial diperlukan untuk dapat dilaksanakan secara operasiona

lmelalui PKUK. Agar efisiensi dan transparansi tercapai, maka usaha penyediaan tenaga

listrik seyogyanya dapat dilakukan dengan pemisahan fungsi sosial dan komersial melalui

pembukuan yang terpisah.

2. Kebijakan Lindungan Lingkungan

Pembangunan di bidang ketenagalistrikan dilaksanakan untuk mendukung pembangunan

yang berkelanjutan dan berwawasan lingkungan. Untuk itu kerusakan dan degradasi



‘1125

Gambar 19. Penyediaan Tenaga Listrik


ekosistem dalam pembangunan energi harus dikurangi dengan membatasi dampak negatif

lokal, regional maupun global yang berkaitan dengan produksi tenaga listrik. Hal ini telah

dinyatakan dalam Undang-undang Nomor 30 Tahun 2009 tentang Ketenagalistrikan bahwa

setiap kegiatan usaha ketenagalistrikan wajib memenuhi ketentuan yang disyaratkan dalam

peraturan perundang-undangan di bidang lingkungan hidup.Sejalan dengan kebijakan di atas,

Undang-undang Nomor 23 Tahun 1997 tentangPengelolaan Lingkungan Hidup dan Peraturan

Pemerintah Nomor 27 Tahun 1999 tentang Analisis Mengenai Dampak Lingkungan

(AMDAL), serta produk hukum lainnya, mengharuskan pemrakarsa memperhatikan norma

dasar yang baku tentang bagaimana menyerasikan kegiatan pembangunan dengan

memperhatikan lingkungan serta harus memenuhi baku mutu yang dikeluarkan oleh instansi

yang berwenang. Untuk itu semua kegiatan ketenagalistrikan yang berpotensi menimbulkan

dampak besar dan penting wajib melakukan AMDAL (ANDAL, RKL dan RPL) sedangkan

yang tidak mempunyai dampak penting diwajibkan membuat Upaya Pengelolaan Lingkungan

(UKL) dan Upaya Pemantauan Lingkungan (UPL) sesuai dengan ketentuan peraturan

perundang-undangan.

3. Kebijakan Standardisasi, Keamanan Dan Keselamatan, Serta Pengawasan

Listrik selain bermanfaat bagi kehidupan masyarakat juga dapat mengakibatkan bahaya

bagi manusia apabila tidak dikelola dengan baik. Pemerintah dalam rangka keselamatan

ketenagalistrikan menetapkan standardisasi, pengamanan instalasi peralatan dan pemanfaat

tenaga listrik. Tujuan keselamatan ketenagalistrikan antara lain melindungi masyarakat dari

bahaya yang diakibatkan oleh tenaga listrik,meningkatkan keandalan sistem

ketenagalistrikan, meningkatkan efisiensi dalam pengoperasian dan pemanfaatan tenaga

listrik.Kebijakan dalam standardisasi meliputi:1. Standar Peralatan Tenaga Listrik, yaitu alat

atau sarana pada instalasi pembangkitan, penyaluran, dan pemanfaatan tenaga listrik.2.

Standar Pemanfaat Tenaga Listrik, yaitu semua produk atau alat yang dalampemanfaatannya

menggunakan tenaga listrik untuk berfungsinya produk ataualat tersebut, antara lain alat

rumah tangga (household appliances) dan komersial / industri. Atas pertimbangan

keselamatan, keamanan, kesehatan dan aspek lingkungan maka SNI terbagi dalam standar

sukarela dan peralatan dan pemanfaatan harus memenuhi standar wajib.Kebijakan keamanan

instalasi meliputi: kelaikan operasi instalasi tenaga listrik, keselamatan peralatan dan

pemanfaat tenaga listrik, dan kompetensi tenagateknik. Instalasi tenaga listrik yang layak

operasi dinyatakan dengan Sertifikat Layak Operasi. Untuk peralatan dan pemanfaat tenaga



‘1126


listrik yang memenuhi Standar Nasional Indonesia dinyatakan dengan Sertifikat Produk

untuk dapat membubuhi Tanda SNI (SNI) pada peralatan tenaga listrik dan penerbitan

Sertifikat Tanda Keselamatan pada pemanfaat tenaga listrik dan tenaga teknik yang kompeten

dinyatakan dengan Sertifikat Kompetensi.

4. Kebijakan Penanggulangan Krisis Penyediaan Tenaga Listrik

Dalam upaya menanggulangi daerah-daerah yang mengalami krisis penyediaantenaga listrik, dilakukan

melalui dua pendekatan, yaitu melalui Program Penanggulangan Jangka Pendek (1 - 2 tahun kedepan) dan

Program Penanggulangan Jangka Menengah/Panjang (memerlukan waktu konstruksi 3 - 5tahun). Program

penanggulangan jangka pendek dilakukan untuk penyelesaian krisis penyediaan tenaga listrik secara cepat

sebelum pembangkit yang sudah direncanakan selesai dibangun, sehingga pemadaman yang terjadi dapat

dihindari secepat mungkin. Program ini dilakukan melalui kegiatan penambahan kapasitas pembangkit dan

penyaluran daya melalui jaringan transmisi dan distribusi. Penambahan daya dilakukan melalui sewa

pembangkit, pembelian kelebihankapasitas pembangkit captive dan pengadaan pembangkit baru yang cepat

masa pembangunannya. Di samping itu dilakukan upaya pengurangan beban puncak melalui pengurangan

pemakaian listrik pada saat beban puncak Program penanggulangan jangka menengah/panjang dengan pembangunan

pembangkit tenaga listrik yang baru, baik oleh PLN maupun IPP yang memerlukanwaktu konstruksi 3 - 5

tahun.

E. Keamanan Supply (Proteksi Power)

Sistem proteksi tenaga listrik pada umumnya terdiri dari beberapa komponen yang di

rancang untuk mengidentifikasi kondisi sistem tenaga listrik dan bekerja berdasarkan

informasi yang diperoleh dari sistem tersebut seperti arus, tegangan atau sudut fasa antara

keduanya. Informasi yang diperoleh dari sistem tenaga listrik akan digunakan untuk

membandingkan besarannya dengan besaran ambang-batas (threshold setting) pada peralatan

proteksi. Apabila besaran yang diperoleh dari sistem melebihi setting ambang-batas peralatan

proteksi, maka sistem proteksi akan bekerja untuk mengamankan kondisi tersebut. Peralatan

proteksi pada umumnya terdiri dari beberapa elemen yang dirancang untuk mengamati

kondisi sistem dan melakukan suatu tindakan berdasarkan kondisi sistem yang diamatinya



‘1127


Gambar 20. Elemen Porteksi Sistem Tenaga Listrik

Waktu pemutusan gangguan merupakan waktu total yang dibutuhkan peralatan proteksi

sampai terbukanya pemutus tenaga atau disebut juga fault clearing time [2].

Tc = TP + Td + Ta..............................................................................................(2.9)

Keterangan :

Tc = clearing time

Tp = comparison time

Td = decision time

Ta = action time, including circuit breaker operating time

Waktu pemutusan gangguan merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam

menentukan suatu skema proteksi. Hal ini dikarenakan suatu peralatan proteksi harus

dikoordinasikan waktunya dengan peralatan proteksi yang lain agar hanya peralatan proteksi

yang paling dekat dengan gangguan saja yang bekerja ( prinsip selektivitas). Berikut adalah

gambar sistematis dari komponen-komponen proteksi tenaga listrik:

Gambar 21. Komponen Proteksi Sistem Tenaga Listrik



‘1128


1. Trafo Instrument

a. Current Transformer (CT) / Trafo Arus

Current Transformator (CT) Adalah suatu perangkat listrik yang berfungsi

menurunkan arus yang besar dengan ukuran yang lebih kecil. CT digunakan karena

dalam pengukuran arus tidak mungkin dilakukan langsung pada arus beban atau arus

gangguan, hal ini disebabkan arus sangat besar dan bertegangan sangat tinggi.

Karakteristik CT ditandai oleh Current Transformator Ratio (CTR) yang merupakan

perbandingan antara arus yang dilewatkan oleh sisi primer dengan arus yang

dilewatkan oleh sisi sekunder.

b. Potensial Transformator / Trafo Tegangan

Potensial Transformator adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi menurunkan

tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang lebih rendah yang sesuai dengan setting

relay. Trafo ini juga memiliki angka perbandingan lilitan / tegangan primer dan

sekunder yang menunjukan kelasnya.

c. Rele/Relay

Rele / Relay berasal dari teknik telegrafi, dimana sebuah coil di energize oleh arus

lemah, dan coil ini menarik armature untuk menutup kontak. Rele merupakan jantung

dari proteksi system tenaga listrik, dan telah berkembang menjadi peralatan yang

rumit. Rele dibedakan dalam dua kelompok :

1. Komparator: Mendeteksi dan mengukur kondisi abnormal, dan

membuka/menutup kontrak (trip).

2. Auxilary relays: dirancang untuk dipakai di auxiliary circuit yang dikontrol oleh

rele komparator, dan membuka/menutup kontak-kontak lain(yang umumnya

berarus kuat).

Circuit Breaker (CB)



‘1129


Circuit Breaker (CB) adalah salah satu peralatan pemutus daya yang berguna untuk

memutuskan dan menghubungkan rangkaian listrik dalam kondisi terhubung ke beban secara

langsung dan aman, baik pada kondisi normal maupun saat terdapat gangguan. Berdasarkan

media pemutus listrik / pemadam bunga api, terdapat empat jenis CB sbb:

1. Air Circuit Breaker (ACB), menggunakan media berupa udara.

2. Vacuum Circuit Breaker (VCB), menggunakan media berupa vakum.

3. Gas Circuit Breaker (GCB), menggunakan media berupa gas SF6.

4. Oil Circuit Breaker (OCB), menggunakan media berupa minyak.

Berikut ini adalah syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu peralatan untuk menjadi pemutus

daya :

a. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara kontinu.

b. Mampu memutuskan atau menutup jaringan dalam keadaan berbeban ataupun dalam

keadaan hubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri.

c. Mampu memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi.

4 DC System Power Supply

DC System Power Supply merupakan pencatu daya cadangan yang terdiri dari Battery

Charger, sebagai peralatan yang mengubah tegangan AC ke DC, dan Battery, sebagai penyimpan

daya cadangan. Sebagai peralatan proteksi, DC System Power Supply merupakan peralatan yang

sangat vital karena jika terjadi gangguan dan kontak telah terhubung, maka DC System Power

Supply akan bekerja yang menyebabkan CB membuka. Charger sebenarnya adalah sumber utama

dari DC power supply, karena charger adalah alat untuk merubah AC power menjadi DC power

(rectifier).

E. METODE KOREKSI SISTEM

Perencanaan, pendesainan, dan pengoperasian sistem tenaga memerlukan studi-studi

teknik yang dilakukan untuk mengevaluasi sistem yang telah terpasang maupun sistem

dengan performansi-performansi tertentu yang hendak dicapai, termasuk performansi pada

segi keandalan, pada segi keamanan, dan pada segi ekonomis. Studi-studi disusun dan

dilakukan terutama adalah sebagai cara yang paling efisien dan paling hemat biaya untuk

memperhitungkan dan mencegah terjadinya hal-hal negatif yang tidak diinginkan di dalam

sistem.

Pada tahap desain, studi dilakukan untuk mengidentifikasi dan menghindari kekurangan-

kekurangan yang potensial terjadi pada sistem, sebelum sistemnya sendiri benar-benar

dioperasikan. Analisis pada sistem terpasang dilakukan untuk melacak penyebab-penyebab



‘1130


kegagalan operasi pada peralatan dan operasi yang salah pada sistem, kemudian koreksi-

koreksi yang perlu dilakukan untuk kemudian memperbaiki performansi sistem.

Sistem tenaga modern yang semakin kompleks, termasuk di dalamnya sistem tenaga yang

digunakan di dunia industri membuat studi analisis sistem tenaga menjadi sulit,

membosankan, dan membutuhkan waktu yang sangat lama apabila dilakukan secara manual.

Bersyukur, kemajuan di bidang teknologi komputer saat ini, seperti pengembangan program

komputer digital, termasuk di dalamnya komputer pribadi dengan kemampuan menampilkan

grafik yang sangat baik, telah mampu mengurangi waktu dan biaya yang dibutuhkan untuk

melakukan perhitungan-perhitungan dalam analisis sistem tenaga. Beberapa program yang

mudah digunakan (user-friendly) dengan menu-menu yang interaktif juga telah menolong

banyak para enjiner untuk melakukan analisis sistem tenaga yang semakin kompleks ini

dengan menggunakan program komputer digital.



‘1131

148563066 Karakteristik Beban Tenaga Listrik

Documents

Transcript of 148563066 Karakteristik Beban Tenaga Listrik