PENINGKATAN KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER PADA PT. PLN (PERSERO) CABANG PADANG

Transkripsi

1 PENINGKATAN KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER PADA PT. PLN (PERSERO) CABANG PADANG Veni Fiolina Syukra, dan Ir. Sjamsjul Anam, MT, Ir. Syariffuddin Mahmudsyah, MT. Teknik Elektro, Falkutas Teknologi Industri, Insitut Teknologi Sepuluh November (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60 Abstrak - Pesatnya pertumbuhan tekhnologi saat ini yang memanfaatkan energi listrik sebagai sumber utama, menjadikan kebutuhan manusia terhadap energi listrik juga semakin meningkat, termasuk daerah kota Padang, yang dalam tahun 20 telah mencapai beban 399,4 MVA. Pada Tugas Akhir ini dilakukan perhitungan dan analisa keandalan system distribusi 20 kv, sebagai sample adalah penyulang Kuranji. Tujuan yang ingin dicapai adalah mendapatkan peningkatan keandalan setelah dilakukannya perbaikkan untuk gangguan Over Current () dan Ground Fault (). Upaya peningkatan dapat dengan melakukan tindakan seperti, merencanakan infrastruktur pendukung SCADA, menggunakan fuse cut out, pemasangan rele jarak pada jaringan, dan perbaikkan koordinasi rele proteksi yang mana pada peyulang ini di fokuskan pada Over Current Relay (R) dan Ground Fault Relay (R). Hasil yang didapat adalah kenaikkan ketersediaan penyulang sebesar 34,53% dengan mengatasi gangguan dan 34,57% akibat, SAIFI terjadi penurunan sebesar 0, kali/pelanggan, SAIDI tetap (0,869 jam/pelanggan) karena lama padam diasumsikan sama dan distribusi eksponensial meningkat sebesar 0,245 poin. Nilai tersebut perbaikkan untuk jenis yang merupakan gangguan yang paling banyak terjadi. Kata Kunci - Keandalan, Sistem Distribusi, Peningkatan Keandalan, Indeks Keandalan K I. PENDAHULUAN ota Padang yang memiliki luas wilayah 695 km² dan berpenduduk sebanyak jiwa, artinya setiap km 2 dihuni oleh.28,4 jiwa. Dengan kepadatan penduduk yang cukup besar seperti ini tentunya keandalan kelistikannya juga harus baik, demi tercapainya kepuasan pada pelanggan. Gangguan kelistrikan dapat disebabkan oleh faktor internal yakni gangguan pada komponen dan peralatan JTM, pada gardu serta tiang distribusi listrik, sedangkan untuk gangguan yang bersifat eksternal antara lain disebabkan oleh ranting atau dahan pohon yang berada didekat kabel-kabel listrik, kondisi alam, binatang, maupun layang layang. Faktor tersebut menjadi hambatan dalam penyaluran energi listrik ke konsumen yang akan meningkatkan angka SAIDI dan SAIFI di kota Padang. Padahal jumlah pelanggan di kota Padang pada tahun 20 telah mencapai angka pelanggan, yang mana di dominasi oleh jenis tegangan rendah atau golongan rumah tangga. Untuk Tugas Akhir ini akan dibahas keandalan pada GIS Simpang Haru dan GI Pauh. Indeks keandalan yang digunakan adalah SAIFI, SAIDI, dan CAIDI, serta degan melihat ketersediaan penyulang selama satu tahun. II. KEANDALAN DAN SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER TENAGA LISTRIK A. Sistem Distribusi Daya Listrik Tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTP, dan PLTD kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan, setelah itu sampailah tenaga listrik ke gardu induk (GI) untuk diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan menjadi tegangan menengah atau juga disebut sebagai tegangan distribusi primer. Tegangan sistem distribusi dapat dikelompokan menjadi 2 bagian besar, yaitu distribusi primer (20kV) dan distribusi sekunder (380/220V). Sistem distribusi listrik meliputi semua JTM 20 kv dan semua JTR 380/220 V hingga ke meter-meter pelanggan. Pendistrubusian daya listrik dilakukan dengan menarik kawat-kawat distribusi melalui penghantar udara dan penghantar bawah tanah dari mulai gardu induk hinggan ke pusat-pusat beban. B. Jenis Gangguan Pada Sistem Distribusi Pada dasarnya gangguan yang sering terjadi pada sistem distribusi saluran 20 kv dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu gangguan dari dalam sistem dan gangguan dari luar sistem. Gangguan yang berasal dari luar sistem disebabkan oleh sentuhan daun/pohon pada penghantar, sambaran petir, manusia, binatang, cuaca dan lain-lain, biasanya akan mengakibat terjadinya yang gangguan terjadi pada tegangan normal. Sedangkan gangguan yang datang dari dalam sistem dapat berupa kegagalan dari fungsi peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan pemutus beban dan kesalahan pada alat pendeteksi, biasanya penyebab ini akan menimbulkan gangguan atau terjadi pada tegangan lebih. C. Keandalan Pada Sistem Distribusi Keandalan merupakan peluang bekerjanya suatu sistem sesuai dengan fungsinya pada selang waktu tertentu dan konsisi tertentu. Fungsi sistem distribusi meyalurkan dan

2 mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk ke pusatpusat beban dengan mutu yang memadai. Tujuannya yaitu untuk mempelajari konsep, karakteristik, pengukuran serta analisis kegagalan dan perbaikan sistem sehingga menambah waktu ketersediaan operasi sistem dengan cara menambah usia desain, menghilangkan ataupun mengurangi kemungkinan kegagalan dan resiko keamanan. D. Mean Time To Failure (MTTF) Mean Time To Failure (MTTF) adalah waktu rata-rata kegagalan yang terjadi selama beroperasi suatu sistem, dapat dirumuskan: Dimana: () T = waktu operasi (up time) n = jumlah kegagalan E. Mean Time To Repair (MTTR) Mean Time To Repair (MTTR) adalah waktu rata-rata yang diperlukan untuk melakukan perbaikan terhadap terjadinya kegagalan suatu sistem yang didapat, dirumuskan: Dimana: (2) L = waktu perbaikan (down time) n = jumlah perbaikan F. Laju Kegagalan Laju kegagalan dari suatu sistem biasanya tergantung dari waktu tertentu selama sistem tersebut berkerja. Rumus laju kegagalan: (3) G. Laju Sistem/komponen dalam masa perbaikan (kondisi OFF). Rumus laju perbaikan: (4) H. Ketersediaan (availability) Nilai aviability dari sistem bergantung pada komponenkomponen sistem dan lama perbaikkan dari komponen yang rusak sehingga sistem berfungsi kembali. Persamaannya:.. (5) I. Distribusi Eksponensial Distribusi ekponensial adalah kasus khusus dari distribusi Poisson jika hanya kegagalan yang pertama saja yang diperhitungkan. Peluang sebuah komponen sukses dalam rentang waktu t jika hazard ratenya kostan adalah: R t e t (6) J. System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) Persamaan untuk SAIFI dapat dilihat pada persamaan berikut ini: SAIFI k M k M. (7) Dengan: = sustained failure rate dari komponen k (failure/year) = jumlah pelanggan pada saluran k M k M = total pelanggan pada sistem K. System Average Interruption Duration Index (SAIDI) Persamaan SAIDI data dilihat pada persamaan berikut: SAIDI k M k M Dengan: = laju perbaikan k (8) L. Costumer Average Interruption Duration Index (CAIDI) CAIDI adalah index durasi gangguan konsumen ratarata tiap tahun, menginformasikan tetang waktu rata-rata untuk penormalan kembali gangguan tiap-tiap pelanggan dalam satu tahun. SAIDI CAIDI SAIFI (9) III. SISTEM DISTRIBUSI PRIMER 20 KV DI KOTA PADANG A. Data Ganggaun JTM di Kota Padang Jika penyetelan over current relay (R) dan ground fault relay (R) yang berada di Incoming atau di outgoing kurang baik, dapat menyebabkan pemadaman total (black out) atau jika salah satu penyulang terkena gangguan, dapat mengakibatkan penyulang lain yang berada pada satu bus juga ikut trip, karena gangguan hubung singkat dapat mentripkan rele yang ada pada incoming feeder. Untuk sample akan dilakukan analisa untuk penyulang Kuranji. Tabel Daftar Gangguan Penyulang Kuranji No Tanggal Gangguan Lama Padam Keterangan Jumlah padam (kali) 20 Januari 20 2 jam 2 22 Januari 20 2 jam 3 23 Januari 20 2 jam 4 24 Januari 20 2 jam 5 9 Februari 20 2 jam 6 2 Februari 20 2 jam 7 22 Februari 20 2 jam 8 6 Maret 20 2 jam 9 7 Maret 20 2 jam 2

3 Tabel Daftar Gangguan Penyulang Kuranji (lanjutan) Keterangan No Tanggal Lama Jumlah Gangguan Padam padam (kali) 0 2 Maret 20 2 jam 8 April 20 2 jam 2 4 April 20 2 jam 3 20 April 20 2 jam 4 0 Mei 20 2 jam 5 Mei 20 2 jam 6 8 Mei 20 2 jam 7 Juni 20 2 jam 8 7 Juni 20 2 jam Juni 20 2 jam Juni 20 2 jam 2 29 Juni 20 2 jam Juni 20 2 jam 23 4 Juli 20 2 jam 24 0 Juli 20 2 jam 25 7 Juli 20 2 jam 26 8 Juli 20 2 jam 27 9 Juli 20 2 jam Juli 20 2 jam Juli 20 2 jam Juli 20 2 jam 3 30 Juli 20 2 jam 32 4 Agustus 20 2 jam 33 Sept 20 2 jam Sept 20 2 jam 35 6 Oktober 20 2 jam 36 7 Oktober 20 2 jam 37 8 Oktober 20 2 jam 38 9 Oktober 20 2 jam Nov 20 2 jam 40 2 Des 20 2 jam 4 5 Des 20 2 jam 42 9 Des 20 2 jam Des 20 2 jam B. Penyulang di Kota Padang Wilayah kerja di kota Padang terdiri dari 4 rayon, yakni Rayon Belanti, Rayon Indarung, Rayon Tabing dan Rayon Kuranji. Setiap rayon dibagi oleh beberapa penyulang, penyulang-penyulang ini terbagi dalam buah GIS, 2 buah GI dan 6 buah GH, yakni GIS Simpang Haru 20 penyulang, GI Pauh 8 penyulang, GI PIP 3 buah penyulang, GH Kandis 0 penyulang, GH Teluk Bayur 0 penyulang, GH Imam Bonjol 5 penyulang, GH GOR H. Agus Salim 6 penyulang, GH Lubuk buaya penyulang dan GH TRB 5 penyulang. Gangguan terbanyak terjadi untuk jenis 64% dan 36%, komposisi lebih dari setengah dari total gangguan, karena penyebab lebih sering terjadi. Sebagian besar penyebab gangguan di kota Padang adalah karena faktor alam, seperti pohon tumbang, badai, dan gempa bumi. Faktor alam ini sering mengakibatkan terjadi kerusakan permanen pada tiang atau terputusnya kabel yang sangat berpengaruh dalam penyaluran energi listrik. Kabel yang terputus dapat menyentuh tiang yang terhubung ketanah dapat menyebabkan gangguan ketanah. IV. PERHITUNGAN, ANALISIS KEANDALAN DAN UPAYA PENINGKATAN A. Single Line Diagram Penyulang Kuranji Penyulang kuranji merupakan salah satu penyulang yang mengalami gangguan terbanyak. B. Perhitungan MTTF dan MTTR Tabel 2 Nilai MTTF dan MTTR Penyulang Kuranji Selama Jan 20 Des 20 MTTF MTTR GI Penyulang (hari) (jam) Pauh Kuranji 5,73 2 Nilai MTTF bisa dikatakan baik jika memiliki nilai yang semakin besar, karena artinya gangguan yang terjadi dalam kurun waktu setahun tersebut sedikit. MTTR dihitung dengan mencari semua durasi waktu perbaikkan yang terjadi di setiap penyulang selama setahun. Untuk kota Padang sendiri lama waktu gangguan yang terjadi ratarata selama 2 jam. C. Perhitungan Laju Kegagalan dan Laju Berdasarkan persamaan 3 dan 4 diatas, didapat nilai laju kegagalan (λ) dan lanu perbaikkan (µ): Tabel 3 Nilai Laju Kegagalan dan Laju Penyulang Kuranji λ µ GI Penyulang (hari) Jam Hari Pauh Kuranji 0,745 0,5 2 D. Ketersediaan (Availability) Nilai ketersedaian menggambarkan berapa peluang atau kemungkinan suatu alat beroperasi. Berdasarkan persamaan 5, nilai ketersediaan penyulang kuranji: Tabel 4 Nilai Ketersediaan Penyulang Kuranji GI Penyulang Ketersediaan Pauh Kuranji 0, Gardu Induk Pauh

4 Ketersedaian Gambar Bagan Ketersediaan Penyulang Pada GI Pauh E. Upaya Peningkatan Keandalan Jaringan Distribusi Primer di Kota Padang Penyulang ini memiiki total pelanggan dari total pelanggan pada GI Pauh, dengan tipe jaringan yang digunakan adalah radial. Sepanjang tahun 20 penyulang ini mengalami gangguan sebanyak 2 kali dan 36 kali, total 48 kali gangguan. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, gangguannya terdiri dari dan, dengan penyebab gangguan yang berbeda pula. merupakan gangguan yang terjadi antar phasa, penyebabnya dapat berupa bingkai layang-layang, pohon, beban naik tiba-tiba ataupun hubung singkat (phasa berdempet). Sedang merupakan gangguan yang berhubungan dengan tanah (pembumian), disebabkan karena kawat pada jaringan terputus sehingga menyentuh tanah, isolator pecah yang menyebabkan kawat menyentuh tiang yang terhubung ketanah dan kawat menyentuh pohon. cara penanggulangan gangguan untuk gangguan dan dikelompokkan secara teknis dan non teknis:. Program teknis, diantaranya: a. Untuk trafo sendiri ada beberapa tindakan yang dapat dilakukan seperti, pemutasian trafo, langkah ini dapat dilakukan dengan melihat faktor seperti kondisi lingkungan, umur trafo dan kinerja trafo. Kemudian pemasangan trafo sisip dan penyeimbangan beban trafo. b. Pemeliharaan secara berkala pada gardu distribusi. c. Penggantian beberapa peralatan kecil seperti opstijg kabel gardu, konektor TM, TR dan SR, serta penggantian CT/PT. d. Pemecahan beban jurusan ke pelanggan yang dapat mengoptimalkan penyaluran energi listrik, karena pembagian bebannya lebih sedikit dan lebih merata. 2. Program non teknis, diantaranya: a. Mengindentifikasi jika ada kesalahan pada kwh. b. Melakukan sweeping PJU, lapak-lapak, dan pedangan kaki lima liar yang sering kali melakukan tindakan pencurian listrik sehingga beban listrik menjadi naik secara tiba-tiba dan terganggunya frekuensi. c. Pengawasan terhadap pasang baru atau perubahan daya pada pelanggan, agar tidak terjadi kecurangan ataupun tindakan yang tidak sesuai prosedur PLN. d. Pembersihan bingkai layang-layang dan sosialisasi anti layang-layang di tempat rawan gangguan layang-layang. Berikut adalah perbandingan dan perhitungan data gangguan pada tahun 202: Tabel 5 Nilai MTTR dan Sesudah MTTF MTTF MTTF Perbaikaan Perbaikaan 5,73 hari 33,6 hari 6,47 hari Peningkatan 27,87 hari 0.74 hari Untuk nilai MTTR di samakan yakni selama 2 jam Tabel 6 Nilai Laju Kegagalan dan Perbandingan λ µ Hari Jam Hari 0,745 0,5 2 Perbaikaan 0, ,5 2 Perbaikaan 0,545 0,5 2 Dapat dilihat terjadi perubahan nilai MTTF secara signifikan. Nilai yang terbaik didapat jika perbaikkan yang dilakukan untuk gangguan, dengan peningkatan sebesar 79,22% (lebih dari 50%). Sehingga jika diprioritaskan perbaikkan pada jenis ini maka akan menaikkan nilai keandalan lebih dari setengahnya. Untuk perbaikkan kenaikkannya tidak sebesar, hanya 30,30%. Hal ini terjadi karena gangguan pada lebih banyak ketimbang ganggaun. Tabel 7 Perbandingan Ketersediaan Ketersediaan Perbaikaan Perbaikaan 0,7428 0, , Peningkatan 0, , Perbandingan dan Sesudah Ketersediaan Gambar 2 Grafik Perbandingan Ketersediaanya pun jadi lebih meningkat sebesar 34,53% dengan mengatasi gangguan dan 34,57% 4

5 akibat, seperti yang tergambar pada grafik diatas. Sehingga kemampuan penyulang ini jauh lebih meningkat. Tabel 8 Perbandingan Indeks Keandalan Dari Sisi Pelanggan Perbandingan SAIFI SAIDI CAIDI 0, ,869 2,86532 Sesudah 0, ,869 6,79 0, ,869 3,236 Untuk indeks keandalan dari sisi pelanggan ini, penurunannya juga terlihat cukup baik. Pada indeks SAIFI nilai yang semakin kecil, maka keandalannya semakin baik, sehingga tujuan utama adalah demi penurunan angka pada indeks dari sisi pelanggan ini, dapat tercapai. Untuk SAIDI nilai sama, karena durasi pemadaman dianggp tetap sama selama 2 jam. Namun untuk CAIDI lebih tinggi, karena semakin banyak gangguan yang diperbaikki maka waktu yang dibutuhkan agar energi dapat disalurkan kembali akan semakin lama pula. Tabel 9 Perbandingan Hasil Distribusi Eksponensial Penyulang Kuranji t E E E E E E E E E E E E E E E-25 Ketersediaan hari dalam setahun Gambar 3 Grafik Perbandingan Distribusi Eksponensial Distribusi eksponensial merupakan gambaran mengenai ketersediaan energi listrik yang mampu di supply ke pelanggan. Grafik diatas terlihat peningkatan dari ketersediaan sebelum dan sesudah perbaikkan, semakin landai grafik yang terbentuk maka ketersediaanya semakin baik. Berdasarkan hasil analisa diatas terlihat bahwa adanya peningkatan keandalan jika dilakukan perbaikkan, terutama jika perbaikkan dilakukan untuk, karena jarak waktu gangguan lebih besar disbanding pada tahun 20, sehingga jumlah hari beroperasi lebih banyak. Sedangkan untuk gangguan yang terjadi masih tersebar merata setiap bulannya, hal ini sangat memperngaruhi nilai MTTF dan laju kegagalannya. Pada dasarnya perencanaan sistem distribusi secara umum dibuat dengan memperhatikan kriteria sebagai berikut:. Membatasi panjang maksimum saluran distribusi (JTM dan JTR) untuk menjaga agar tegangan pelayanan sesuai standar PLN. 2. Konfigurasi JTM untuk kota-kota besar dapat berupa topologi jaringan yang lebih andal seperti spindle, sementara konfigurasi untuk kawasan luar kota minimal berupa saluran radial yang dapat dipasok dari 2 sumber. 3. Mengendalikan susut teknis jaringan distribusi pada tingkat yang optimal. 4. Program listrik desa dilaksanakan dalam kerangka perencanaan sistem kelistrikan secara menyeluruh dan tidak memperburuk kinerja jaringan dan baiaya penyediaan. F. Kondisi Kelistrikkan Kota Padang Kota Padang sendiri terdiri dari beberapa kelompok pelanggan, yakni rumah tangga, bisinis, industri, sosial, pemerintahan dan penerangan umum. Dengan pelanggan terbanyak berada pada kelompok rumah tangga dengan total pelanggan, namun perbandingan jumlah daya yang terpasang dan total beban masih jauh dari kebutuhan dan termasuk kecil jika dibandingkan dengan kondisi untuk pulau Sumatera. 5

6 Table 0 Neraca Daya (MW) No Daerah Kapasitas Daya Beban Perbandingan Terpasang Mampu Puncak. Padang.940,3.454,9 0, Sumatera Barat 3.839,4.474,33 23,67 3. P. Sumatera 4.30,4 3.57,38 52,70 4. Ind. Bag. Barat 4.43, ,83 795,38 5. Luar P. Jawa 6.754, ,7 6,98,7 6. P. Jawa 22.53, , , Indonesia , , ,5 6 Kota Padang memiliki daya mampu hanya 58,06% dari total kapasitas terpasang 0,3 MW. Sedang perbandingan untuk daerah Sumatera Barat (Sumbar) 6,75% dari kapasitas daya yang terpasang di pulau Sumatera dan 0,% dari total wilayah Indonesia secara keseluruhan. Jika di bandingkan dengan pulau Jawa yang memiliki sekitar 77% kapasitas daya dari total 00% untuk Indonesia. Gambar 4 Grafik Perbandingan Neraca Daya daya (MW) Perbandingan Neraca Daya 30, , , , , , Padang Sumbar P. Sumatera Ind. Bag. Barat Luar P. Jawa P. Jawa Indonesia disesuaikan dengan faktor pelanggan. DAFTAR PUSTAKA 6 lingkungan dan jumlah [] Suswanto, Daman, Sistem Distribusi Tenaga Listrik, edisi pertama, JTE Faklutas Teknik Universitas Negeri Padang, Padang, 2009 [2] Sari, Rukmi Hartati, I Wayan Sukerayasa, Penerapan Metode Pendekatan Teknik Untuk Meningkatkan Keandalan Sistem Distribusi, Teknik Elektro, Falkutas Teknik Universitas Udayana [3] Diktat kuliah Optimasi Optimum dan Keandalan Sistem Tenaga Listrik, Teknik Elektro, Prog. Studi Sistem Tenaga, Insitut Tekhnologi Sepuluh November Surabaya [4] J.Endrenyi, Reability Modelling in Electric Power Systems, Pitman Press, Bath, 980 [5] Puta, Jhoni, Monitoring Gangguan Penyulang, PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatera Barat Cab. Padang, Padang, 20 [6] Putra, Jhonni, Rekap Laporan Gangguan JTM Tahun 20, PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatera Barat Cab. Padang, Padang, 20 [7] Data Penyulang 20kV PT. PLN (Persero) Wilayah Sumbar Cab. Padang, Padang, 20 [8] Statistik PLN 20, PT. PLN (Persero) Cabang Padang, Padang, 20 V. KESIMPULAN. Penyulang Kuranji termasuk dengan nilai MTTF terburuk yakni 5,73 hari. 2. Nilai MTTR di kota Padang dibulatkan sama ke angka 2 jam. 3. Nilai SAIFI terburuk juga ada pada penyulang kuranji dengan 0,04423 kali/pelanggan. 4. Untuk nilai SAIDI masih belum sebaik SAIFI, terutama pada penyulang kuranji yang memiliki nilai 0,869 jam atau.039,7244 jam dalam setahun. 5. Peningkatan keandalan setelah dilakukan perbaikkan mendapatkan hasil yang cukup memuaskan 34,57% untuk dan 34,53% untuk gangguan. 6. Indeks keandalan dari sisi pelanggan SAIFI menunjukkan penurunan sebesar,45% untuk gangguan dan 82,95% untuk. 7. Faktor yang harus diperhatikan dalam jaringan distribusi adalah konfigurasi jaringan yang digunakan