MAKALAH KEANDALAN DISTRIBUSI
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pertumbuhan ekonomi suatu daerah pada era sakarang ini, tidak lepas kaitannya dengan kebutuhan konsumsi energi listrik. Listrik berkembang menjadi suatu kebutuhan pokok yang mendampingi seluruh aspek kehidupan masyarakat secara individu, bisnis, maupun layanan publik. Dalam penyaluran energi listrik dari hulu hingga ke hilir yaitu konsumen, dibutuhkan suatu jaringan distribusi yang mengalirkan energi listrik kepada konsumen besar maupun perorangan. Jaringan distribusi harus memenuhi kriteria handal untuk dapat secara optimal melayani penyaluran energi listrik kepada konsumen. Pada suatu sistem tenaga listrik tingkat keandalan adalah hal yang sangat penting dalam menentukan kinerja sistem tersebut. Keandalan ini dapat dilihat dari sejauh mana suplai tenaga listrik bisa mensuplai secara kontinu dalam satu tahun ke konsumen. Permasalahan yang paling mendasar pada penyaluran daya listrik adalah terletak pada mutu, kontinuitas dan ketersediaan pelayanan daya listrik pada pelanggan. Gangguan yang terjadi pada unit-unit pembangkitan akan menyebabkan terganggunya penyediaan tenaga listrik dengan segala akibatnya bagi perusahaan listrik maupun konsumen. Keandalan sistem adalah ketersediaan/tingkat pelayanan penyediaan tenaga listrik dari sistem ke konsumen. Indeks Keandalan merupakan suatu indikator keandalan yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas. Untuk tingkat keandalan pelayanan tergantung dari berapa lama terjadi pemadaman selama selang waktu tertentu (satu tahun) atau dikenal dengan SAIDI dan berapa sering (frekwensi) terjadinya pemadaman selama setahun atau dikenal dengan SAIFI.
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pertumbuhan ekonomi suatu daerah pada era sakarang ini, tidak lepas kaitannya dengan kebutuhan konsumsi energi listrik. Listrik berkembang menjadi suatu kebutuhan pokok yang mendampingi seluruh aspek kehidupan masyarakat secara individu, bisnis, maupun layanan publik. Dalam penyaluran energi listrik dari hulu hingga ke hilir yaitu konsumen, dibutuhkan suatu jaringan distribusi yang mengalirkan energi listrik kepada konsumen besar maupun perorangan. Jaringan distribusi harus memenuhi kriteria handal untuk dapat secara optimal melayani penyaluran energi listrik kepada konsumen. Pada suatu sistem tenaga listrik tingkat keandalan adalah hal yang sangat penting dalam menentukan kinerja sistem tersebut. Keandalan ini dapat dilihat dari sejauh mana suplai tenaga listrik bisa mensuplai secara kontinu dalam satu tahun ke konsumen. Permasalahan yang paling mendasar pada penyaluran daya listrik adalah terletak pada mutu, kontinuitas dan ketersediaan pelayanan daya listrik pada pelanggan. Gangguan yang terjadi pada unit-unit pembangkitan akan menyebabkan terganggunya penyediaan tenaga listrik dengan segala akibatnya bagi perusahaan listrik maupun konsumen. Keandalan sistem adalah ketersediaan/tingkat pelayanan penyediaan tenaga listrik dari sistem ke konsumen. Indeks Keandalan merupakan suatu indikator keandalan yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas. Untuk tingkat keandalan pelayanan tergantung dari berapa lama terjadi pemadaman selama selang waktu tertentu (satu tahun) atau dikenal dengan SAIDI dan berapa sering (frekwensi) terjadinya pemadaman selama setahun atau dikenal dengan SAIFI.
Dalam upaya menigkatkan keandalan suatu jaringan distribusi maka di rancang suatu peralatan system yang akan mengatasi masalah-masalah dalam penyaluran energi listrik, sehingga keandalan dapat optimal.
1.2
Rumusan Masalah
Sesuai dengan latar belakang diatas, sehingga kami merumuskan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut : 1.
Apa yang dimaksud dengan keandalan system distribusi ?
2.
Bagaimana menentukan tingkat keandalan pada sistem distribusi tenaga listrik ?
3. 1.3
Bagaimana cara menigkatkan keandalan system distribusi ? Tujuan
Makalah keandalan system distribusi ini memiliki tujuan dan manfaat antara lain adalah : 1.
Mengetahui yang dimaksud dengan keandalan system distribusi.
2.
Mengetahui tingkat keandalan pada suatu system distribusi
3.
Mengetahui cara untuk meningkatkan keandalan system distribusi.
1.4
Batasan Masalah
Mengacu pada uraian diatas penulis menguraikan keandalan system distribusi dengan batasan sebagai berikut : 1.
Menjelaskan yang dimaksud dengan keandalan sistem distribusi.
2.
Menjelaskan
tingkat
keandalan
system
distribusi
beserta
perhitungannya. 3.
Menjelaskan cara menigkatakan keandalan system distribusi.
contoh
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang yang terhubung dalam penyaluran energi listrik mulai dari pembangkit hingga sampai kepada konsumen. Sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu (Pandjaitan, 1999 dan Zuhal, 1998) : a. Sistem Pembangkitan b. Sistem Transmisi c. Sistem Distribusi Berdasarkan bagian – bagian sistem tenaga listrik tersebut, diagram jaringan sistem tenaga listrik secara sederhana dari pusat pembangkit hingga ke konsumen dapat ditunjukkan pada di bawah ini.
Gambar 2.1 Jaringan Sistem Tenaga Listrik Sederhana dari Pusat Pembangkit ke Konsumen
(pelanggan) (Sumber : Hamadun, 2010)
2.2
Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Sistem distribusi tenaga listrik adalah suatu bagian dari sistem tenaga listrik yang berfungsi menyalurkan energi listrik dari pembangkit tenaga listrik sampai kepada konsumen pada tingkat tegangan yang diperlukan. Dengan kata lain sistem ini merupakan penghubung suatu sistem transmisi/sub-transmisi yang menuju kepada konsumen. Proses penyedian tenaga listrik hingga kekonsumen dapat dilihat pada Gambar 2.2 :
Gambar 2.2 Proses Penyediaan Tenaga Listrik (distribusi)
(sumber: Gonen, 1986)
2.2.1
Bagian – Bagian Sistem Distribusi
Sistem distribusi merupakan komponen keseluruhan dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber (seperti pada gardu transmisi) dengan konsumen. Bagian – bagian sistem distribusi sebagai berikut (Pabla,2008): 1. Subtransmisi tegangan, biasanya antara 33 kV dan 20 kV, yang menyalurkan energi untuk gardu distribusi ; 2. Gardu distribusi yang berfungsi untuk menurunkan tegangan sistem primer. Adapun bagian dari gardu yaitu : a. Gardu Induk (GI) Gardu induk berfungsi menerima daya listrik dari jaringan subtransmisi dan menurunkan tegangannya menjadi tegangan jaringan distribusi primer (Jaringan Tegangan Menengah / JTM). Jadi pada bagian ini terjadi penurunan tegangan dari tegangan tinggi ataupun tegangan extra tinggi ke tegangan menengah 20 kv. b. Gardu Hubung (GH) Gardu hubung berfungsi menerima daya listrik dari gardu induk yang telah diturunkan menjadi tegangan menengah dan menyalurkan atau membagi daya listrik tanpa merubah tegangannya melalui jaringan distribusi primer (JTM) menuju gardu atau transformator distribusi. c. Gardu Distribusi dan Feeder (Penyulang) Gardu Distribusi adalah gardu yang berisikan trafo distribusi dan merupakan daerah / titik pertemuan antar jaringan primer dan jaringan sekunder karena pada gardu ini tegangan menengah (TM) diubah ke
tegangan rendah (TR). Sedangkan Feeder (penyulang) dalam jaringan distribusi merupakan saluran yang menghubungkan gardu induk dengan gardu distribusi. 3. Trafo distribusi biasanya dipasang pada tiang dekat lokasi konsumen, yang mengubah tegangan primer ke tegangan sekunder. 4. Saluran penyulang utama merupakan saluran yang menghubungkan Gardu Induk dengan gardu distribusi. 5. Saluran sekunder merupakan saluran yang berasal dari gardu ditribusi yang terhubung ke konsumen pada tegangan 380/220 V
2.2.2
Sistem Jaringan Distribusi
Sistem jaringan distribusi adalah bagian dari sistem tenaga listrik yang berfungsi menyalurkan tegangan dari sumber tegangan listrik besar hingga sampai ke konsumen. Dalam penyaluran tegangan, sistem jaringan distribusi terbagi menjadi 2 bagian, yaitu : Sistem jaringan distribusi primer dan Sistem jaringan distribusi sekunder.
2.2.2.1 Sistem Jaringan Distribusi Primer
Sistem jaringan distribusi primer adalah bagian dari sistem tenaga listrik diantara Gardu Induk (GI) dan Gardu Distribusi. Sistem penyaluran tegangan listrik pada sistem jaringan distribusi primer dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu (Kadir, 2000) : 1. Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel telanjang (tanpa isolasi), seperti kawat AAAC ( All Aluminium Alloy Conductor ), kawat ACSR ( Aluminium Conductor Stell Reinforced ), dll. 2. Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel berisolasi, seperti kabel MVTIC ( Medium Voltage Twisted Insulated Cable).
3. Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel tanam berisolasi, seperti kabel PVC ( Poly Venyl Clorida), kabel XLPE (Crosslink Polyethelene).
2.2.2.2 Sisten Jaringan Distribusi Sekunder
Jaringan distribusi sekunder adalah bagian dari jaringan distribusi primer, dengan jaringan yang berhubungan langsung dengan konsumen (Kadir, 2000). Sistem penyaluran tegangan listrik pada jaringan distribusi sekunder dapat dibedakan menjadi dua, yaitu : 1. Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel telanjang (tanpa isolasi), seperti kawat AAAC ( All Aluminium Alloy Conductor ), kawat ACSR ( Aluminium Conductor Stell Reinforced ). 2. Saluran Kabel Udara Tegangan Rendah (SKUTR) Jenis penghantar yang dipakai adalah kabel berisolasi, seperti kabel LVTC ( Low Voltage Twisted Cable).
2.3 Konfigurasi Jaringan Distribusi
Dalam sistem jaringan distribusi terdapat beberapa konfigurasi jaringan yang dapat diterapkan. Dalam menerapkan suatu konfigurasi jaringan didasarkan dengan sebuah pertimbangan yang baik agar dapat menghasilkan suatu jaringan sistem yang baik. Sistem jaringan distribusi dapat dikelompokkan menjadi 3 macam, yaitu sistem jaringan distribusi radial, loop dan spindel ( Gonen, 1986 ).
2.3.1 Sistem Jaringan Distribusi Radial
Sistem jaringan distribusi primer tipe radial memiliki jumlah sumber dan penyulang hanya satu buah. Bila terjadi gangguan pada salah satunya (baik sumber ataupun penyulangnya), maka semua beban yang dilayani oleh jaringan ini akan padam. Oleh karena itu nilai keandalan dari sistem jaringan distribusi primer tipe radial ini adalah rendah. Sistem ini banyak dipergunakan di daerah pedesaan dan perkotaan yang tidak memiliki nilai keandalan yang tinggi. Umumnya sistem ini bentuknya sederhana, mudah pelaksanaannya, dan sistem paling murah. Keandalan sistem memenuhi kontinuitas tingkat 1 dan umumnya merupakan jaringan luar kota. Bagan sistem jaringan distribusi primer tipe radial ditunjukkan pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Konfigurasi Jaringan Radial
(sumber: Gonen, 1986)
2.3.2 Sistem Jaringan Distribusi Loop
Sistem jaringan loop merupakan bentuk tertutup, disebut juga bentuk jaringan ring. Susunan rangkaian saluran membentuk ring, seperti terlihat pada gambar 2.4 yang memungkinkan titik beban terlayani dari dua arah saluran, sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin serta kualitas daya menjadi lebih baik, karena drop tegangan dan rugi daya pada saluran menjadi lebih kecil. Listrik mengalir ke pelanggan melalui jalur tunggal pada satu waktu dari kedua sisi sistem loop, tergantung pada status buka / tutup dari saklar sectionalizers dan
reclosers. Sistem loop biasanya dioperasikan dengan saklar terbuka. Setiap bagian feeder dapat diisolasi tanpa gangguan, dan kesalahan primer dikurangi dalam durasi waktu yang diperlukan untuk menemukan kesalahan dan melakukan switching diperlukan untuk memulihkan layanan.
Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Loop
(sumber: Gonen, 1986)
2.3.3 Sistem Jaringan Distribusi Spindel
Jaringan distribusi spindel (seperti gambar 2.5) merupakan modifikasi dari sistem loop/ring. Sistem ini terdiri dari beberapa sistem radial dengan masing – masing penyulang yang berpangkal pada satu gardu induk dan ujung sistem akan terhubung di gardu hubung. Penyulang tersebut terbagi menjadi dua jenis, yaitu penyulang utama dan penyulang cadangan. Penyulang utama adalah penyulang yang dioperasikan untuk mengalirkan energi listrik dari sumber sampai ke konsumen, sehingga penyulang ini beroperasi dalam keadaan dibebani. Sedangkan penyulang cadangan adalah penyulang yang menghubungkan gardu induk langsung ke gardu hubung dan beroperasi dalam keadaan tidak berbeban.
Gambar 2.5 Konfigurasi Jaringan Spindel
(sumber: Gonen, 1986)
Sistem jaringan distribusi speindel sangat cocok untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan antara lain : 1. Peningkatan keandalan atau kontinuitas pelayanan sistem. 2. Menurunkan atau menekan rugi-rugi akibat gangguan. 3. Sangat baik untuk mensuplai daerah beban yang memiliki kerapatan beban yang cukup tinggi. 4. Perluasan jaringan mudah dilakukan.
2.4
Penghantar
Konduktor atau penghantar adalah salah satu komponen utama, yang berperan untuk menyalurkan atau menghantarkan energi listrik dari satu b agian ke bagian lain. Bahan umum konduktor yang digunakan adalah tembaga dan aluminium. Dilihat dari jenis isolasi yang digunakan, konduktor terdiri dari dua jenis, yaitu konduktor kawat telanjang dan konduktor berosilasi atau kabel.
2.4.1 Jenis Penghantar (Konduktor)
Kawat dengan bahan penghantar (konduktor ) untuk saluran transmisi tegangan tinggi selalu tanpa pelindung/isolasi kawat. Ini hanya kawat telanjang berbahan tembaga atau alumunium dengan inti baja ( steel-reinforced alumunium
cable/ACSR) besar yang terbentang untuk mengalirkan arus listrik. Kawat tembaga
mempunyai
kelebihan
dibandingkan
dengan
kawat
penghantar
alumunium, hal tersebut dikarenakan konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Akan tetapi juga mempunyai kelemahan yaitu untuk besaran tahanan yang sama, tembaga lebih berat dan lebih mahal dari alumunium. Oleh karena itu kawat penghantar alumunium telah mulai menggantikan kedudukan kawat tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat alumunium, digunakan campuran alumunium (alumunium alloy). Untuk saluran transmisi tegangan tinggi, dimana jarak antara menara/tiang berjauhan, maka dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi, oleh karena itu digunakan kawat penghantar ACSR. Kawat penghantar alumunium, terdiri dari berbagai jenis, sebagai berikut (Suswanto, 2008): a. AAC ( All-Alumunium Conductor ), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium.
Gambar 2.6 Konduktor Jenis AAC
(Sumber: Dwiwahyono, 2010)
b. AAAC ( All-Alumunium-Alloy Conductor ), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.
Gambar 2.7 Konduktor Jenis AAAC
(Sumber: Dwiwahyono, 2010)
c. ACSR ( Alumunium Conductor, Steel-Reinforced ), yaitu kawat penghantar alumunium berinti kawat baja.
Gambar 2.8 Konduktor Jenis ACSR
(Sumber: Dwiwahyono, 2010)
d. ACAR ( Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced ), yaitu kawat penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam campuran. Sehingga kabel ini lebih kuat dari kabel ACSR.
Gambar 2.9 Konduktor Jenis ACAR
(Sumber: Dwiwahyono, 2010)
2.5 Transformator Distribusi
Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator pada gardu distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah 20 kV ke tegangan distribusi 380/220V. Transformator distribusi biasanya dipasang pada tiang atau dekat lokasi konsumen, yang mengubah tegangan primer ke tegangan sekunder.
Gambar 2.10 Trafo Distrbusi
(Sumber: Abdul, 1989)
2.6
Gangguan Sistem Jaringan Distribusi Primer
Kondisi gangguan pada sistem jaringan distribusi primer tegangan menengah 20 kV dapat dibedakan berdasarkan penyebabnya yaitu : 1.
Penyebab dari faktor luar
2.
Penyebab dari faktor dalam
2.6.1
Penyebab Gangguan Dari Faktor Luar
Faktor – faktor luar yang menyebabkan terjadinya gangguan yaitu : 1.
Cuaca misalnya hujan, angin kencang, gempa bumi dan petir.
2.
Mahluk hidup misalnya manusia, binatang dan tumbuhan.
3.
Benda – benda lain. Jenis gangguan (fault) pada sistem distribusi saluran udara dapat dibagi
menjadi dua jenis yaitu (SPLN 52-3, 1983) : 1.
Gangguan yang bersifat temporer Gangguan temporer atau gangguan sesaat dapat hilang dengan sendirinya
atau dengan memutuskan sesaat bagian yang terganggu dari sumber tegangannya. 2.
Gangguan yang bersifat permanen Untuk membebaskan gangguan yang bersifat permanen diperlukan
tindakan perbaikan atau menyingkirkan penyebab gangguan tersebut.
2.6.2
Penyebab Gangguan Dari Faktor Dalam
Gangguan yang disebabkan oleh faktor dalam umumnya besifat permanen, misalnya peralatan tidak sesuai standar yang ditetapkan, pemasangan alat yang tidak sesuai atau salah dan penuaan peralatan. Gangguan yang disebabkan faktor dalam dapat dibagi menjadi dua macam yaitu : 1. Gangguan sistem Gangguan sistem jaringan distribusi primer tegangan menengah 20 kV yang diakibatkan oleh gangguan pada sistem pembangkit tenaga lisatrik atau system jaringan trasmisi tegangan tinggi. Pada umumnya gangguan ini akan menyebabkan pemadaman yang mencakup daerah yang luas. 2. Gangguan jaringan Gangguan sistem jaringan distribusi primer tegangan tegangan menengah 20 kV mengakibatkan putusnya pasokan daya listrik dari pusat-pusat pembangkit tenaga listrik ke daerah – daerah tertentu. Pada umumnya penyebab gangguan jaringan adalah : 1.
Gangguan peralatan Gangguan ini dapat diakibatkan oleh kerusakan kabel instalasi pada gardu
hubung atau penuaan alat. 2.
Gangguan akibat penyulang lain Pada keadaan jumlah penyulang yang tidak bekerja atau trip lebih dari
satu, maka untuk menentukan penyulang yang terganggu didasarkan pada indikasi rele proteksi yang bekerja. Bila indikasi rele yang kerja menunjukkan gangguan over current dan ground fault maka dapat dipastikan penyulang tersebut yang terganggu. Bila indikasi gangguan yang muncul hanya ground fault saja maka dapat dikatakan bahwa terjadi gangguan akibat penyulang lain. 3.
Gangguan mahluk hidup Pada umumnya gangguan ini bersifat sementara/temporer dan penyebab
langsung dapat dihilangkan, misalnya kelalaian manusia dalam mengoperasikan peralatan, dahan pohon dan binatang yang menempel pada kabel instalasi. Gangguan jaringan ditribusi yang disebabkan baik dari luar maupun dari dalam
dapat mengakibatkan terjadinya tegangan lebih atau hubung singkat. Hubung singkat yang mungkin terjadi adalah : a. Gangguan hubung singkat 3 phasa b. Gangguan hubung singkat 2 phasa c. Gangguan hubung singkat 1 phasa
2.7
Manuver Sistem Jaringan Distribusi Primer
Manuver sistem jaringan distribusi primer tegangan menengah 20 KV merupakan serangkaian kegiatan membuat modifikasi terhadap kondisi operasi normal jaringan akibat adanya pekerjaan ataupun gangguan yang bersifat permanen pada jaringan yang memerlukan waktu relatif lama sehingga tetap tercapai kondisi penyaluran daya listrik yang optimal. Manuver jaringan pada kondisi operasi normal menggunakan jaringan tipe radial yang dikembangkan menjadi jaringan tipe lingkar terbuka (open loop/ring) yang melewati gardu hubung atau saklar - saklar beban. Dengan adanya sistem manuver jaringan, maka waktu pemadaman dapat dipersingkat dan daerah pemadaman dapat dipersempit sehingga losses kWh terjadi dapat ditekan seminimum mungkin . Manuver jaringan membutuhkan keandalan sistem yang mampu menanggung beban baik dari sisi pengaman, penghantar maupun daya listrik yang akan disalurkan sehingga susut tegangan dan losses daya listrik yang terjadi pada ujung jaringan masih berada dalam batas (toleransi yang telah ditentukan). Manuver jaringan pada sistem j aringan distribusi primer tegangan menengah 20 kV dilakukan dengan menggunakan dua cara yaitu: 1. Remote Control 2. Manual
2.8
Konsep Dasar Teori Keandalan
Keandalan (reliability) adalah sebagai peluang suatu komponen atau sistem memenuhi fungsi yang dibutuhkan dalam periode waktu yang diberikan selama digunakan dalam kondisi beroperasi. Dengan kata lain keandalan berarti peluang tidak terjadi kegagalan selama beroperasi. Sukerayasa, I Wayan. (2007)
Terdapat lima faktor yang memegang peranan terhadap keandalan suatu sistem serta definisi keandalan mengandung beberapa istilah penting yaitu (Indah, Heru, 2013): a.
Fungsi, Keandalan suatu komponen perlu dilihat apakah suatu komponen dapat melakukan fungsinya secara baik pada jangka waktu tertentu. Kegagalan fungsi dari komponen dapat disebabkan oleh perawatan yang tak terencana (unplanned maintenance).Fungsi atau kinerja dari suatu komponen terhadap suatu sistem mempunyai tingkatan yang berbeda beda.
b.
Probabilitas, angka yang menyatakan berapa kali gangguan terjadi dalam waktu tertentu pada suatu system atau saluran.
c.
Kecukupan performance, menunjukan kriteria kontinuitas suatu saluran sistem penyalur tenaga listrik tanpa mengalami gangguan
d.
Waktu, lama suatu saluran bekerja dengan baik sesuai dengan fungsinya. Semakin
lama
saluran
digunakan,
maka
akan
semakin
banyak
kemungkinan terjadinya kegagalan. e.
Kondisi operasi, adalah keadaan lingkungan kerja dari suatu jaringan seperti pengaruh suhu, kelembaban udara dan getaran yang mempengaruhi kondisi operasi.
2.9 Keandalan Sistem Distribusi
Keandalan adalah ukuran tingkat keberhasilan kinerja suatu sistem atau bagian dari sistem untuk dapat memberikan hasil yang lebih baik pada periode waktu dan dalam kondisi operasi tertentu. Untuk dapat menentukan tingkat keandalan dari suatu sistem, dilakukan pemeriksaaan dengan cara melalui perhitungan maupun analisa terhadap tingkat keberhasilan kinerja dari sistem. Sistem yang memiliki tingkat keandalan tinggi akan mampu memberikan suplai energi listrik setiap saat dibutuhkan, sedangkan sistem yang mempunyai tingkat keandalan rendah tidak akan mampu memenuhi permintaan energi listrik setiap saat dibutuhkan.
Kontinuitas pelayanan energi listrik yang merupakan salah satu unsur dari kualitas pelayanan, tergantung kepada macam sarana penyalur dan peralatan pengaman. Tingkat kontinuitas pelayanan energi listrik dikatakan baik dilihat berdasarkan berapa lamanya proses menghidupkan kembali suplai energi listrik setelah terjadinya gangguan. Adapun macam – macam
tingkatan keandalan dalam pelayanan dapat
dibedakan menjadi 3 hal antara lain ( Billinton,1996 ) : 1. Keandalan sistem yang tinggi (High Reliability System). Pada kondisi normal, sistem akan memberikan kapasitas yang cukup untuk menyediakan daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Dalam keadaan darurat bila terjadi gangguan pada jaringan, maka sistem ini tentu saja diperlukan beberapa peralatan dan pengaman yang cukup banyak untuk menghindarkan adanya berbagai macam ganngguan pada sistem. 2. Keandalan sistem yang menengah (Medium Reliability System). Pada kondisi normal, sistem akan memberikan kapasitas yang cukup untuk menyediakan daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Bila terjadi gangguan pada jaringan dalam keadaan darurat, maka sistem tersebut masih bisa melayani sebagian dari beban meskipun dalam kondisi beban puncak. Jadi dalam sistem ini diperlukan peralatan yang cukup banyak untuk mengatasi serta menanggulangi gangguan sistem. 3. Keandalan sistem yang rendah (Low Reliability System). Pada kondisi normal, sistem akan memberikan kapasitas yang cukup untuk menyediakan daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Tetapi bila terjadi suatu gangguan pada jaringan, sistem sama sekali tidak bisa melayani beban tersebut. Jadi sistem perlu diperbaiki terlebih dahulu dan peralatan-peralatan pengamannya relatif sangat sedikit jumlahnya. Kontinyuitas pelayanan, penyaluran jaringan distribusi tergantung pada jenis dan macam sarana penyalur dan peralatan pengaman, di mana sarana penyaluran (jaringan
distribusi)
mempunyai tingkat kontinyuitas yang
tergantung pada susunan saluran dan cara pengaturan sistem operasiannya, yang pada hakekatnya direncanakan dan dipilih untuk memenuhi kebutuhan
dan sifat beban. Tingkat kontinyuitas pelayanan dari sarana penyaluran di susun berdasarkan lamanya upaya menghidupkan kembali suplai telah pemutusan karena gangguan. Tingkatan kontinyuitas pelayanan dapat dibedakan menjadi 4 yaitu : (SPLN 52-3, 1983) : 1. Tingkat 1 Dimungkinkan padam berjam-jam, yaitu waktu yang diperlukan untuk mencari dan memperbaiki bagian yang rusak karena gangguan. 2. Tingkat 2 Padam beberapa jam, yaitu yang diperlukan untuk mengirim petugas ke lapangan, melokalisasi kerusakan dan melakukan manipulasi untuk menyalakan sementara kembali dari arah atau saluran yang lain. 3. Tingkat 3 Pada beberapa menit, yaitu manipulasi oleh petugas yang siap sedia di gardu atau dilakukan deteksi/pengukuran dan pelaksanaan manipulasi jarak jauh dengan bantuan DCC (Distribution Control Centre) 4. Tingkat 4 Padam beberapa detik, yaitu pengamanan dan manipulasi secara otomatis dari DCC (Distribution Control Centre) Tanpa Padam yaitu jaringan yang dilengkapi instalasi cadangan terpisah dan otomatis secara penuh dari DCC (Distribution Control Centre)
BAB III PEMBAHASAN
3.1
Indeks Keandalan
Perkembangan sistem distribusi biasanya dimulai dari bentuk sistem radial. Laju kegagalan (failure rate) dinyatakan dalam λ saluran radial, untuk suatu lingkungan tertentu yang homogen, sebanding dengan panjang saluran yang bersangkutan dan lama pemadaman (outage time) dinyatakan dalam r, tergantung kepada waktu yang dibutuhkan untuk melakukan perbaikan dan pemulihan . Indeks keandalan merupakan suatu indikator keandalan yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas. Sejumlah indeks sudah dikembangkan untuk menyediakan suatu kerangka untuk mengevaluasi keandalan sistem tenaga. Evaluasi keandalan sistem distribusi terdiri dari indeks titik beban dan indeks sistem yang dipakai untuk memperoleh pengertian yang mendalam kedalam keseluruh pencapaian. Indeks keandalan tersebut antara lain : SAIDI, SAIFI dan EENS. Untuk menghitung indeks keandalan titik beban dan indeks keandalan sistem yang biasanya digunakan meliputi angka keluar dan lama perbaikan dari masing - masing komponen. 3.1.1
Pemadaman (Outage)
Pemadaman (Outage) adalah keandalan dimana suatu komponen tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya, diakibatkan kerena beberapa peristiwa yang berhubungan dengan komponen tersebut. Angka keluar adalah angka perkiraan dari suatu komponen yang mengalami kegagalan beroperasi persatuan waktu (umumnya per tahun). Suatu outage dapat atau tidak menyebabkan pemadaman, hal ini masih tergantung pada konfigurasi dari sistem (SPLN 59, 1985). 3.1.2
Lama keluar (Outage Dur ation)
Periode dari satu permulaan komponen mengalami keluar sampai saat komponen dapat dioperasikan kembali sesuai dengan f ungsinya (SPLN 59, 1985). Adapun perkiraan angka yang keluar dan waktu perbaikan dari komponen adalah
Tabel 3.1 Perkiraan angka keluar komponen system distribusi
Komponen / Peralata
Angka Keluar / outage
Saluran Udara
0,2/km/tahun
Kabel Saluran Bawah Tanah
0,047/km/tahun
Pemutus Tenaga
0,004/km/tahun
Saklar Beban
0,003/km/tahun
Saklar Pemisah
0,003/km/tahun
Penutup Balik
0,005/km/tahun
Penyambung Kabel
0,001/km/tahun
Trafo Distribusi
0,005/km/tahun
Pelindung Jaringan
0,005/km/tahun
Rel Tegangan Rendah
0,001/km/tahun
(Untuk Sistem Spot Network) Sumber : SPLN: 59, 1985
Tabel 3.2 Waktu Operasi Kerja Dan Pemulihan Pelayanan
NO OPERASI KERJA
WAKTU/JAM
1
0,5
Menerima panggilan adanya pemadaman dan waktu yang dibutuhkan untuk perjalanan ke GI
2
Menerima panggilan adanya pemadaman dan waktu
1,0
yang dibutuhkan untuk perjalanan ke alat penutup kembali 3
Waktu yang dibutuhkan untuk sampai dari satu gardu
0.16
ke gardu berikutnya 4
Waktu yang dibutuhkan untuk sampai dari satu gardu
0,2
ke gardu berikutnya untuk sistem spot network 5
Waktu yang dibutuhkan untuk untuk memeriksa
0,083
indikator gangguan (hanya untuk sistem spindel) 6
Waktu yang dibutuhkan untuk membuka/menutup
0,25
pemutus tenaga atau penutup kembali 7
Waktu yang dibutuhkan untuk membuka/menutup
0,15
saklar beban atau saklar pemisah 8
Waktu yang dibutuhkan untuk memperbaiki kawat
3
penghantar udara 9
Waktu yang dibutuhkan untuk mencari lokasi
5
gangguan pada kabel bawah tanah 10
Waktu yang dibutuhkan untuk memperbaiki kabel
10
saluran bawah tanah 11
Waktu yang dibutuhkan untuk
10
mengganti/memperbaiki pemutus tenaga, saklar beban, penutup kembali atau saklar pemisah. 10 12
Waktu yang dibutuhkan untuk mengganti penyambung
15
kabel (bulusan) untuk kabel berisolasi kertas 13
Waktu yang dibutuhkan untuk mengganti trafo
10
distribusi 14
Waktu yang dibutuhkan untuk mengganti pelindung
10
jaringan 15
Waktu yang dibutuhkan untuk
10
mengganti/memperbaiki bus tegangan rendah Sumber : SPLN: 59, 1985
3.1.3
Laju Kegagalan ( Failure Rate )
Menurut Sulasno (2001), laju kegagalan adalah nilai rata-rata dari jumlah kesalahanpersatuan waktu pada selang waktu pengamatan waktu tertentu (T), dan dinyatakan dalam satuan kegagalan pertahun. Pada suatu pengamatan, nilai laju kegagalan dinyatakan sebagai berikut : λ = / .......................................................... (3.1) (Sulasno,2001) Keterangan: λ = Laju kegagalan (kegagalan/tahun)
f = Banyaknya kegagalan selama selang waktu T) T = selang waktu pengamatan (tahun)
Untuk menghitung lama gangguan rata-rata (Average Annual outage Time):
= /………………………….……… (3.2) (Wilis, 2004)
3.2
Indeks Keandalan Sistem Jaringan Distribusi
Menurut T.A. Short (1966), indeks keandalan merupakan suatu nilai yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas, yang terdiri dari indeks pada titik beban dan indeks pada sistem yang dipakai untuk memperoleh pengertian tentang kinerja suatu sistem yang diukur. Penyedia listrik paling sering menggunakan dua indeks keandalan, yaitu SAIFI dan SAIDI , untuk mengukur kinerja keandalan sistem tenaga listriknya. Karakteristiknya adalah frekuensi dan durasi gangguan selama periode pertahun. Adapun indeks keandalan yang digunakan sebagai berikut :
1.
SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) SAIFI adalah indeks keandalan yang merupakan jumlah dari perkalian frekuensi padam dan pelanggan padam dibagi dengan jumlah pelanggan yang dilayani.
=
Indeks keandalan ini dapat didefinisikan sebagai jumlah rata-rata kegagalan yang terjadi perpelanggan yang dilayani oleh sistem persatuan waktu (per-tahun). Indeks ini ditentukan dengan membagi jumlah semua kegagalan pelanggan dalam satu tahun dengan jumlah pelanggan yang dilayani oleh sistem tersebut. Atau dengan kata lain, persamaan untuk SAIFI dapat dilihat pada persamaan dibawah ini:
=
∑ ∑
…………………………………………… (3.3)
Di mana: λi
: Laju kegagalan titik beban i
N i : Jumlah pelanggan yang dilayani pada titik beban i
2.
SAIDI (Sistem Average Interruption Duration Index) SAIDI adalah indeks keandalan yang merupakan jumlah dari perkalian lama padam dan pelanggan padam dibagi dengan jumlah pelanggan yang dilayani.
=
Indeks keandalan ini dapat didefinisikan sebagai nilai rata-rata dari lamanya kegagalan untuk setiap konsumen selama satu tahun. Indeks ini ditentukan dengan pembagian jumlah dari lamanya kegagalan untuk semua pelanggan selama periode waktu yang telah ditentukan dengan jumlah pelanggan yang dilayani selama tahun itu.
=
∑ ∑
…………………………………………...... (3.4)
Dimana : U i : waktu padam pelanggan dalam periode tertentu (jam/tahun) N i : Jumlah pelanggan yang dilayani pada titik beban i
Adapun standar nilai indeks keandalan berdasarkan refrensi yang ada, sebagai berikut : Tabel 3.3 Standar Nilai Indeks Keandalan
INDEKS
SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) SAIDI (System Average Interruption Duration Index) CAIDI (Costumer Average Interruption Duration Index) ASAI ( Average System Availability Index) Sumber : Dugan, Roger, C (1996 )
STANDAR
1.0 1.0 - 1.5 h 1.0 - 1.5 h 0.99983
3. Expected Energy Not Supplied (EENS) Expected Energy Not Supplied ( EENS ) merupakan nilai penjumlahan dari MWh yang tidak tersuplai kepada pelanggan selama periode satu tahun. Ini didefinisikan sebagai perkiraan jumlah energi yang tidak tersalurkan pada sistem karena gangguan selama periode satu tahun. (Wiwied, dkk., 2009). EENS =∑ () ℎ/ℎ
................................................... (3.5)
Keterangan :
() : beban puncak pada titik beban i.
: waktu padam pelanggan dalam periode tertentu (jam/tahun)
3.2.1
Contoh Perhitungan SAIFI, SAIDI dan EENS
Contoh kasus di ambil dari tugas akhir (TA)
“ANALISA TINGKAT
KEANDALAN SISTEM SUPLAI DISTRIBUSI 20 kV UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR ” I Made Wahyu Darmahesta Dalam studi kasus untuk perhitungan SAIFI, SAIDI, EENS digunakan penyulang panjer (penyulang utama suplai UNUD) yang berada di wilayah kerja Area Jaringan Bali Selatan Unit Jaringan Denpasar. Data perhitungan adalah sebagai berikut : Tabel 3.4 Hasil Analisa Indeks Keandalan Untuk Masing-Masing Titik Beban data perhitungan untuk setiap Load Point
laju kegagalan (λ)
waktu perbaikan gangguan (r)
Ketidakter sediaan tahunan (u)
jumlah pelanggan (m)
1 Titik beban 1 Titik beban 2 Titik beban 3 Titik beban 4 Titik beban 5 Titik beban 6 Titik beban 7 Titik beban 8 ..... .....
2 0,3634 0,3814 0,4214 0,4894 0,5314 0,5894 0,6334 0,6494 .... ....
3 3,604843148 3,57629785 3,521594684 3,449121373 3,413624388 3,372921615 3,347016104 3,338466277 .... ....
4
5
1,31 1,364 1,484 1,688 1,814 1,988 2,12 2,168 .... ....
Titik beban 46 Titik beban 47 Titik beban 48 Titik beban 49
1,2614 1,2674 1,2594 1,2094
3,218645949 3,217610857 3,218993171 3,228046965
4,06 4,078 4,054 3,904
13 40 35 300 26 538 3 79 .... .... 1 1 1 137
λ*m
u*m
6 4,7242 15,256 14,749 146,82 13,8164 317,0972 1,9002 51,3026 .... ....
7 17,03 54,56 51,94 506,4 47,164 1069,544 6,36 171,272 .... ....
1,2614 1,2674 1,2594 165,6878
4,06 4,078 4,054 534,848
Titik beban 50 Titik beban 51 Titik beban 52 Titik beban 53 Titik beban 54
1,2114 1,2314 1,1854 1,2054 1,2054
3,227670464 3,223972714 3,23266408 3,228803717 3,228803717
3,91 3,97 3,832 3,892 3,892
3 4 299 1 1
3,6342 4,9256 354,4346 1,2054 1,2054
11,73 15,88 1145,768 3,892 3,892
8829
Σm Σλ*m Σu*m
7309,201 24118,942
Keterangan : λ : Angka Keluaran / Laju kegagalan titik beban ( failures/year ) r : Rata-rata waktu Keluar (hours) u : Ketidaktersediaan waktu (hours/year ) m : Jumlah Pelanggan yang dilayani
Dari tabel di atas pada kolom dua menunjukkan, bahwa titik beban yang mempunyai laju kegagalan yang paling kecil adalah pada titik beban 1 sebesar 0,3634 (dibawah satu kali) kegagalan tiap tahun. Artinya pada pelanggan trafo ini hampir tidak pernah padam selama satu tahun yang disebabkan oleh peralatan dan tidak disebabkan oleh pemeliharaan. Secara umum pada tabel terlihat titik beban yang terletak pada pangkal saluran memiliki laju kegagalan paling kecil, begitu juga sebaliknya titik beban yang terletak di ujung saluran memiliki laju kegagalan yang besar. Hal ini disebabkan karena letak titik beban yang semakin jauh dari sumber maka akan semakin banyak jumlah komponen serta penyulang yang semakin panjang, sehingga peluang terjadinya kegagalan komponen semakin besar. Selanjutnya setiap data load point dari tabel 4.9 tersebut akan dijumlahkan dari perkalian antara perkiraan angka keluaran dengan jumlah pelanggan ( λ * m ), ketidaktersedian waktu dikalikan jumlah pelanggan (u * m ), dan jumlah total pelanggan (Σ m) untuk menghitung SAIFI dan SAIDI. Dan perkiraan ene rgi yang tidak tersuplai (Σ beban i * u). Dalam menghitung nilai SAIFI, SAIDI dan EENS untuk menemukan tingkat keandalan pada sistem distribusi penyulang panjer (penyulang utama suplai UNUD) dapat dihitung dengan persamaan berikut :
1. Perhitungan SAIFI
=
ℎ
=
ℎ
=
∑ Ι
7309,201 8829
SAIFI = 0,827863 Jadi nilai SAIFI sistem jaringan distribusi penyulang panjer adalah sebesar 0,827863 failures / customer .yr 2. Perhitungan SAIDI
= =
Jumlah jangka waktu gangguan semua pelanggan jumlah pelanggan yang dilayani
=
∑ ℒ
24118,942 8829
SAIDI = 2,731786 Jadi nilai SAIDI sistem jaringan distribusi penyulang panjer adalah sebesar 2,731786 hour / customer.yr
3. Perhitungan Expected Energy Not Supply (EENS)
= ∑ () ℎ/ℎ = 9,2126 MWh/tahun Jadi nilai ( EENS ) perkiraan energi yang tak tersuplai pada sistem jaringan distribusi penyulang panjer saat terjadi gangguan adalah sebesar 9,2126 MWh/tahun.
3.3
Kegunaan Dari Indeks Keandalan Sistem
Kegunaan dari informasi indeks keandalan sistem adalah sangat luas. Ada beberapa kegunaan yang paling umum yaitu (Billiton, R dan Billiton, J.E, 1989) : 1.
Melengkapi menejemen dengan data capaian mengenai mutu layanan pelanggan pada sistemm listrik secara keseluruhan.
2.
Untuk mengidentifikasi sub sistem dan sirkit dengan capaian dibawah standar untuk memastikan penyebabnya.
3.
Melengkapi menejemen dengan data capaian mengenai mutu layanan pelanggan mengenai untuk masing-masing area operasi.
4.
Menyediakan sejarah keandalan dari sirkit individu untuk diskusi dengan pelanggan sekarang atau calon pelanggan.
5.
Memenuhi syarat pelaporan pengaturan.
6.
Menyediakan
suatu
basis
untuk
menetapkan
ukuran-ukuran
kesinambungan layanan. 7.
Menyediakan
data
capaian yang
penting
bagi
suatu
pendekatan
probabilistik untuk studi keandalan sistem distribusi.
3.4
Metode MenentukanTingkat keandalan Sistem Distribusi
3.4.1
Metode Reliability Index Assessment (RIA)
Reliability
Index
Assessment
merupakan
sebuah
metode
yang
mengevaluasi indeks keandalan jaringan distribusi dengan mengasumsikan kegagalan dari suatu peralatan, setelah itu mengidentifikasi kegagalan tersebut, dan menganalisa bagaimana efek kegagalan peralatan tersebut mempengaruhi operasi sistem distribusi 20 KV. Kemudian kegagalan pada setiap komponen dianalisa untuk mendapatkan indeks keandalan kontribusi yang mempengaruhi indeks keandalan system (Prabowo. Herdianto.2013). Metode RIA ini digunakan untuk melakukan perhitungan indeks keandalan saat terjadi gangguan, yang mana serangkaian langkah diterapkan pada sistem distribusi ini untuk membandingan setiap kondisi sehingga nantinya dapat dibandingkan antara nilai-nilai indeks keandalan pada kondisi-kondisi tertentu yang telah diterapkan pada simulasi ETAP dan metode RIA. Dalam metode RIA untuk mendapatkan nilai indeks keandalan seperti SAIDI, SAIFI, dan CAIDI harus mencari nilai dari beberapa parameter penunjang yaitu sebagai berikut : 1.
Perhitungan Indeks kegagalan Harus dilakukan langkah seperti di bawah ini.
Saluran udara maupun kabel bawah tanah dengan cara panjang per km (sustained failures rate) dikalikan panjang dari masing-masing.
Indeks keandalan tiap peralatan juga dikalikan dengan jumlah peralatan tersebut.
2.
Mencari r dan U sistem Pada perhitungan r dan U sistem, sebelumnya harus dilakukan langkah
seperti di bawah ini
r (jam/gangguan) menyatakan waktuperbaikan atau switching time, yakni ketika terjadi gangguan pada salah satusection, maka komponenkomponenpada section yang terganggu akandikenakan repair time sedangkan untuk komponen-komponen yang tidakterganggu akan dikenakan switching time.
U (jam/tahun) merupakan hasilperkalian antara λ (gangguan/tahun) dengan r (jam/gangguan), menyatakan durasi/lama pemadaman rata-rata dalam kurun waktu satu tahun akibatgangguan pada tiap komponen sistemdistribusi.
3.
Perhitungan SAIFI, SAIDI dan CAIDI Untuk memperoleh nilai SAIFI, nilai λ peralatan baik saluran bawah tanah,
circuit breaker, trafo, recloser, switch pada setiap peralata ndikalikan jumlah pelanggan pada loadpoint bersangkutan, kemudian hasil perkaliaN dibagi dengan jumlah dari semua pelangga dari sistem. Sehingga akan diperoleh nilai SAIFI per peralatan yang nantinya akan dijumlahkan untuk mendapatkan nilai SAIFI kesuluruhan dari sistem distribusi Untuk memperoleh nilai SAIDI, nilai U pada setiap peralatan dikalikan jumlah pelanggan pada load point bersangkutan, kemudian hasil perkalian dibagi dengan jumlah dari semua pelanggan dari sistem. Sehingga akan diperoleh nilai SAIDI per peralatan yang nantinya akan dijumlahkan
untuk
mendapatkan
nilai
SAIDI
kesuluruhan
dari
sistem
distribusi.Untuk memperoleh nilai CAIDI, dengan cara nilai SAIDI dibagi nilai SAIFI.
3.4.2
Metode Dristribusi Poisson
Untuk menghitung tingkat keandalan suatu sistem jaringan distribusi harus melakukan langkah – langkah berikut 1. Menghitung impedansi saluran 2. Menghitung drop tegangan 3. Menghitung rugi-rugi daya 4. Menghitung nilai kapasitor dan menentukan penempatan kapasitor 5. Menghitung tegangan dan rugi-rugi daya setelah pemasangan kapasitor 6. Menghitung tingkat keandalan sistem dalam SAIFI dan SAIDI Setelah melakuakn langkah-lankah tersebut kita masukkan data total rata – rata jumlah gangguan selama setahun dan data total lamanya pemadaman kedalam suatu rumus untuk menghitung tingkat keandalan, perhitungan tersebut dipakai metode distribusi poisson. Karena dengan Distribusi Poisson tersebut memiliki kemampuan antara lain : a.
metode Poisson di gunakan untuk menghitung data kejadian yang mempunyai rentang waktu tertentu.
b.
metode Poisson di gunakan untuk menghitung n (jumlah waktu) yang besar, misal seratus atau lebih seratus.
Yang mana dalam distribusi tersebut kemungkinan ada kerusakan sebanyak x dalam interval waktu tertentu t di nyatakan dengan distribusi Poisson. P(X=x) =
(λ) !
............................................(3.6) (Pabla, Abdul 1994)
Maka kemungkinan tidak terjadi kerusakan selama periode waktu 0 t di sebut fungsi keandalan R(t) yaitu R(t) = −λ ………………………………..(3.7) (Pabla, Abdul 1994)
Keterangan : R(t) = fungsi keandalan
e
= eksponensial
λ
= Jumlah Waktu (jam selama setahun) / jumlah kerusakan atau gangguan (kali/jam) Jumlah waktu : 8760 ( yaitu jumlah jam selama setahun)
Contoh Kasus.
Data diperoleh dari jurnal “Analisis Sistem Distribusi 20 kV Untuk Memperbaiki Kinerja Dan Keandalan Sistem Distribusi Menggunakan Electrical Transient Analisys Program”. Pada bulan Januari s/d Desember 2011 bahwa jumlah gangguan yang terjadi pada Gardu Hubung Ujung Tanjung Feeder Teluk Pulau selama satu tahun (SAIFI) adalah 45 kali dengan rata-rata (λ) adalah 0,0043 kali/jam selama setahun, dengan total waktu lama pemadaman/gangguan (t) (SAIDI) adalah 52,83 jam,dan jumlah jam dalam setahun 8760 jam, dengan demikian tingkat keandalannya adalah : R (t)
= e-λt
λ
= 45/8760 = 0,0051 kali/jam
T
= total lama waktu gangguan selama setahun = 52,83 jam
R
= e-0,0051 x 52,83 = e-0,2694 = 0,7638
Dengan menggunakan rumus untuk mencari tingkat keandalan sistem, dengan memasukkan jumlah data gangguan dan lamanya waktu pemadaman rata-rata selama satu tahun maka didapat perhitungan bahwa tingkat keandalan Gardu Hubung Ujung Tanjung Feeder Teluk Pulau adalah 0,7638
3.4.3
Metode Reliability-Network-E quivalent
Metode Reliability-Network-Equivalent Approach (RNEA) merupakan penyederhanaan dari metode Failure-Mode-and-Effect Analysis (FMEA). Metode RNEA digunakan untuk menganalis system distribusi radial yang kompleks
secara sederhana. Prinsip utama pada metode ini adalah elemen ekuivalen dapat digunakan untuk mengganti bagian jaringan distribusi dan menyusun kembali system distribusi yang besar kedalam bentuk seri dan sederhana. Metode ini merupakan metode pendekatan untuk mengevaluasi sistem distribusi yang menggunakan proses berulang dan berurutan untuk mengevaluasi indeks keandalan per titik beban (load point). Pada gambar 2 dapat dilihat bahwa system distribusi radial yang terdiri dari Transformator, Saluran, Breaker, Fuse, dan Disconnecting Switch. S1, L1 disebut sebagai seksi utama (main section) yang menyalurkan energi ke lokasi beban. Beban (load point) pada kondisi normal terhubung langsung dengan Transformator. Fuse F1 dan saluran cabang T1 dan L5 disebut sebagai seksi cabang (lateral section).
Gambar 3.1 Sistem Distribusi
(Sumber : Sukerayasa, 2008)
Keterangan: B : Breaker T : Transformator L : Line S : Disconnecting Switch F :Fuse Sistem distribusi yang terlihat pada gambar 2 dapat dimodelkan dengan Penyulang umum, seperti yang terlihat pada gambar 2. Penyulang umum terdiri dari n seksi utama (main section), n seksi cabang (lateral section) dan komponen
seri. Secara berurutan Si, Li, Mi dan Lpi menggambarkan komponen seri i, Li dapat disebut sebagai saluran dengan Fuse atau saluran dengan Fuse dan Transformator pada seksi cabang i, Mi dapat disebut sebagai saluran dengan Disconnecting Switch atau saluran dengan dua Disconnecting Switch di kedua ujungnya pada seksi utama i, dan Lpi adalah load point
Gambar 3.2 Penyulang Umum
(Sumber : Sukerayasa, 2008)
Proses yang digunakan untuk mengevaluasi indeks keandalan sistem distribusi yang menggunakan RNEA terdiri dari langkah-langkah sebagai berikut: 1.
Proses bottom-up, digunakan untuk mencari semua Penyulang cabang (sub Feeder) kemudian diganti dengan jaringan ekuivalen seksi cabang (lateral section) sehingga sistem dapat direduks menjadi sist em distribusi umum.
2.
Prosedur top-down, proses ini digunakan untuk mengevaluasi indeks titik beban (load point) tiap Penyulang (Feeder) dan ekuivalen komponen seri untuk Penyulang cabang (sub Feeder), sampai semua indeks titik beban (load point) baik pada Penyulang utama (Feeder) maupun Penyulang cabang (sub Feeder) dievaluasi.
3.
Setelah masing-masing indeks titik beban (load point) dihitung, kemudian menghitung indeks Penyulang dan sistem.
3.4.4
Metode Simulasi Monte Carlo
Simulasi Monte Carlo (SMC) adalah suatu teknik stokastik yang digunakan untuk memecahkan permasalahan matematika. Kata “Stokastik” berarti
bahwa Simulasi Monte Carlo menggunakan angkaangka acak dan probabilitas statistik untuk memperoleh suatu jawaban. Metoda Monte Carlo mula-mula dikembangkan untuk proyek Manhattan selama Perang Dunia II. Bagaimanapun, Simulasi Monte Carlo kini diberlakukan bagi suatu cakupan yang luas tentang permasalahan-permasalahan disain reaktor nuklir, ekonometrik, evolusi mengenai bintang, meramalkan bursa saham dan lain lain. Bagian penting dari Simulasi Monte Carlo adalah pemahaman tentang angka acak mulai dari menghasilkannya dan mengkonversinya. Dalam distribusi eksponensial yang mempunyai laju kegagalan (λ ) yang konstan dan variasi eksponensial dari T ditunjukkan dalam persamaan 3.11 berikut: T = -1 / λ ln( X )…………………………………(3.8)
Dimana X adalah angka acak yang nilainya antara 0 sampai 1. Pembuatan angka acak ini umumnya dibantu oleh program komputer. Dalam keandalan jaringan distribusi, angka acak ini dipakai untuk mendapatkan nilai TTF dan TTR sesuai nilai rataratanya. Nilai TTF dan TTR didapatkan dengan mengkonversikan nilai X kedalam persamaan, sehingga persamaan 2.15 akan menjadi: TTF TTR
=
=
− MTTF ln( X ) …………………………..(3.9)
− MTTRln( X )……………………………(3.10)
Proses yang digunakan untuk mengevaluasi indeks keandalan sistem distribusi yang menggunakan Simulasi Monte Carlo terdiri dari langkah-langkah sebagai berikut (Billinton.1999): 1. Hasilkan sebuah angka acak untuk masing-masing elemen didalam sistem dan mengkonversinya ke dalam TTF yang sesuai dengan probabilitas distribusi dari parameter elemen tersebut. 2. Tentukan elemen dengan TTF minimum. 3. Hasilkan sebuah nomor acak dan konversikan nomor ini ke dalam Repair Time ( RT ) dari elemen dengan TTF minimum menurut probabilitas distribusi dari waktu perbaikan.
4. Hasilkan angka acak yang lain dan konversi nomor ini ke dalam Switch Time (ST ) menurut probabilitas distribusi dari Switch Time jika tindakan ini mungkin. 5. Gunakan prosedur “ penentuan kegagalan titik beban” dan rekam jangka waktu keluar (outage) untuk masing-masing titik beban yang gagal. 6. Hasilkan sebuah angka acak yang baru untuk elemen yang gagal dan konversikan kedalam suatu TTF baru, dan kembali ke langkah 2 jika waktu simulasi kurang dari satu tahun. Jika waktu simulasi lebih besar dari satu tahun, langsung ke langkah 9. 7. Kalkulasi jumlah dan jangka waktu kegagalan untuk masing-masing titik beban untuk masing-masing tahun. 8. Kalkulasi nilai rata-rata dari jangka waktu kegagalan titik beban untuk sampel tahun. 9. Kalkulasi indeks sistem dan rekam indeksindeks ini untuk masing-masing tahun. 10. Kalkulasi nilai rata-rata dari indeks-indeks sistem ini. 11. Kembali ke langkah 2 jika waktu simulasi kurang dari total tahun simulasi yang ditetapkan, jika tidak keluarkan hasil
3.5
Menigkatkan keandalan sistem distribusi
3.5.1
Loop Restoration Scheme
Loop Restoration Scheme ( LRS )adalah metode otomasi distribusi pada feeder yang digunakan untuk meningkatkan keandalan sistem distribusi. Dimana otomasi distribusi inidapat memaksimalkan untuk memperbaiki keandalan dankualitas pelayanan LRS dikendalikan oleh Automatic Control Sistem (ACS). ACS digunakan untuk pengendalian operasim perangkat switching device, untuk memindahkan gangguan pada section yang lain dan mengembalikan dari gangguan pada feeder. Pengaruh penerapan LRS pada indeks keandalan sistem distribusi yang diberikan tergantung pada ACS yang digunakan. Saat ini Loop Restoration
Scheme yang telah dikembangkan untuk otomatisasi sistem distribusi yaitu ACS Without Comunication Link (sahran dkk, 2009) Pada Loop Restoration Scheme Without Comunication Link ini, sistem bekerja berdasarkan kerja yang sudah dimiliki dari setiap switching device yang digunakan jadi tidak ada komunikasi antar device tersebut dan berdasarkan konfigurasi seperti yang terlihat pada Gambar dibawah ini
Gambar 3.3 Konfigurasi Loop Restoration Scheme
(Sumber ; Jurnal Teknik Pomits Vol. 2, No. 2, 2013)
Cara kerja sistem Loop Restoration Scheme without communication link sesuai konfigurasi di atas adalah sebagai berikut : a. Ketika gangguan permanen terjadi pada section 1,pemutus sirkuit CB1 akan terbuka,sectionalizing recloser R1 mendeteksi hilangnyasumber tegangan pada sisisection 1 dan 2, begitu pula pada recloser R3 mendeteksi hilangnya sumber tegangan pada sisi section 3 dan 4. Sehingga timer dari kedua recloser mulai bekerja. Saattime delay pada R1 berakhir maka R1 akan terbuka dan mengunci/lock out, Setelah itu time delay pada R3 berakhir maka R3 menutupdan memberikan pelayanan daya ke feeder yang tidak mengalami gangguan yaitu pada section yang berada diantara R1 dan R3. Setelah menemukan gangguan, sectionalizingswitch SW1 akan terbuka dan R1 ditutup secara manualdanmengembalikan pelayanan ke feederyang tidak mengalami gangguanyaitu pada section 2.
b. Ketika gangguan permanen terjadi pada section 2, prosedurnya mirip dengan kasus ketika gangguan permanen terjadi pada section 1. Akan tetapi setelah penentuan lokasi gangguan, SW1 terbuka dan CB1 ditutup secara manual dan aka nmengembalikan pelayanan pada bagian 1 yang tidak mengalami gangguan. c. Ketika gangguan permanen terjadi pada section 3, R1 pertama akan membuka dan Tie recloser R3 mendeteksi hilangnya tegangan pada sisi R1 . Setelah berakhirnya time delay pada R3, maka R3 menutup dan akan mendeteksi arus gangguan, maka akan terjadi trip dan akan mengunci/lock out . bagian feeder yang tidak mengalami gangguan yaitu diantara R1 dan CB1 tetap medapatkan pelayanan daya. Setelah penentuan lokasi gangguan, sectionalizing switch SW2 terbuka dan R3 akan ditutup secara manual dan mengembalikan layanan ke feeder yang tidak mengalami gangguan yaitu pada section 4. d. Ketika gangguan permanen terjadi pada section 4, R1 dan R3membuka dan mengunci/lock out setelah melakukan protection sequence. Bagian yang tidak mengalami gangguan yaitu diantara CB1 dan R1,tetap mendapatkan pelayanan daya. Setelah menemukan lokasi gangguan, SW2 terbuka dan R1 akan ditutup secara manual dan mengembalikan pelayanan daya pada section yang tidak mengalami gangguan yaitu section 3. e. Ketika gangguan sementara terjadi pada section 1 atau 2, CB1 melakukan reclosing sequence. Selama proses ini, semuapelanggan sepanjang feeder mengalami gangguan sementara. f. Ketika gangguan sementara terjadi pada section 3 atau 4, R1melakukan reclosing sequence. Selama proses ini, hanya pelanggan diantara R1 dan R3 mengalami gangguan sementara.
3.5.2
Penerapan Metode Pendekatan Teknik
Konsep dan pendekatan teknik ini adalah salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan keandalan system distribusi, yaitu dengan
menempatkan recloser disuatu lokasi tertentu pada iaringan tersebut. Recloser ditempatkan di jaringan distribusi dengan beberapa tujuan yang berbeda diantaranya untuk mengisolasi seksi yang terganggu, rekonfigurasi jaringan dan lainnya yang secara umum
akan memperbaiki keandalan. Metode yang
digunakan dalam menentukan lokasi recloser secara optimal ini didasarkan pada evaluasi indeks-indeks keandalan dari suatu sistem distribusi secara umum Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penerapan metode ini adalah sebagai berikut: 1. Sistem tidak perlu disederhanakan/direduksi, dan hanya direpresentasikan secara sederhana dengan menggunakan cabang-cabangnya, komponenkomponennya, titik supply dan titik beban/ load point . 2. Untuk setiap komponen diperlukan data keandalan yang relevan seperti : tingkat kegagalan ( failure rate), waktu perbaikan (repair time), dan waktu switching ( switching time). 3. Recloser diperlakukan sebagai komponen sistem dan alokasinya disesuaikan dengan konfigurasi jaringan untuk memisahkan load point . Prosedur dasar dari metode pendekatan ini dimulai dengan memodelkan jaringan yang dianalisa. Topologi sistem direpresentasikan dengan cabangcabang sistem. Suatu cabang didefinisikan sebagai satu set komponen yang terhubung seri dan berujung pada dua busbar. Setiap cabang dan semua komponen yang diperhitungkan perlu diidentifikasikan, antara lain : jumlah cabang dan ujung cabang, Jumlah komponen, jumlah supply point , load point yang akan dianalisa dan jumlah tie-switch normally open serta data pelanggan dan data daya listrik dan keandalan untuk tiap komponen. Berdasarkan pertimbangan ekonomis dan konfigurasi jaringan, selanjutnya recloser ditempatkan di calon lokasi-lokasi yang diusulkan. Pada setiap perubahan lokasi dan/atau jumlah recloser , indeks-indeks keandalan dihitung. Perhitungan dilakukan untuk setiap calon lokasi, sehingga akhirnya prioritas penempatan yang optimal dapat diperoleh. Struktur algoritma dari pendekatan ini adalah sebagai berikut a. Masukkan data jaringan, data konsumen, data daya listrik dan data keandalan komponen.
b. Konfigurasi jaringan dan jumlah recloser yang diinvestasikan merupakan batasan yang harus diperhatikan untuk menentukan keandalan sistem. c. Untuk setiap kegagalan pada setiap load point tentukan indeks keandalan sistem. Pada setiap gangguan pada salah satu load point , lakukan : 1.
Hitung indeks keandalan load point .
2.
Ulangi untuk setiap kegagalan dan untuk setiap load point .
3. Untuk menentukan indeks keandalan system, jumlahkan semua indeks keandalan load point . d. Ubah lokasi recloser sesuai konfigurasi jaringan dan lanjutkan kelangkah (c). e. Ulangi untuk setiap lokasi recloser yang mungkin. f. Tentukan solusi optimal dengan membandingkan indeks-indeks keandalan yang diperoleh untuk setiap lokasi recloser yang mungkin.
Contoh kasus :
Contoh kasus di ambil dari jurnal “ PENERAPAN METODE PENDEKATAN TEKNIK UNTUK MENINGKATKAN KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI ” Rukmi Sari Hartati, I Wayan Sukerayasa Dalam studi kasus untuk peningkatan indeks keandalan sistim digunakan penyulang Penebel dan penyulang Marga yang berada di wilayah kerja Area Jaringan Bali Selatan Unit Jaringan Tabanan. Data Penyulang untuk Penebel adalah sebagai berikut : Jumlah pelanggan
: 14989 pelanggan
Jumlah trafo
: 89 buah
Beban rata-rata
: 54.913 kW/pelanggan
Total beban
: 9794950 VA
Sedangkan Penyulang Marga adalah : Jumlah pelanggan
: 15617 pelanggan
Jumlah trafo
: 96 buah
Beban rata-rata
: 151.523 kW/pelanggan
Untuk tujuan analisis penempatan recloser ini, data yang diperlukan adalah:
1. One Line Diagram pada area penyulang Penebel. 2. One Line Diagram pada area penyulang Marga. 3. Data perkiraan angka keluar komponen distribusi serta waktu operasi kerja dan pemulihan pelayanan sesuai SPLN : 59, 1985. 4. Data kapasitas trafo pada penyulang Penebel. 5. Data kapasitas trafo pada penyulang Marga. 6. Data gangguan tahun 2006 pada penyulang Penebel dan Ma rga. 7. Data pelanggan pada penyulang Penebel dan Marga. Penentuan lokasi recloser yang cocok dilakukan dengan menghitung dan membandingkan indek-sindeks keandalan sistem dengan skenario yaitu penempatan recloser di beberapa alternatif lokasi masing-masing load point dengan Tie switch di TS1 yang berlokasi di LBS Petung yang sudah terpasang pada jaringan. Penyulang Penebel mempunyai rata-rata gangguan pertahun per kilometer saluran sebesar 0.0238 fault/year/km, sehingga total indeks angka kegagalan (λ) adalah 3.25 fault/tahun. Sesuai SPLN 59 / 1985 waktu perbaikan saluran udara r = 3 jam dan waktu switching untuk recloser = 0.03 jam. Kemudian dapat dihitung keandalan sistem sesuai lokasi load point (20 lokasi), dan selanjutnya dapat dipilih lokasi penempatan recloser yang paling tepat. Dengan perhitungan untuk penyulang Marga, yang mempunyai kegagalan rata-rata pertahun sebesar 0.00655 fault/year/km, diperoleh total indeks kegagalan 0.500 fault/tahun. Selanjutnya ditentukan waktu perbaikan saluran udara r = 3 jam dan waktu switching untuk recloser = 0.03 jam. Keandalan sistem dapat ditentukan sesuai lokasi load point (27 lokasi). Dengan membandingkan indeks keandalan sistem untuk setiap load point diperoleh indeks yang terbaik untuk lokasi penempatan recloser yang tepat. Dengan menerapkan metode tersebut pada penyulang Penebel dan Marga diperoleh hasil sbb. : Lokasi recloser yang optimal di Penyulang Penebel adalah di load point 15 dengan SAIDI adalah 3,2911 jam/pelanggan /tahun, dan SAIFI adalah 3,2500 kali/pelanggan/tahun. Target WCS untuk SAIFI sudah terpenuhi, namun nilai SAIDI masih belum. Walaupun demikian nilai ini sudah mengalami penurunan yang jauh dari
keadaan semula yang sebesar 12.889 jam/pelanggan/tahun. Lokasi optimal recloser Penyulang Marga adalah di lokasi load point 10 dengan SAIDI adalah 0,6069 jam/pelanggan /tahun dan SAIFI sebesar 0,5001 kali/pelanggan/ tahun. Kedua nilai indeks keandalan ini sudah dapat memenuhi target WCS.
BAB 1V SIMPULAN 4.1 1.
Simpulan
Keandalan (reliability) adalah sebagai peluang suatu komponen atau sistem memenuhi fungsi yang dibutuhkan dalam periode waktu yang diberikan selama digunakan dalam kondisi beroperasi. Dengan kata lain keandalan berarti peluang tidak terjadi kegagalan selama beroperasi.
2.
Indeks keandalan merupakan suatu indikator keandalan yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas.
3.
Indeks keandalan yang dipakai pada sistem distribusi : a. System Avarage Interruption Frequency Index (SAIFI) b. System Avarage Interruption Duration Index (SAIDI) c. Expected Energy Not Supplied (EENS)
4.
Metode yang bisa Menentukan Tingkat keandalan Sistem Distribusi adalah Sebago berikut : a. Metode Reliability Index Assessment (RIA) b. Metode Dristribusi Poisson c. Loop Restoration Scheme d. Metode Reliability-Network-Equivalent e. Metode Monte Carlo
5.
Konsep dan Pendekatan teknik ini adalah salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan keandalan system distribusi, yaitu dengan menempatkan recloser disuatu lokasi tertentu pada iaringan tersebut
DAFTAR PUSTAKA
Pandjaitan. 1999. Teknologi Sistem Pengendalian Tenaga Listrik . Jakarta : Prenhalindo. Hamadun.
2010.
Gambar
Sistem
Kelistrikan
Teknik
Distdibusi .
http://hamadun.blogspot.com. Diakses tanggal 12 Desember 2011. Gonen, T. 1986. E lectric Power Distribution System E ngineering . Columbia : McGraw-Hill Book Company. Pabla,A,S. 2008. E lectric Power Distribution. 5th ed. New Delhi : Tata McgrawHill. Kadir, A. 2000. Distribusi Dan Utilisasi Tenaga Listrik . Jakarta : UI-Press. Suswanto, D. 2008. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Edisi Pertama. Padang : Universitas Negeri Padang. Dwiwahyono, H. 2010. Macam – Macam Jenis Konduktor pada SUTM . http://mo3mo3n.blogspot.com. Diakses tanggal 24 desember 2011. Abdul, K. 1989. Transformator . Jakarta : PT. Elex Media Komputindo. Standar PLN No. 59. 1985. Keandalan pada sistem Distribusi 20kV dan 6kV.Jakarta: Departemen Pertambangan dan Energi. Sukerayasa, I Wayan, 2007. Evaluasi Keandalan Penyulang Konfigurasi Radial dan Spindel. Fakultas Teknik. Universitas Udayana. Bal Nur Indah Arifani, Heru Winarno. 2013 Analisis Nilai Indeks Keandalan Sistem Jaringan Distribusi Udara 20 Kv Pada Penyulang Pandean Lamper 1,5,8,9,10 Di Gi Pandean Lamper. Gema Teknologi Vol. 17 No. 3 Billinton, R., Billinton, J. E. 1989. Distribution System Reliability Indices. Ieee Trans. Power Delivery, Vol. 4, Pp. 561-586. Sulasno.2001. Teknik Dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Semarang : Universitas Diponegoro Short, T.A. 1966. Distribution Reliability and Power Quality . New York : CRC Prees.
