ANALISIS KEANDALAN SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV DI PT PLN DISTRIBUSI JAWA TIMUR KEDIRI DENGAN METODE SIMULASI SECTION TECHNIQUE

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) ANALISIS KEANDALAN SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV DI PT PLN DISTRIBUSI JAWA TIMUR KEDIRI DENGAN METODE SIMULASI SECTION TECHNIQUE Chandra Goenadi, I.G.N Satriyadi Hernanda, S.T., M.T., Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc., Ph.D., Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh November Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya ontosenop@ee.its.ac.id, didit@ee.it.ac.id Abstract-- Kontinuitas penyaluran tenaga listrik dipengaruhi oleh keandalan dari setiap komponen peralatan dalam sistem distribusi. Sebagian besar pemadaman dalam sistem tenaga listrik disebabkan karena permasalahan yang terjadi pada sistem distribusi, terutama dalam peralatan. Tugas akhir ini disusun dengan tujuan mengevaluasi keandalan sistem distribusi 20 kv PT. PLN (Persero) Distribusi APJ Kediri sehingga dapat digunakan sebagai parameter keandalan pada sistem tersebut. Sistem yang dianalisa adalah keandalan distribusi GI Banaran dimana GI tersebut menyuplai jaringan yang diatur oleh Unit Pelayanan Jaringan (UPJ) Kediri Kota. Metode yang digunakan dalam analisa adalah metode Section Technique dan metode FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) dimana hasil indeks keandalan dibandingkan juga dengan standar PLN. Berdasarkan hasil analisa, nilai dan pada kedua metode memiliki nilai yang hampir sama. Nilai yang dihasilkan keenam penyulang di UPJ Kediri Kota yang sudah memenuhi standar PLN 68-2 :1986 yaitu sebesar 3,2 kali/tahun hanya penyulang Hasanudin, Joyoboyo, Katang. Untuk nilai dengan metode Section Technique maupun FMEA semua penyulang sudah memenuhi standar PLN yaitu dibawah 21 jam/tahun. Kata kunci: Keandalan, Sistem Distribusi, Section Technique, FMEA,, 1. PENDAHULUAN D i dalam penggunaan daya listrik, mutlak diperlukan sistem distribusi. Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar sampai ke konsumen. Sistem distribusi merupakan sub-sistem tersendiri yang terdiri dari: Gardu Induk Distribusi, Saluran tegangan menengah (6 kv dan 20 kv, biasa disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, Gardu Distribusi (GD) tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah (380V, 220V) yang menghasilkan tegangan kerja/tegangan jala-jala untuk industri dan konsumen perumahan[4]. Keandalan peralatanperalatan listrik pada sistem distribusi menentukan kontinuitas tenaga listrik sehingga berpengaruh terhadap produsen (dalam hal ini perusahaan penyedia tenaga listrik) maupun konsumen. Setiap komponen dalam sistem distribusi mempunyai nilai keandalan masing-masing, komponen-komponen distribusi tersebut akan membentuk suatu sistem distribusi dengan nilai keandalan total. Gangguan atau kerusakan dalam sistem distribusi akan mempengaruhi nilai keandalan sistem distribusi tersebut. Selain itu, gangguan atau kerusakan dalam sistem distribusi akan mengakibatkan kemungkinan terjadinya pelepasan beban sehingga terjadi pemadaman dalam sistem. Dalam tugas akhir ini, analisa yang akan dilakukan adalah analisa keandalan sistem distribusi 20 kv di wilayah Kediri, Jawa Timur. Indeks-indeks yang digunakan untuk mengetahui tingkat keandalan suatu sistem distribusi adalah (System Average Interruption Frequency Index), (System Average Interruption Duration Index), dan CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index). Ukuran keandalan dan kualitas listrik secara umum ditentukan oleh beberapa parameter antara lain: frekuensi (Indonesia menggunakan frekuensi 50 Hertz), tegangan atau voltage, tegangan harmonic (voltage harmonic), ketidakseimbangan tegangan (unbalance voltage), interupsi atau pemadaman listrik. 2. SISTEM DAN KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV 2.1 Sistem Jaringan Distribusi Terdapat tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listrik yaitu pembangkitan, penyaluran (transmisi) dan distribusi[4]. Jaringan distribusi merupakan salah satu bagian sistem tenaga listrik yang digunakan untuk menyalurkan daya listrik dari sumber daya listrik besar sampai ke konsumen. Sumber daya listrik besar tersebut dapat berupa suatu stasiun pembangkit atau berupa suatu Gardu Induk (GI) yang dilayani oleh pembangkit tenaga listrik yang jauh atau dekat letaknya dari konsumen. Pada saat ini, dimana kebutuhan tenaga listrik meningkat, maka diperlukan suatu sistem pendistribusian tenaga listrik dari pembangkit sampai kepada para konsumen yang memiliki tingkat keandalan yang tinggi. 2.2 Klasifikasi Jaringan Distribusi Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan dari berbagai segi, antara lain adalah[2] : 1. Berdasarkan ukuran tegangan 2. Berdasarkan ukuran arus 3. Berdasarkan sistem penyaluran 4. Berdasarkan konstruksi jaringan 5. Berdasarkan bentuk jaringan 2.3 Keandalan Sistem Distribusi Keandalan merupakan 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, harus diadakan pemeriksaaan melalui perhitungan maupun analisa terhadap tingkat keberhasilan kinerja atau operasi dari sistem yang ditinjau pada periode tertentu kemudian membandingkannya dengan standar yang ditetapkan sebelumnya[1]. Ada beberapa faktor yang harus diketahui dan dihitung sebelum melakukan perhitungan analisa keandalan antara lain: MTTF, MTTR, laju kegagalan, laju perbaikan.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Mean Time To Failure (MTTF) Mean Time To Failure (MTTF) adalah waktu rata-rata kegagalan yang terjadi selama beroperasinya suatu sistem dapat dirumuskan: T=waktu operasi (up time) n=jumlah kegagalan Mean Time To Repair Mean Time To Repair adalah waktu rata-rata yang diperlukan untuk melakukan perbaikan terhadap terjadinya kegagalan suatu sistem yang dapat dirumuskan: (1) telah ditentukan dengan jumlah pelanggan yang dilayani selama tahun itu. Persamaan dapat dilihat pada persamaan berikut. (6) dimana: µ k = laju perbaikan saluran M k = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem Customer Average Interruption Duration Index CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index) adalah index durasi gangguan konsumen rata-rata tiap tahun, menginformasikan tentang waktu rata-rata untuk penormalan kembali gangguan tiap-tiap pelanggan dalam satu tahun. L=waktu perbaikan (down time) n=jumlah perbaikan (2) (7) 3. SISTEM DISTRIBUSI 20 KV di KEDIRI dan METODE PENELITIAN Laju Kegagalan Laju kegagalan atau hazard rate adalah frekuensi suatu sistem/komponen gagal bekerja, biasanya dilambangkan dengan λ (lambda), laju kegagalan dari suatu sistem biasanya tergantung dari waktu tertentu selama sistem tersebut bekerja. Rumus laju kegagalan: (3) Laju Perbaikan Laju perbaikan atau downtime rate adalah frekuensi lamanya suatu sistem/komponen dalam masa perbaikan (kondisi OFF). Rumus laju perbaikan: (4) 2.4 Indeks Keandalan dari Sisi Pelanggan Indeks keandalan merupakan suatu metode pengevalusian terhadap parameter keandalan suatu peralatan distribusi tenaga listrik terhadap keandalan mutu pelayanan kepada pelanggan[3] System Average Interruption Frequency Index (System Average Interruption Frequency Index) adalah jumlah rata-rata kegagalan yang terjadi per pelanggan yang dilayani per satuan waktu (umumnya tahun). Indeks ini ditentukan dengan membagi jumlah semua kegagalan dalam satu tahun dengan jumlah pelanggan yang dilayani oleh sistem tersebut. dimana: λ k = laju kegagalan saluran M k = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem System Average Interruption Duration Index (System Average Interruption Duration Index) adalah nilai rata-rata dari lamanya kegagalan untuk setiap pelanggan selama satu tahun. Indeks ini ditentukan dengan pembagian jumlah dan lamanya kegagalan secara terus menerus untuk semua pelanggan selama periode waktu yang (5) 3.1 Area Pelayanan Jaringan (APJ) Kediri Area Pelayanan Jaringan (APJ) Kediri membawahi 11 Unit Pelayanan Jaringan (UPJ). Unit Pelayanan Jaringan (UPJ) tersebut terdiri atas UPJ Kediri Kota, UPJ Blitar, UPJ Srengat, UPJ Wlingi, UPJ Campur Darat, UPJ Grogol, UPJ Sutojayan, UPJ Ngadiluwih, UPJ Ngunut, UPJ Pare, UPJ Tulung Agung. Sistem distribusi 20 kv Kediri menggunakan tipe radial dan memiliki 8 buah gardu induk yaitu GI Banaran, GI Blitar Baru, GI Kediri, GI Pare, GI Tulungagung, GI Wlingi, GI Gudang Garam dan GI Surya Zig-zag. 3.2 Unit Pelayanan Jaringan (UPJ) Kediri Kota Unit Pelayanan Jaringan (UPJ) Kediri Kota memiliki 6 penyulang yang terdiri dari penyulang Gurah, penyulang Hasanudin, penyulang Joyoboyo, penyulang Katang, penyulang Pagu, penyulang Papar. Penyulang Pagu, Papar, Joyoboyo disuplai oleh trafo dari Gardu Induk (GI) yang mempunyai kapasitas 150/20 kv 50 MVA. Untuk penyulang Gurah, Katang, Hasanudin disuplai oleh trafo dari Gardu Induk dengan kapasitas 150/20 kv 30 MVA 3.3 Data Gangguan Penyulang Berikut adalah gangguan masing-masing penyulang dari GI Banaran selama satu tahun yaitu Februari 2011 hingga Januari Tabel 3.1 Daftar Gangguan Penyulang GI Banaran Penyulang Jumlah Gangguan Lama Padam (Jam) Gurah 5 8,6167 Hasanudin 4 4,6666 Joyoboyo 1 0,0667 Katang 3 1,4367 Pagu 10 15,9334 Papar 3 2,4 3.4 Data Jumlah Pelanggan Tiap Penyulang Berikut adalah data jumlah pelanggan tiap penyulang Gardu Induk Banaran.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Tabel 3.2 Jumlah Pelanggan Tiap Penyulang No. Penyulang Jumlah Pelanggan 1 Gurah Hasanudin Joyoboyo Katang Pagu Papar Data Panjang Tiap Penyulang Berikut adalah data panjang saluran tiap penyulang pada Gardu Induk Banaran. Tabel 3.3 Panjang Saluran Tiap Penyulang No Penyulang L(km) 1 Gurah Hasanudin Joyoboyo Katang Pagu Papar Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam menganalisa sistem ditribusi 20 kv di Kediri adalah metode Section Technique dan Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) Section Technique Metode Section Technique adalah sebuah metode yang merupakan pengembangan dari konsep FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)[7]. Meskipun metode yang digunakan hampir mirip dengan konsep FMEA, namun terdapat beberapa perbedaan pembagian suatu topologi jaringan menjadi beberapa section yang mengurangi proses kalkulasi yang rumit pada FMEA. Pada metode Section Technique, ada 3 indeks keandalan yang dihitung yaitu:,, dan CAIDI. 1. System Average Interruption Frequency Index N = jumlah konsumen pada sistem λ LP = frekuensi gangguan peralatan pada load point (8) Laju Kegagalan Peralatan Repair Time Switching Time Topologi Sistem Section Technique Mekanisme Pengamanan Pemulihan Sistem CAIDI Gambar 3.1 Input dan Output dari Section Technique Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) FMEA adalah suatu metode terstruktur untuk menganalisa suatu sistem. Metode ini untuk mengevaluasi keandalan sistem didasarkan pada bagaimana suatu kegagalan dari suatu peralatan mempengaruhi operasi sistem[8]. Efek atau konsekuensi dari gangguan individual peralatan secara sistematis diidentifikasi dengan penganalisaan apa yang terjadi ketika terjadi gangguan. Intinya FMEA adalah pendekatan yang mempertimbangkan satu mode kegagalan pada suatu waktu. Pada metode FMEA, ada 3 indeks keandalan yang dihitung yaitu:,, dan CAIDI. 1. System Average Interruption Frequency Index N = jumlah konsumen pada penyulang λ LP = frekuensi gangguan peralatan pada load point 2. System Average Interruption Duration Index N = jumlah konsumen pada penyulang U LP = durasi gangguan peralatan pada load point 3. Customer Average Interruption Duration Index (11) (12) (13) 2. System Average Interruption Duration Index (9) N = jumlah konsumen pada sistem U LP = durasi gangguan peralatan pada load point 3. Customer Average Interruption Duration Index (10) Gambar 3.2 Input Output FMEA 4. PERHITUNGAN dan ANALISIS KEANDALAN 4.1 Perhitungan Mean Time To Failure dan Mean Time To Repair Dalam melakukan analisis keandalan, yang pertama adalah melakukan perhitungan dasar terhadap data yang telah didapat. Didalam bagian ini yang pertama adalah menghitung MTTR dan MTTF dari 6 penyulang dari Gardu Induk Banaran. Berikut adalah nilai MTTF dan MTTR tiap penyulang selama Februari 2011 hingga Januari 2012:

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Tabel 4.1 Nilai MTTF dan MTTF Penyulang GI Banaran Februari 2011-Januari 2012 GI Penyulang MTTF (hari) MTTR (jam) Gurah 73 1,72334 Hasanudin 91,25 4,663 Banaran Joyoboyo 365 0,067 Katang 121,667 0,489 Pagu 36,5 1,59334 Papar 121,667 0, Perhitungan Laju Kegagalan dan Laju Perbaikan Berikut adalah nilai laju kegagalan dan laju perbaikan dari penyulang Gardu Induk Banaran Tabel 4.2 Nilai Laju Kegagalan dan Laju Perbaikan Masing- Masing Penyulang Gardu induk Banaran μ GI Penyulang λ /Jam /Hari Banaran Gurah 0, Hasanudin 0, Joyoboyo 0, Katang 0, Pagu 0, Papar 0, Analisa Keandalan Menggunakan Metode Section Technique Dalam perhitungan indeks keandalan dari 6 penyulang yang disuplai oleh Gardu Induk Banaran, yang dijadikan model sistem adalah penyulang Joyoboyo. Berdasarkan data yang ada yaitu Gambar 4.1, Tabel 4.4, dan Tabel 4.5 dapat dilakukan analisa pada penyulang Joyoboyo untuk menentukan nilai keandalannya. Evaluasi pada sistem ini menggunakan standart dari PLN yaitu SPLN 59 ; 1985, untuk laju kegagalan (failure rate) dan waktu perbaikan (repair time) sistem jaringan 20 kv. Gambar 4.1 Penyulang Joyoboyo Tabel 4.3 SPLN 59 ; 1985 Laju Kegagalan dan Repair Time Peralatan 20 kv Peralatan Laju Kegagalan (fault/year) Repair Time (waktu/jam) Switching Time(waktu/jam) Saluran Udara 0,2/km/year 3 0,15 Circuit Breaker 0,004/unit/year 10 0,15 Sectionalizer 0,003/unit/year 10 0,15 Trafo Distribusi 0,005/unit/year 10 0, Data Jumlah Pelanggan tiap Berikut adalah jumlah pelanggan dari tiap load point dari penyulang Joyoboyo. Tabel 4.4 Jumlah Pelanggan Tiap dari Penyulang Joyoboyo. No. Jumlah Jumlah No. pelanggan pelanggan Data Panjang Tiap saluran Berikut adalah data panjang tiap saluran penyulang Joyoboyo. Tabel 4.5 Panjang Tiap Saluran Penyulang Joyoboyo Saluran L(km) Saluran L(km) L1 1,808 L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Indeks Keandalan Penyulang Joyoboyo Berikut adalah nilai indeks keandalan dari penyulang Joyoboyo tiap sectionnya. 1) Section 1 Dari data yang ditampilkan oleh Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 dapat dihitung indeks keandalan dari Penyulang Joyoboyo Section 1 berdasarkan persamaan yang ada pada bab 3. Tabel 4.6 Section TOTAL ) Section 2 Tabel 4.7 Section Lanjutan tabel TOTAL ) Section 3 Tabel 4.8 Indeks Keandalan Section E E E E E E E E E E E TOTAL Jadi nilai dan total dari penyulang Joyoboyo adalah: = kali/pelanggan/tahun = waktu/pelanggan/tahun 4.4 Analisa Keandalan Menggunakan Metode Failure Mode and Effect Analysis Analisa keandalan menggunakan metode Failure Mode and Effect Analysis selanjutnya diterapkan pada sistem jaringan distribusi penyulang Joyoboyo. Penerapan metode ini memperhitungkan laju kegagalan dan waktu perbaikan dari peralatan sistem distribusi 20 kv yaitu trafo, circuit breaker, saluran udara, dan sectionalizer.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Indeks Keandalan Penyulang Joyoboyo Berikut adalah nilai frekuensi kegagalan dan durasi padam dari penyulang Joyoboyo Tabel 4.9 Penyulang Joyoboyo TOTAL Perbandingan Nilai Indeks Keandalan Antara Penyulang GI Kediri Menggunakan Metode Section Technique dan FMEA Berikut adalah nilai indeks keandalan berdasarkan metode yang digunakan. Tabel 4.10 Nilai Indeks Keandalan Metode Section Technique Penyulang CAIDI Gurah Hasanudin Joyoboyo Katang Pagu Papar Tabel 4.11 Nilai Indeks Keandalan Metode FMEA Penyulang CAIDI Gurah Hasanudin Joyoboyo Katang Pagu Papar KESIMPULAN Berdasarkan hasil yang didapatkan dari perhitungan dan analisis pada penelitian ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: Nilai untuk penyulang Hasanudin, Penyulang Joyoboyo, dan penyulang Katang sudah memenuhi nilai standar yang ditentukan oleh PLN yaitu 3.2 kali/tahun, baik menggunakan metode Section Technique maupun menggunakan metode FMEA. Tetapi nilai penyulang Gurah, Pagu dan Papar masih belum memenuhi standar PLN. Nilai semua penyulang telah sesuai dengan standar yang ditentukan PLN yaitu dibawah 21 jam/tahun. Jumlah peralatan yang semakin banyak didalam sistem distribusi, maka semakin besar gangguan yang ikut berkontribusi misalnya penyulang Hasanudin dengan 53 trafo distribusi, sebuah CB, dan 4 sectionalizer memiliki nilai sebesar kali/tahun dan jam/tahun dibanding penyulang Papar dengan 92 trafo distribusi, 6 sectionalizer, dan sebuah CB memiliki nilai sebesar kali/tahun dan jam/tahun. Semakin panjang saluran dari sistem distribusi, memberikan pengaruh terhadap nilai keandalannya yang semakin turun misalnya penyulang Joyoboyo dengan panjang saluran 6,61 km memiliki nilai sebesar kali/tahun dan jam/tahun dibanding penyulang Gurah dengan panjang saluran 22,807 km memiliki nilai sebesar kali/tahun dan jam/tahun.. REFERENSI [1] Gonen, Turan, Reliability Electric Power Distribution System Engineering, McGraw-Hill, United States of America, 1986 [2] Suswanto, Daman, Diktat Kuliah: Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Teknik Elektro Universitas Negeri Padang, Padang. [3] Brown, Richard E., Electric Power Distribution Reliability Second Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, United States of America, [4] Kadir, Abdul, Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik, UI-Press, Jakarta, [5] SPLN No.59 : 1985, Keandalan Pada Sistem Distribusi 20 kv dan 6 kv, Perusahaan Umum Listrik Negara, Jakarta, [6] SPLN No.68-2 : 1986, Tingkat Jaminan Sistem Tenaga Listrik Bagian dua: Sistem Distribusi, Perusahaan Umum Listrik Negara, Jakarta, [7] Xie K., Zhou J., dan Billinton R., Fast algorithm for the reliability evaluation of large scale electrical distribution networks using the section technique, IET Gener. Transm. Distrib., Vol. 2, No.5, pp , [8] Sirajuddin, Hasbi. Evaluasi Keandalan Jaringan Distribusi 20 kv Menggunakan Metode Failure Mode and Effect Analysis (FMEA), Institut Teknologi Sepuluh November, 2006.