EVALUASI PENGARUH CUACA TERHADAP KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI

Transkripsi

1 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret 203 EVALUASI PEGARUH CUACA TERHADAP KEADALA SISTEM DISTRIBUSI Wahri Sunanda ) Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektr, Universitas Bangka Belitung wahrisunanda@ubb.ac.id Abstract - System distributin has used 3 lads with surce generatin rm substatin. It will be simulated n EDSA Technical 2005 in bad weather that ccur in system during ne mnth. Prbability bad weather ccurance is 8,33%/year with ailure rate almst twice than nrmal cnditin, abut 2000%. The result shws that weather cntributes signiicant inluence r reliability distributin system althugh the bad weather happened in shrt time. Keywrd : ailure rate, reliability, distributin system. I. Pendahuluan Dewasa ini energi listrik sudah menjadi salah satu kebutuhan pkk manusia mdern. Energi listrik merupakan kebutuhan yang sangat vital bagi perkembangan suatu negara. Perkembangan sistem tenaga listrik yang baik merupakan kunci kemajuan teknlgi untuk kelangsungan perbaikan tara hidup manusia. Penyediaan energi listrik dilakukan leh suatu sistem tenaga listrik yang meliputi sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Untuk menjamin kntinuitas pelayanan energi listrik diperlukan suatu tingkat keandalan yang tinggi pada ketiga unsur sistem tenaga listrik tersebut. Sebagai satu-satunya perusahaan penyedia energi listrik bagi masyarakat, PT. PL tentunya akan selalu berusaha meningkatkan keandalan sistemnya sehingga kntinuitas dan kualitas pelayanan energi listrik dapat tercapai. Dan berkus pada keeektian dan keeisienan sistem distribusi salah satunya adalah studi mengenai keandalan sistem distribusi tenaga listrik. Penelitian ini merupakan suatu studi tentang hal yang dapat mempengaruhi tingkat keandalan serta upaya peningkatan keandalan sistem pada sistem distribusi dalam untuk menaikkan tingkat keandalan ke arah yang lebih baik. Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini adalah mengevaluasi pengaruh cuaca terhadap tingkat keandalan sistem distribusi. Data keandalan kmpnen diperleh dari data standar IEEE, data pada mdul library perangkat lunak EDSA Tecnical 2005 dan data-data dari standar-standar literatur dan reerensi. Evaluasi dan analisis menggunakan perangkat lunak EDSA Technical Knsep Dasar Keandalan Ditinjau dari sisi sistem tenaga listrik, keandalan berarti kemampuan dari suatu sistem atau kmpnen transmisi dan tenaga listrik untuk menyediakan layanan prima kepada pelanggan dalam situasi nrmal maupun mengalami tekanan. Frekuensi, durasi, dan besaran dari dampak yang merugikan pada suplai listrik dapat menjadi ukuran dari keandalan. Dari tinjauan secara umum, keandalan adalah prbabilitas suatu alat atau sistem bekerja dengan memadai untuk peride waktu yang diharapkan dalam kndisikndisi perasi yang dihadapinya []. Deinisi keandalan ini dapat dipecah lagi menjadi empat bagian dasar, yaitu prbabilitas, unjuk kerja yang memadai, waktu, dan kndisi-kndisi perasi [2]. Prbabilitas memberikan masukan berupa angka (numeris) untuk penaksiran keandalan dan adalah indeks pertama 242

2 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret 203 kecukupan sistem (system adequacy). Di dalam praktek, masih ada indeks lain yang digunakan untuk menaksir keandalan sistem selain indeks prbabilitas semata, dimana penggunaan indeks ini tergantung kepada sistem dan kebutuhannya. Semua indeks kemudian disebut dengan satu istilah umum yaitu indeks-indeks keandalan. Indeks keandalan yang paling cck digunakan adalah indeks yang dapat mewakili suatu sistem dengan tepat. Beberapa indeks keandalan lainnya selain prbabilitas antara lain:.) Jumlah kegagalan yang diharapkan akan terjadi dalam suatu peride waktu tertentu, 2.) Waktu rata-rata antara kegagalan, 3.) Durasi pemadaman (utage) rata-rata atau dwn time dari suatu alat atau sistem, 4.) Rugi utput yang diharapkan akibat kegagalan, 5.) Rugi/hilangnya pendapatan yang diharapkan akibat kegagalan..2 Fungsi Keandalan Secara Umum Misalkan diadakan pengujian kmpnen yang identik sebanyak, dan s (t) + (t) = (.) dimana s (t) = jumlah yang bertahan pada saat t, dan (t) = jumlah yang gagal sampai saat t. Pada setiap waktu t, survivr unctin atau ungsi keandalan R(t) adalah s R (.2) R(t) menyatakan prbabilitas bahwa kmpnen itu akan hidup lebih lama dari t. Prbabilitas kegagalan atau distribusi kegagalan kumulati Q(t), yang bisa juga dilambangkan dengan F(t), adalah Q (.3) Q(t) menyatakan prbabilitas bahwa kmpnen itu masih akan hidup paling lama sampai waktu t. Dari Persamaan (.2) dan (.3) dr Dengan 0, Persamaan menjadi d (.4) (.5) Persamaan di atas memberikan nilai hazard rate ketika jumlah kmpnen yang diteliti kegagalannya adalah, yaitu saat t = 0. Oleh karena itu, ungsi kerapatan kegagalan dan hazard rate identik saat t=0 tetapi hanya pada saat tersebut. Ungkapan umum untuk hazard rate saat waktu t adalah d (.2) dq s R R s s d (.6) yang berarti jumlah yang gagal per satuan waktu relati terhadap yang masih hidup. Apabila dikaitkan dengan persamaan.2, memberikan persamaan dr R (.7) dan kemudian didapat R t dr ( t) R 0 ln R( t) R exp t 0 d d ( t) t 0 (.8) 243

3 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret 203 Apabila λ knstan dan tidak tergantung waktu, Persamaan.8 disederhanakan menjadi R ( t) e (.9) yang disebut distribusi ekspnensial. t Hubungan antara survivr unctin -- ungsi keandalan -- R(t), ungsi distribusi kumulati Q(t), dan ungsi kerapatan kegagalan (t) dapat dilihat dari gambar berikut. hukum-hukum tentang kegagalan kmpnen. II. Metdlgi Penelitian Di dalam penelitian ini digunakan suatu mdel jaringan distribusi yang memiliki 3 titik beban. Sumber dianggap sebagai keluaran dari sebuah gardu induk. Untuk lebih jelasnya digambarkan dalam diagram segaris pada gambar 3. Gambar. Kurva (t) dan kaitannya dengan Q(t) dan R(t) Fungsi ailure rate λ(t) tidak dapat digambarkan pada kurva (t) karena merupakan hasil bagi dari ungsi kerapatan kegagalan (t) terhadap ungsi keandalan R(t). Bentuk tipikal kurva λ(t) dapat diungkapkan sebagai berikut.. Mula-mula menurun (ase de-bugging, di daerah I). 2. Kemudian hampir datar (ase nrmal perating atau useul lie, di daerah II). 3. Akhirnya menanjak (ase wear-ut, di daerah III). Gambar 2. Bentuk umum kurva ailure rate Di samping keempat ungsi tersebut, masih ada umur rata-rata (mean lie) atau mean time t ailure (MTTF) untuk merumuskan Gambar 3. Diagram segaris mdel jaringan distribusi 2. Kmpnen Penyusun Sistem Distribusi Suatu sistem distribusi tenaga listrik akan terdiri dari beberapa kmpnen penyusun, diantaranya tra, pemutus (circuit breaker), penyulang (eeder), dan sekering, yang akan mendistribusikan energi listrik ke titik-titik beban, dalam hal ini berupa tra distribusi[3]. Dilihat dari data keandalannya, kmpnen penyusun jaringan distribusi pada gambar 3 dapat dilihat pada tabel yang sebagian data keandalan diatas diperleh dari hasil survei IEEE terhadap keandalan berbagai kmpnen dan sebagian lainnya berdasarkan literatur-literatur yang ada dan pengamatan langsung terhadap kndisi lapangan. 244

4 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret Skenari Pengaruh Cuaca terhadap Tingkat Keandalan Keandalan sistem juga tidak bisa dilepaskan dari pengaruh cuaca yang terjadi. Di Indnesia, cuaca yang tidak bersahabat umumnya terjadi saat musim penghujan. Saat musim penghujan biasanya terjadi angin yang cukup kencang sehingga memungkinkan kmpnen-kmpnen terutama penghantar untuk saling bersinggungan sehingga dapat terjadi hubung singkat antar ase ataupun ketiga ase sekaligus. Dalam kasus yang lebih buruk, dapat juga terjadi penghantar putus karena badai hebat sehingga terjadi hubung singkat ke tanah. Turunnya hujan juga memungkinkan air untuk menjadi media lncatnya busur api. Pada perangkat lunak EDSA Technical 2005 akan disimulasikan terjadinya kndisi cuaca buruk yang akan mempengaruhi sistem. Pada skenari ini akan dianggap terjadinya kndisi cuaca buruk tersebut terjadi selama satu bulan dalam setahun sehingga kemungkinan terjadinya adalah 8,33% per tahun dengan tingkat ailure rate saat cuaca buruk terjadi adalah 2000% atau dua puluh kali lipat dari kndisi nrmal. Untuk mengetahui data keandalan saat terjadi cuaca buruk dapat dilihat pada tabel 2.2. III. 3. Pemdelan Sistem Hasil dan Pembahasan Mdel Sistem distribusi tenaga listrik berjenis jaringan radial sebagaimana diperlihatkan Gambar 2.. Daya listrik dicatu pada tegangan 20 kv hasil keluaran transrmatr dari gardu induk, kemudian melalui circuit breaker (CB) utama 20 kv dan pada akhirnya tenaga listrik didistribusikan melalui jaringan dan diknsumsi leh leh beban-beban listrik. Sistem distribusi tenaga listrik ini adalah sistem seri karena berjenis jaringan radial. Kmpnen-kmpnen penyusun sistem, dari kmpnen sumber hingga titik beban tertentu, tersusun secara seri, dimana semua kmpnen harus bekerja agar sistem dikatakan sukses atau cukup satu yang tidak bekerja (gagal) agar sistem dikatakan gagal. Sistem akan dimdelkan beberapa kali untuk mengetahui perubahan-perubahan yang mempengaruhi tingkat keandalan [4] serta pemdelan sistem saat sebuah titik beban menggunakan eeder express, dan pemdelan sistem saat sebuah titik beban menggunakan embedded generatr. Masing-masing kndisi akan dieksekusi dengan perangkat lunak EDSA Technical 2005 kemudian dibandingkan tingkat keandalannya melalui keluaran indeksindeks keandalannya. 3.2 Simulasi dan Analisis Keandalan dengan Adanya Pengaruh Cuaca Semua jaringan tenaga listrik akan terpapar leh bervariasinya kndisi cuaca yang terjadi. Dari pengalaman yang ada diketahui bahwa cuaca memiliki pengaruh terhadap nilai ailure rate kmpnen. Dalam beberapa kndisi yang sangat buruk, ailure rate dari kmpnen dapat meningkat hingga jauh beberapa kali lebih tinggi daripada kndisi perasi nrmal. amun umumnya kndisi ini terjadi dengan rekuensi yang jarang dan dalam peride yang singkat. Dalam simulasi ini diskenarikan terjadi cuaca buruk selama sebulan dengan peningkatan ailure rate kmpnen sebesar 20 kali lipatnya. Hasil simulasi menggunakan perangkat lunak EDSA Technical 2005 dapat dilihat pada tabel 3. Untuk lebih mudahnya maka akan disajikan dalam bentuk diagram batang seperti pada gambar 3., 3.2, dan 3.3 berikut Gambar 3. Perubahan nilai ailure rate titik beban dengan adanya kndisi cuaca buruk 245

5 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret 203 ataupun tersebar dengan ttal waktu yang sama. Gambar 3.2 Perubahan nilai ketidaktersediaan titik beban dengan adanya kndisi cuaca buruk IV. Kesimpulan Dari hasil penelitian, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.. Analisis keandalan di sistem distribusi perlu dilakukan terutama pada saat perencanaan pembuatan jaringan baru agar diketahui tingkat keandalan di masing-masing titik beban untuk kemudian disesuaikan dengan jenis, kebutuhan, dan permintaan pelanggan. 2. Pengaruh cuaca dapat mengakibatkan berubahnya tingkat keandalan di sistem distribusi walaupun hanya terjadi dalam waktu singkat namun terjadi peningkatan ailure rate kmpnen yang cukup tinggi sehingga tetap perlu dipertimbangkan. Datar Pustaka [] Endrenyi,J., Reliability Mdeling In Electric Pwer Systems, Jhn Wiley & Sns, ew Yrk, 978. Gambar 3.3 Perubahan nilai durasi padam titik beban dengan adanya kndisi cuaca buruk Dari graik diatas terlihat bahwa terjadi perubahan indeks keandalan di tiap titik beban dengan perubahan rata-rata indeks ailure rate tiap titik beban sebesar, Adapun perubahan rata-rata indeks ketidaktersediaan tiap titik beban sebesar 3,7703 sedangkan perubahan ratarata durasi padam tiap titik beban adalah - 0,5508. Perlu diperhatikan bahwa kndisi cuaca buruk terjadi selama sebulan penuh, yang dapat berupa terkumpul (lumped) [2] Sulasn, Ir., Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Badan Penerbit Universitas Dipnegr,Semarang, 200. [3] Gnen, T., 986. Mdern Pwer System Analysis, Jhn Wiley & Sns, ew Yrk. [4] Marsudi, Djiteng., 2006, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Graha Ilmu, Ygyakarta. 246

6 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret 203 Tabel. Data keandalan kmpnen. Kde Kmpnen Ket Failure Rate (gagal/thn) Akti Pasi Durasi Perbaikan (jam) Durasi Switching (jam) Banyaknya Perawatan (kali/thn) Durasi Perawatan (jam) Pwer 0 Supply 2 CB Circuit Breaker 0,0052 0, ,5 0, Fd Feeder 2 Km 0,0492 0, ,2 6 4 Fd2 Feeder 500 m 0,023 0, ,2 6 5 F2 Sekering 0,009 0, L2 Beban 0,004 0, ,5 6 7 Fd2 Feeder Km 0,0246 0, ,2 6 8 Fd2 Feeder 500 m 0,023 0, ,2 6 9 F2 Sekering 0,009 0, L2 Beban 0,004 0, ,5 6 Fd3 Feeder Km 0,0246 0, ,2 6 ABS 2 W3 Discnnect r 0,0029 0, ,5 3 3 Fd3 Feeder 2 Km 0,0492 0, ,25 0,2 6 4 Fd3 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0,2 6 5 F3 Sekering 0,009 0, ,25 6 L3 Beban 0,004 0, ,25 0,5 6 7 Fd32 Feeder Km 0,0246 0, ,25 0,2 6 8 Fd32 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0,2 6 9 F32 Sekering 0,009 0, ,25 20 L32 Beban 0,004 0, ,25 0,5 6 2 Fd322 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F322 Sekering 0,009 0, ,25 23 L322 Beban 0,004 0, ,25 0,5 6 ABS 24 W4 Discnnect r 0,0029 0, , Fd4 Feeder Km 0,0246 0, ,25 0, Fd4 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F4 Sekering 0,009 0, ,25 28 L4 Beban 0,004 0, ,25 0, Fd5 Feeder Km 0,0246 0, ,25 0, Fd5 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0,2 6 3 F5 Sekering 0,009 0, ,25 32 L5 Beban 0,004 0, ,25 0, Fd6 Feeder 2 Km 0,0492 0, ,25 0, Fd6 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F6 Sekering 0,009 0, ,25 36 L6 Beban 0,004 0, ,25 0,5 6 ABS 37 W62 Discnnect r 0,0029 0, ,25 0, Fd62 Feeder 2 Km 0,0492 0, ,25 0, Fd62 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F62 Sekering 0,009 0, ,25 247

7 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret L62 Beban 0,004 0, ,25 0, Fd622 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F622 Sekering 0,009 0, ,25 44 L622 Beban 0,004 0, ,25 0,5 6 ABS 45 W7 Discnnect r 0,0029 0, ,25 0, Fd7 Feeder 2 Km 0,0492 0, ,25 0, Fd7 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F7 Sekering 0,009 0, ,25 49 L7 Beban 0,004 0, ,25 0, Fd8 Feeder 2 Km 0,0492 0, ,25 0,2 6 5 Fd8 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F8 Sekering 0,009 0, ,25 53 L8 Beban 0,004 0, ,25 0, Fd82 Feeder 500 m 0,023 0, ,25 0, F82 Sekering 0,009 0, ,25 56 L82 Beban 0,004 0, ,25 0,5 6 Tabel 2. Perbandingan indeks-indeks keandalan tiap titik beban dengan adanya pengaruh cuaca Titik Beban Indeks Cuaca rmal Terjadi Cuaca Buruk Sebulan L2 2 L2 3 L3 4 L32 5 L322 6 L4 7 L5 λ (padam/tahun),7837 3,07754 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 7, , λ (padam/tahun), , r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 9,46255,43555 λ (padam/tahun) 2, ,49663 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 3, , λ (padam/tahun) 3,0782 4,2806 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 5, , λ (padam/tahun) 3,0782 4,2806 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 5, , λ (padam/tahun) 2, ,42898 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 3, , λ (padam/tahun) 3, ,3749 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 4, ,

8 Jurnal Ilmiah Fristek Vl.3,., Maret L6 9 L62 0 L622 L7 2 L8 3 L82 λ (padam/tahun) 3,2855 4, r (jam/padam) 5, , U (jam/tahun) 6, , λ (padam/tahun) 3,9829 5,373 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 9, ,38275 λ (padam/tahun) 3,9829 5,373 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 9, ,38275 λ (padam/tahun) 3,9952 5,69627 r (jam/padam) 4, , U (jam/tahun) 9, , λ (padam/tahun) 4,8537 5, r (jam/padam) 5, , U (jam/tahun) 2, , λ (padam/tahun) 4,8537 5, r (jam/padam) 5, , U (jam/tahun) 2, ,