Pertemuan 12
Gardu Induk
(Konsep Dasar)
1
1.1. PENGERTIAN UMUM
Gardu Induk merupakan sub sistem dari sistem penyaluran(transmisi) tenaga listrik, atau merupakan satu kesatuan dari sistempenyaluran (transmisi).
Penyaluran (transmisi) merupakan sub sistem dari sistem tenaga listrik.
Berarti, gardu induk merupakan sub-sub sistem dari sistem tenagalistrik.
Sebagai sub sistem dari sistem penyaluran (transmisi), gardu indukmempunyai peranan penting, dalam pengoperasiannya tidak dapatdipisahkan dari sistem penyaluran (transmisi) secara keseluruhan.
Dalam pembahasan ini difokuskan pada masalah gardu induk yangpada umumnya terpasang di Indonesia, pembahasannya bersifatpraktis (terapan) sesuai konsttruksi yang terpasang di lapangan.
2
1.2. FUNGSI GARDU INDUK
Mentransformasikan daya listrik :
Dari tegangan ekstra tinggi ke tegangan tinggi (500 KV/150 KV).
Dari tegangan tinggi ke tegangan yang lebih rendah (150 KV/ 70 KV).
Dari tegangan tinggi ke tegangan menengah (150 KV/ 20 KV, 70 KV/20 KV).
Dengan frequensi tetap (di Indonesia 50 Hertz).
Untuk pengukuran, pengawasan operasi serta pengamanan dari sistemtenaga listrik.
Pengaturan pelayanan beban ke gardu induk-gardu induk lain melaluitegangan tinggi dan ke gardu distribusi-gardu distribusi, setelah melaluiproses penurunan tegangan melalui penyulang-penyulang (feeder-feeder)tegangan menengah yang ada di gardu induk.
Untuk sarana telekomunikasi (pada umumnya untuk internal PLN), yang kitakenal dengan istilah SCADA.
3
1.3. JENIS GARDU INDUK
Jenis Gardu Induk bisa dibedakan menjadi beberapa bagian yaitu :
Berdasarkan besaran tegangannya.
Berdasarkan pemasangan peralatan.
Berdasarkan fungsinya.
Berdasarkan isolasi yang digunakan.
Bedasarkan sistem rel (busbar).
Dilihat dari jenis komponen yang digunakan, secara umum antara GITET denganGI mempunyai banyak kesamaan. Perbedaan mendasar adalah :
Pada GITET transformator daya yang digunakan berupa 3 buah tranformatordaya masing – masing 1 phasa (bank tranformer) dan dilengkapi peralatanrekator yang berfungsi mengkompensasikan daya rekatif jaringan.
Sedangkan pada GI (150 KV, 70 KV) menggunakan Transformatordaya 3 phasa dan tidak ada peralatan reaktor.
Berdasarkan besaran teganganny, terdiri dari :
Gardu INduk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) 275 KV, 500 KV.
Gardu Induk Tegangan Tinggi (GI) 150 KV dan 70 KV.
4
1.3.1. BERDASARKAN PEMASANGAN PERALATAN
Gardu Induk Pasangan Luar :
Adalah gardu induk yang sebagian besar komponennya di tempatkan di luargedung, kecuali komponen kontrol, sistem proteksi dan sistem kendali sertakomponen bantu lainnya, ada di dalam gedung.
Gardu Induk semacam ini biasa disebut dengan gardu induk konvensional.
Sebagian besar gardu induk di Indonesia adalah gardu induk konvensional.
Untuk daerah-daerah yang padat pemukiman dan di kota-kota besar di PulauJawa, sebagian menggunakan gardu induk pasangan dalam, yang disebutGas Insulated Substation atau Gas Insulated Switchgear (GIS).
Gardu Induk Pasangan Dalam :
Adalah gardu induk yang hampir semua komponennya (switchgear, busbar,isolator, komponen kontrol, komponen kendali, cubicle, dan lain-lain)dipasang di dalam gedung. Kecuali transformator daya, pada umumnyadipasang di luar gedung.
Gardu Induk semacam ini biasa disebut Gas Insutaled Substation (GIS).
GIS merupakan bentuk pengembangan gardu induk, yang pada umumnyadibangun di daerah perkotaan atau padat pemukiman yang sulit untukmendapatkan lahan.
5
Lanjutan 1.3.1.
Beberapa keuanggulan GIS dibanding GI konvensional :
Hanya membutuhkan lahan seluas ± 3.000 meter persegi atau ± 6 %dari luas lahan GI konvensional.
Mampu menghasilkan kapasitas daya (power capasity) sebesar 3 x 60MVA bahkan bisa ditingkatkan sampai dengan 3 x 100 MVA.
Jumlah penyulang keluaran (output feeder) sebanyak 24 penyulang(feeder) dengan tegangan kerja masing-masing 20 KV.
Bisa dipasang di tengah kota yang padat pemukiman.
Keunggulan dari segi estetika dan arsitektural, karena bangunan bisadidesain sesuai kondisi disekitarnya.
Gardu Induk kombinasi pasangan luar dan pasangan dalam :
Adalah gardu induk yang komponen switchgear-nya ditempatkan di dalamgedung dan sebagian komponen switchgear ditempatkan di luar gedung,misalnya gantry (tie line) dan saluran udara tegangan tinggi (SUTT) sebelummasuk ke dalam switchgear. Transformator daya juga ditempatkan di luargedung.
6
1.3.2. BERDASARKAN FUNGSINYA
Gardu Induk Penaik Tegangan :
Adalah gardu induk yang berfungsi untuk menaikkan tegangan, yaitutegangan pembangkit (generator) dinaikkan menjadi tegangan sistem.
Gardu Induk ini berada di lokasi pembangkit tenaga listrik.
Karena output voltage yang dihasilkan pembangkit listrik kecil dan harusdisalurkan pada jarak yang jauh, maka dengan pertimbangan efisiensi,tegangannya dinaikkan menjadi tegangan ekstra tinggi atau tegangan tinggi.
Gardu Induk Penurun Tegangan :
Adalah gardu induk yang berfungsi untuk menurunkan tegangan, daritegangan tinggi menjadi tegangan tinggi yang lebih rendah dan menengahatau tegangan distribusi.
Gardu Induk terletak di daerah pusat-pusat beban, karena di gardu indukinilah pelanggan (beban) dilayani.
Gardu Induk Pengatur Tegangan :
Pada umumnya gardu induk jenis ini terletak jauh dari pembangkit tenagalistrik.
Karena listrik disalurkan sangat jauh, maka terjadi tegangan jatuh (voltagedrop) transmisi yang cukup besar.
Oleh karena diperlukan alat penaik tegangan, seperti bank capasitor,sehingga tegangan kembali dalam keadaan normal.
7
Lanjutan 1.3.2.
Gardu Induk Pengatur Beban :
Berfungsi untuk mengatur beban.
Pada gardu induk ini terpasang beban motor, yang pada saat tertentumenjadi pembangkit tenaga listrik, motor berubah menjadi generator dansuatu saat generator menjadi motor atau menjadi beban, dengan generatorberubah menjadi motor yang memompakan air kembali ke kolam utama.
Gardu Induk Distribusi :
Gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem ketegangan distribusi.
Gardu induk ini terletak di dekat pusat-pusat beban.
8
1.3.3. BERDASARKAN ISOLASI YANG DIGUNAKAN
Gardu Induk yang menggunakan isolasi udara :
Adalah gardu induk yang menggunakan isolasi udara antara bagian yangbertegangan yang satu dengan bagian yang bertegangan lainnya.
Gardu Induk ini berupa gardu induk konvensional (lihat gambar 1),memerlukan tempat terbuka yang cukup luas.
Gambar 1 : Gardu induk konvensional
9
Lanjutan 1.3.3.
Gardu Induk yang menggunakan isolasi gas SF 6 :
Gardu induk yang menggunakan gas SF 6 sebagai isolasi antara bagian yangbertegangan yang satu dengan bagian lain yang bertegangan, maupunantara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan.
Gardu induk ini disebut Gas Insulated Substation atau Gas InsulatedSwitchgear (GIS), yang memerlukan tempat yang sempit (lihat gambar 2).
Gambar 2 : Gas Insulated Substation (GIS)
10
1.3.4. BERDASARKAN SISTEM REL (BUSBAR)
Rel (busbar) merupakan titik hubungan pertemuan (connecting) antaratransformator daya, SUTT/ SKTT dengan komponen listrik lainnya, untukmenerima dan menyalurkan tenaga listrik. Berdasarkan sistem rel (busbar),gardu induk dibagi menjadi beberapa jenis, sebagaimana tersebut di bawah ini :
Gardu Induk sistem ring busbar :
Adalah gardu induk yang busbarnya berbentuk ring.
Pada gardu induk jenis ini, semua rel (busbar) yang ada, tersambung(terhubung) satu dengan lainnya dan membentuk ring (cincin).
Gardu Induk sistem single busbar :
Adalah gardu induk yang mempunyai satu (single) busbar.
Pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk yang beradapada ujung (akhir) dari suatu sistem transmisi.
Single line diagram gardu sistem single busbar, lihat gambar 3.
11
Lanjutan 1.3.4.
Gardu Induk sistem double busbar :
Adalah gardu induk yang mempunyai dua (double) busbar.
Gardu induk sistem double busbar sangat efektif untuk mengurangiterjadinya pemadaman beban, khususnya pada saat melakukan perubahansistem (manuver sistem).
Jenis gardu induk ini pada umumnya yang banyak digunakan.
Single line diagram gardu induk sistem double busbar, lihat gambar 4.
Gambar 3 : Single line diagram gardu induk single busbar
Rel A
Rel B
PMSSEKSI
PMS Rel A
PMS Rel B
PMT PHT
CT
PT
LA
TRAFO
12
Lanjutan 1.3.4.
Gardu Induk sistem satu setengah (on half) busbar :
Adalah gardu induk yang mempunyai dua (double) busbar.
Pada umumnya gardu induk jenis ini dipasang pada gardu induk dipembangkit tenaga listrik atau gardu induk yang berkapasitas besar.
Dalam segi operasional, gardu induk ini sangat efektif, karena dapatmengurangi pemadaman beban pada saat dilakukan perubahan sistem(manuver system).
Sistem ini menggunakan 3 buah PMT dalam satu diagonal yang terpasangsecara deret (seri). Single line diagram, lihat gambar 5.
Gambar 4 : Single line diagram gardu induk sistem double busbar.
13
Lanjutan 1.3.4.
Gambar 5 : Single line diagram gardu induk satu setengah busbar
14
Peralatan utama Gardu Induk
•Trafo:
–trafo daya, trafo instrumen, CT, PT
•CB/PMT
•PMS/DS
•Busbar (rel daya)
•Isolator
•LA
•Reaktor
•Static capacitor
•Peralatan sistem pentanahan
•Peralatan komunikasi
CT (CURRENT TRANSFORMER) 150 KV
PT (POTENTIAL TRANSFORMER) 500 KV
AIR BLAST CIRCUIT BREAKER 500 KV
SF 6 CIRCUIT BREAKER 500 KV
TRAFO (INTERBUS) 60 MVA, 500 KV
•Dalam bidang STL, digunakan untukmenyebut pertemuan antar jaringan
•Memiliki fungsi utama sebagai penghubungantar jaringan
•Pemilihan bahan Busbar :
–Tahanan elektrik rendah.
–Kekuatan mekanik tinggi.
–Tahan terhadap cuaca.
–Tahan terhadap korosi.
Busbar
Tipe Busbar
•Single Bus
•Double Bus Double Breaker
•Main and Transfer Bus
•Double Bus, Single Breaker
•Ring Bus
•Breaker and a Half
Keuntungan :
Biaya termurah
Kekurangan :
Jika ada circuit breaker yang gagal,maka seluruh gardu induk akanoff
Sulit untuk melakukanmaintenance
Tidak dapat melakukan modifikasipada busbar tanpa mematikangardu induk secara keseluruhan
Hanya dapat digunakan di tempatdi mana beban dapat diputus
Single Bus
Keuntungan
-Setiap jaringan disokong oleh 2circuit breaker
-Fleksibel untuk menentukansambungan antara feeder denganbusbar
-Mudah untuk melakukanmaintenance circuit breaker
-Memiliki keandalan tinggi
Double Bus, Double Breaker
Kekurangan
-Memiliki biaya paling tinggi
- Ketika terjadi kerusakan padacircuit breaker, maka jaringanakan kekurangan daya setengahdari seharusnya
Double Bus, Double Breaker
Keuntungan
- Biaya cukup rendah
- Mudah untuk melakukan maintenance circuit breaker
Main and Transfer Bus
Kekurangan
- Memerlukan circuit breaker ekstra untuk bus tie
- Switching untuk maintenance circuit breaker cukup rumit
- Kegagalan pada bus dapat berakibat dipadamkannya seluruh gardu induk
Main and Transfer Bus
Double Bus, Single Breaker
Double Bus, Single Breaker
•Keuntungan
–Lebih fleksibel dengan adanya 2 bus
–Dapat dilakukan maintenance pada masing-masing bus
–Dapat dilakukan pemindahan secara mudahmenggunakan switch bus tie
Double Bus, Single Breaker
•Kekurangan
–Diperlukan breaker ekstra untuk bus tie
–Diperlukan 4 switch untuk satu jaringan
–Kemungkinan gagal pada bus cukup besar
Ring Bus
Ring Bus
•Keuntungan
–Biaya cukup rendah
–Pemeliharaan breaker cukup fleksibel
–Pemeliharaan dapat berlangsung tanpa interupsijaringan
–Hanya memerlukan 1 breaker setiap jaringan
–Setiap jaringan disokong oleh 2 circuit breaker
Ring Bus
•Kekurangan
–Apabila terjadi gagal pada saat pemeliharaanbreaker, maka jaringan akan terbagi menjadi 2
–Saat terjadi gagal, maka jumlah circuit breakeryang menyokong jaringan akan berkurang
Breaker and A Half
Breaker and A Half
•Keuntungan
–Operasi paling fleksibel
–Memiliki keandalan tinggi
–Mudah untuk melakukan maintenance bus
–Kegagalan pada bus tidak mengakibatkanputusnya jaringan
Breaker and A Half
•Kekurangan
–Setiap jaringan disokong oleh 3/2 breaker
–Circuit breaker yang berada di tengah menyokong2 buah jaringan
Pertemuan 13
Sistem Distribusi
-Tegangan Menengah
-Tegangan Rendah
(Konsep Dasar)
39
KONSEP DASAR DAN SISTEMJARINGAN DISTRIBUSITEGANGAN MENENGAH
INSTALASI GARDU DISTRIBUSI
1. POLA SISTEM TENAGA LISTRIK
Contoh di PT PLN (Persero)
~
~
PUSAT LISTRIK
SUTT
SUTET 500 KV
SUTT 150 KV
150 KV / 20 KV
SISTEM DISTRIBUSI TM
(PRIMER)
380 V/220 V
SAMBUNGAN PELAYANAN
SISTEM DISTRIBUSI TR
(SEKUNDER)
2. KONSEP DASAR JARINGAN DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH
2.1.Ruang lingkup
Sistem tegangan menengah s/d 35 KV.
2.2.Sistem konstruksi
•Saluran udara
•Saluran kabel tanah.
2.3.Dasar pertimbangan
•Alasan teknis, persyaratan teknis.
•Alasan ekonomis, murah
•Alasan estetika, segi keindahan
•Alasan pelayanan, kontinuitas pelayanan, jenis/macam pelanggan.
3. LAY OUT SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH
4. KARAKTERISTIK PERLENGKAPAN (DISTRIBUTION SYSTEMENGINEERING)
4.1.Pada umumnya material-material utama perlengkapan distandarisir,disesuaikan dengan karakteristik perlengkapan untuk :
•Mempermudah stock manajemen.
•Mengurangi variasi penyediaan perlengkapan.
•Fasilitas gudang
•Menyederhanakan variasi tugas petugas, operasi & pemeliharaan.
4.2.Karakteritik teknis, contoh : PT. PLN (Persero) Distribusi DKI Jakarta &Tangerang.
•Material TM :
Rated insulation voltage24 KV
Test power frequency24 KV, 50 c/s
Ketahanan Impulse (BTL – SID)125 KV
Arus nominal……..A
Test ketahanan hubung pendek12,5 KA ,1 detik
Short circuit making capacity31.5 KA
Lanjutan 4.2.
4.3.Perlengkapan hubung bagi TR gardu distribusi.
•Test power frekuensi tegangan fasa-fasa2-3 Kv,1 menit
•Test ketahanan impulse 20 KV
•Test power frekuensi tegangan fasa-tanah10 KV, 1 menit
•Arus nominal Busbar…….A
•Keseragaman acceptance test.
(Ageing test, impulse test, mechanical stength test, maintenancerequirements, power frequency test, dan lain-lain).
•Short times with stand current dalam waktu 0,5 detik.
5.KARAKTERISTIK JARINGAN DISTRIBUSI SALURAN KABEL TANAH -TM
5.1.Pada gardu induk, pemutus tenaga dengan relai proteksi (non directional).
5.2.Jaringan penghantar
•Multicore belted cable
•Single belted cable
•Ukuran 95 MM², 150 MM², 240 MM²
•Tingkat kontinuitas pelayanan tinggi.
•Sistem 3 fasa dengan gardu distribusi kapasitas besar.
5.3.Struktur jaringan.
•Radial open ring
•Pada jarak yang sangat pendek dapat dipertimbangkan sistem radial.
5.4.Jangkauan pelayanan
•Maksimum 8 Km panjang rute lintasan.
Lanjutan 5.4.
5.5.Rugi tegangan.
•Diatur pada batas normal operasi dengan :
Tap changer pada transformator tenaga di gardu induk (on-load).
Tap changer off load ± 5 % pada gardu distribusi.
(Lihat gambar network arrangement SKTM).
5.6.Gardu distribusi
•Gardu beton dengan dilengkapi :
Load breakswitch pada kabel keluar
Isolating switch pada kabel masuk
(Kadang-kadang dipakai juga load breakswitch pada kabel masuk)
•Pengaman transformator dengan HRC fused.
•Pembatas beban dengan relai pembatas dan trafo tegangan padapelanggan tegangan menengah.
Lanjutan 5.6.
5.7.Gardu kiosk/metal (lad).
•Perlengkapan sama dengan gardu beton.
•Kapasitas 1 transformator maksimum 630 kVA.
5.8.Tingkat kontinuitas pelayanan.
•Orde menit untuk pemulihan gangguan.
•Orde detik (short break) pada gardu dengan memakai network protector(automatic change over).
5.9.Pengaman Jaringan.
•Relai overcurrent fasa-fasa dan groundfault relay pada gardu induk.
•HRC fused pada gardu distribusi untuk pengaman trafo.
•Setting relai 0,47 detik pada gardu induk.
5.10.Pentanahan Sistem.
•Memakai tahanan rendah 12 ohm pada transformator gardu induk.
•Membatasi arus gangguan tanah sampai dengan 1000 A selama 1 detik.
Lanjutan 5.10.
5.11.Kontruksi Jaringan.
•Ditanam sedalam minimal 0,8 meter.
•Untuk single core cable tiap 2 km, ditransposisi.
5.12.Transformator
Kapasitas transformator ukuran besar 250 kVA, 315 kVA, 400 kVA, 630 kVA, 1MVA dengan 1 atau 2 trafo per gardu.
SISTEM DISTRIBUSI
TEGANGAN RENDAH
KETENTUAN UMUM
1. SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN RENDAH1. SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN RENDAH
1.1Sistem Distribusi Tegangan Rendah merupakan bagian hilirdari suatu sistem tenaga listrik pada tegangan distribusidibawah 1 Kilo Volt langsung kepada para pelanggantegangan rendah.
1.2.Radius operasi jaringan distribusi tegangan rendahdibatasi oleh :
a.Susut Tegangan yang disyaratkan.
b.Luas penghantar jaringan.
c.Distribusi pelanggan sepanjang jalur jaringan distribusi.
d.Sifat daerah pelayanan (desa, kota)
e.Kelas pelanggan ( pada beban rendah, pada bebantinggi)
1.3.Umumnya radius pelayanan berkisar 350 meter.
Di Indonesia (PLN) susut tegangan diizinkan ± 5% - 10% daritegangan operasi.
2. STRUKTUR JARINGAN2. STRUKTUR JARINGAN
2.1.Struktur jaringan adalah radial murni atau radialopen loop ( bentuk tertutup namun operasi radial).
2.2.Jarang sekali pelanggan dipasok dengan tingkatkeandalan tinggi secara tertutup (loop) baik darisatu sumber ataupun dari sumber berlainan.
3. KOMPONEN PERLENGKAPAN UTAMA3. KOMPONEN PERLENGKAPAN UTAMA
3.1.Bahan Penghantar memakai 2 jenis :
a.Bare Conductor atau tak berisolasi (BCC, A2C, A3C).
b.Kabel baik kabel tunggal, jamak atau berpilin(twisted).
3.2.Tiang penyangga memakai :
a.Tiang besi panjang 7 meter, 9 meter atau dibawahsaluran udara.
b.Tiang beton, dengan panjang yang sama.
c. Tiang kayu (sudah jarang dipakai).
d.Pada daerah padat bangunan penghantar dengankonstruksi khusus.
4. GARDU DISTRIBUSI4. GARDU DISTRIBUSI
4.1.Jaringan distribusi tegangan rendah dimulai dari sumber yangdisebut Gardu Distribusi mulaidari panel hubung bagi TR (RakTR) keluar didistribusikan.
4.2.Untuk setiap sirkit keluar melalui pengaman arus disebut
“penyulang/ feeder”
5. SISTEM TEGANGAN5. SISTEM TEGANGAN
5.1.Sistem tegangan yang dianut ada 3 macam :
a.Sistem 3 fasa (fasa tiga): 380 Volt / 220 Volt
b.Sistem 2 fasa (fasa dua):440 / 220, 220/ …..
c.Sistem 1 fasa ( fasa satu):110 Volt, 220 Volt, 250 Volt
5.2.Sistem tegangan dipilih mengikuti konsep teknis (Distribution SystemEngineering) yang dianut satu sama lain dapat berbeda, misalnya :
a.Sistem Kontinental: 3 fasa – 3 kawat
(Distribution Substation Concept)3 fasa – 4 kawat
b.Sistem Amerika:2 fasa – 3 netral
(Multi Grounded)
c.Sistem Kanada:1 kawat
(Swer)