PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR TEKNIK ELEKTRO FTI-ITS (2012) 1 STUDI ANALISIS KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI PT. SEMEN GRESIK-TUBAN MENGGUNAKAN METODE RELIABILITY INDEX ASSESSMENT (RIA) DAN SOFTWARE ETAP (ELECTRICAL TRANSIENT ANALYSIS PROGRAM) Herdianto Prabowo, I.G.N. Satriyadi Hernanda 1), Ontoseno Penangsang 2). Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: didit@ee.its.ac.id 1), ontosenop@ee.its.ac.id 2) Abstrak Pada tugas akhir ini akan dilakukan studi analisis keandalan distribusi 20 kv pada PT. Semen Gresik-Tuban III dengan menggunakan metode RIA (Reliability Index Assessment) yang akan dibandingkan dengan hasil perhitungan software ETAP7.5. Perhitungan indeks keandalan dengan metode RIA (Reliability Index Assessment) pada penyulang SGTIII-1 berupa indeks SAIFI = 0.0765 kali/tahun, SAIDI = 7.7625 jam/tahun, dan CAIDI = 68.297 jam/tahun, sedangkan hasil yang didapat dari perhitungan menggunakan Software ETAP berupa indeks SAIFI = 0.158 kali/tahun, SAIDI = 10.791 jam/tahun, dan CAIDI = 68.297 jam/tahun. Kata Kunci Keandalan, Sistem Distribusi, RIA (Reliability Index Assessment), SAIFI, SAIDI, CAIDI. I. PENDAHULUAN ADA suatu sistem distribusi tenaga listrik, tingkat Pkeandalan adalah hal yang sangat penting dalam menentukan kinerja sistem tersebut. Keandalan ini dapat dilihat dari sejauh mana suplai tenaga listrik bisa mensuplai secara kontinyu dalam satu tahun ke konsumen. Permasalahan yang paling mendasar pada distribusi daya listrik adalah terletak pada mutu, kontinuitas dan ketersediaan pelayanan daya listrik pada pelanggan [6]. PT. Semen Gresik merupakan salah satu produsen penghasil semen dengan skala besar yang berlokasi di Jawa Timur. Keandalan seluruh komponen pabrik yang menunjang proses produksi yakni segala peralatan yang digunakan untuk proses produksi sangat berpengaruh terhadap kualitas dan kuantitas produk yang dihasilkan. Indeks-indeks yang digunakan untuk mengetahui tingkat keandalan suatu sistem distribusi adalah SAIFI (System Average Interruption Frequency Index), SAIDI (System Average Interruption Duration Index), dan CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index) [3]. II. KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI A. 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 dengan cara melalui perhitungan maupun analisa terhadap tingkat keberhasilan kinerja atau operasi dari sistem yang ditinjau, pada periode tertentu kemudian membandingkannya dengan standar yang ditetapkan sebelumnya.[4] Sebuah sistem radial terdiri dari komponen yang tersusun secara seri meliputi line, kabel, disconnector (atau isolator), busbar, dan lain-lain.terdapat tiga parameter dasar dalam keandalan yang biasa digunakan untuk mengevaluasi sistem distribusi radial yaitu angka kegagalan rata-rata (λ), waktu pemadaman rata-rata (r) dan waktu pemadaman tahunan (U). B. Pengertian Metode RIA Metode RIA (Reliability Index Assessment) adalah sebuah pendekatan yang digunakan untuk memprediksi gangguan pada sistem distribusi berdasarkan topologi sistem dan data-data mengenai keandalan komponen. Secara fungsional RIA mendata kegagalan yang terjadi pada peralatan secara komprehensif, lalu mengidentifikasi kegagalan tersebut, dan menganalisis mode kegagalan tersebut. Filosofi dari metode RIA adalah suatu sistem mode yang melibatkan analisis bottom-up dimana suatu analisis mode kegagalan spesifik dari sub sistem, dilihat pengaruhnya terhadap keseluruhan sistem sehingga dapat dihasilkan indeksindeks keandalan yang memiliki kontribusi terhadap indeks keandalan seluruh sistem.[5] Syarat-syarat dari metode RIA: a) Data topologi penyulang (feeder) sistem jaringan distribusi 20 KV secara menyeluruh beserta titik-titik beban (load point). b) Data jumlah pelanggan pada setiap titik beban c) Parameter data keandalan sistem [5] C. Laju Kegagalan Laju kegagalan (λ) adalah harga rata-rata dari jumlah kegagalan per satuan waktu pada suatu selang waktu pengamatan (T). laju kegagalan ini dihitung dengan satuan kegagalan per tahun. Untuk selang waktu pengamatan diperoleh :..... (1) λ = Laju kegagalan konstan (kegagalan/tahun) d = banyaknya kegagalan yang terjadi selama selang waktu T = jumlah selang waktu pengamatan (tahun)
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR TEKNIK ELEKTRO FTI-ITS (2012) 2 Nilai laju kegagalan akan berubah sesuai dengan umur dari sistem atau peralatan listrik selama beroperasi. D. Indeks Keandalan dari Sisi Peralatan Metode RIA Pada perhitungan indeks keandalan sistem diasumsikan berada pada kondisi imperfect switching. Ada tiga langkah yang digunakan untuk mendapatkan nilai SAIFI, SAIDI, dan CAIDI, yaitu: 1. Perhitungan SAIFI Untuk mendapat nilai SAIFI, indeks kegagalan per km (laju kegagalan sementara) dikalikan panjang dari masingmasing saluran udara maupun kabel bawah tanah dan indeks kegagalan peralatan switching dikalikan dengan jumlah peralatan switching.kemudian hasil dari panjang saluran dan peralatan switching di jumlahkan. 2. Mencari r dan U sistem r (jam/gangguan) menyatakan waktu perbaikan atau waktu switching, yakni ketika terjadi gangguan pada peralatan salah satu section, maka titik beban pada section yang terganggu akan dikenakan waktu perbaikan sedangkan untuk titik beban yang tidak terganggu akan dikenakan waktu switching. U (jam/tahun) merupakan hasil perkalian antara λ (gangguan/tahun) dengan r (jam/gangguan), menyatakan durasi/lama pemadaman rata-rata dalam kurun waktu satu tahun akibat gangguan pada tiap komponen sistem distribusi. Penjumlahan U tiap komponen menghasilkan U pada tiap load point. 3. Perhitungan SAIDI dan CAIDI Untuk memperoleh nilai SAIDI, nilai U pada setiap load point dikalikan jumlah pelanggan pada load point bersangkutan, kemudian hasil perkaliannya dijumlahkan. Sedangkan untuk memperoleh nilai CAIDI, nilai r pada tiap load point dikalikan jumlah pelanggan pada load point bersangkutan, kemudian hasil perkaliannya dijumlahkan. III. DATA PENYULANG DISTRIBUSI PT. SEMEN GRESIK- TUBAN I-II, III DAN METODOLOGI PENELITIAN PT. Semen Gresik-Tuban I-II memiliki 10 buah penyulang sedangkan PT. Semen Gresik-Tuban III memiliki 5 buah penyulang yang keduanya terkonfigurasi radial. A. Single Line Diagram Penyulang Karena keterbatasan tempat maka diambil contoh untuk penyulang 1 PT. Semen Gresik-Tuban III. Single line diagram dapat dilihat pada gambar 1. B. Jumlah Pelanggan Tiap Load Point Data jumlah pelanggan tiap load point penyulang 1 PT. Semen Gresik-Tuban III dapat dillihat pada tabel 1. C. Data Panjang Saluran Penyulang Data panjang saluran penyulang 1 PT. Semen Gresik- Tuban III dapat dilihat pada tabel 2. D. Indeks Kegagalan Peralatan Sistem Distribusi Tabel data kegagalan untuk saluran dan peralatan sistem distribusi yang melingkupi failure rate, repair time, dan switching time menurut software ETAP 7.5 dapat dilihat pada Tabel 3 dan Tabel 4. Gambar 1 Single Line Diagram penyulang 1 PT. Semen Gresik-Tuban III beserta pembagian saluran dan load point Tabel 1 Jumlah pelanggan tiap load point penyulang 1 PT. Semen Gresik-Tuban III No Load Point Jumlah Pelanggan 1 ER 22 1 Tabel 2 Panjang Saluran penyulang 1 PT. Semen Gresik-Tuban III L (km) Cable HVS 11 1.1 Cable TX11 0.025 Tabel 3 Data indeks kegagalan saluran Saluran Udara dan Bawah Sustained failure rate (λ/km/yr) 0.02 r (repair time) (jam) 25 rs (switching time) (jam) 30 Tabel 4 Data indeks kegagalan peralatan λ (failure rate) r (repair time) rs (switching (jam) time) (jam)
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR TEKNIK ELEKTRO FTI-ITS (2012) 3 Trafo Distribusi 0.015/unit/thn 200 200 Circuit Breaker 0.003/unit/thn 50 50 Disconecting Switch 0.003/unit/thn 50 50 Start Mendesain Single Line Diagram Memasukkan parameter-parameter pada ETAP Run Loadflow Run Reliability SGTIII-1 0.158 10.791 68.297 SGTIII- 2 0.2552 11.3838 45.139 SGTIII- 3 0.2438 11.75 48.194 SGTIII- 4 0.1655 10.1477 61.327 SGTIII-5 0.1875 11.2383 59.939 IV. PERHITUNGAN DAN ANALISIS A. Perhitungan Indeks Keandalan PT. Semen Gresik-Tuban III Menggunakan Software ETAP 7.5 Pada PT. Semen Gresik-Tuban III dilakukan perhitungan indeks keandalan menggunakan software ETAP 7.5. Hasil run Daftar indeks SAIFI, SAIDI dan CAIDI dari PT. Semen Gresik-Tuban III pada tabel 5. Gambar 2 Stop Flow chart simulasi software ETAP Start Identifikasi mode kegagalan Menentukan waktu pemulihan sistem (repair time atau switching time) Menentukan efek setiap mode kegagalan Menghitung indeks keandalan kontribusi dari tiap peralatan Menghitung indeks keandalan sistem (penjumlahan indeks keandalan distribusi) B. Perhitungan Indeks Keandalan PT. Semen Gresik-Tuban III Menggunakan Metode RIA Pada PT. Semen Gresik-Tuban III dilakukan perhitungan indeks keandalan menggunakan software ETAP 7.5 dan Metode RIA. Pada perhitungan indeks keandalan sistem diasumsikan berada pada kondisi imperfect switching. Standar yang digunakan dalam perhitungan menggunakan standar software ETAP7.5 untuk laju kegagalan dan waktu pemulihan peralatan sistem jaringan distribusi 20 kv. Perhitungan SAIFI PT. Semen Gresik-Tuban III penyulang SGTIII-1 saat sistem diasumsikan berada pada kondisi imperfect switching. Perhitungan dapat dilihat pada tabel 6. Perhitungan r dan U penyulang SGTIII-Idapat dilihat pada tabel 7. Perhitungan SAIDI, dan CAIDI PT. Semen Gresik-Tuban III penyulang SGTIII-1. Perhitungan dapat dilihat pada tabel 8. Tabel 6 Perhitungan SAIFI PT. Semen Gresik-Tuban III penyulang SGTIII-1 L (km) Sustained λ (fault/yr/km) L x Sustained λ (fault/yr) Gambar 3 Flow chart Metode RIA Stop E. Simulasi Software ETAP7.5 Gambar 2 merupakan urutan pengerjaan dengan ETAP7.5. F. Metode RIA (Reliability Index Assessment) Gambar3 merupakan urutan pengerjaan dengan Metode RIA (Reliability Index Assessment) Tabel 5 Data perhitungan keandalan sisterm distribusi dengan menggunakan ETAP Penyulang SAIFI kali/tahun SAIDI jam/tahun CAIDI jam/tahun Cable HVS 11 1.1 0.02 0.022 Cable TX11 0.025 0.02 0.0005 CB 7 unit 0.003 0.021 DS PLN 1 unit 0.003 0.003 Trafo 2 unit 0.015 0.03 SAIFI (Σ LX sustained λ) =0.0765 Tabel 7 Perhitungan r dan U sistem PT. Semen Gresik-Tuban III penyulang SGTIII-1 (Line) LP ER 22 LUMP 1
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR TEKNIK ELEKTRO FTI-ITS (2012) 4 Sustained λ (fault/yr) Cable HVS 11 0.22 25 0.55 Cable TX11 0.005 25 0.0125 INC MSS TUBAN III 0.003 50 0.15 FDR SS XI 0.003 50 0.15 INC SS XI 0.003 50 0.15 FDR TX11 0.003 50 0.15 FDR SS XI MVS 0.003 50 0.15 INC ER 22 0.003 50 0.15 CB 9 0.003 50 0.15 DS PLN 0.003 50 0.15 trafo TX11 0.015 200 3 trafo TM22 0.015 200 3 r sistem (ΣU/SAIFI) ΣU=7.7625 =101.4706 Tabel 8 Perhitungan SAIDI dan SAIFI Penyulang SGTIII-1 Load Point N_LP U_LP N_LP*U_LP N_LP r_lp N_LP*r_LP ER22 1 7.762 5 7.7625 1 101.4706 101.4706 1 7.7625 1 101.4706 SAIDI = Σ(Nj*U)/ΣNj = 7.7625 CAIDI = Σ(Nj*U)/ΣNj = 101.4706 Untuk perhitungan nilai SAIFI, SAIDI, dan CAIDI penyulang lain, dilakukan langkah yang sama seperti langkah di atas sehingga didapatkan nilai SAIFI, SAIDI, dan CAIDI. Data perhitungan keandalan penyulang lain dapat dilihat pada tabel 11. Tabel 9 Data perhitungan keandalan sisterm distribusi PT. Semen Gresik Tuban III dengan menggunakan RIA. Penyulang SAIFI SAIDI CAIDI SGTIII-2 0.18238 9.612833 52.70772 SGTIII-3 0.17908 12.4376 69.45276 SGTIII-4 0.1446 6.371063 49.32918 SGTIII-5 0.51088 10.69621 20.93684 Tabel 10 Perbandingan indeks keandalan SAIFI SAIFI (kali/tahun) 1 SGTIII-1 0.0765 0.158 2 SGTIII-2 0.18238 0.2522 3 SGTIII-3 0.17908 0.2438 4 SGTIII-4 0.1446 0.1655 5 SGTIII-5 0.51088 0.1875 Tabel 11 Perbandingan indeks keandalan SAIDI SAIDI (jam/tahun) 1 SGTIII-1 7.7625 10.791 r U 2 SGTIII-2 9.612833 11.3838 3 SGTIII-3 12.4376 11.75 4 SGTIII-4 6.371063 10.1477 5 SGTIII-5 10.69621 11.2383 Tabel 12 Perbandingan indeks keandalan CAIDI CAIDI (jam/tahun) 1 SGTIII-1 101.4706 68.297 2 SGTIII-2 52.70772 45.139 3 SGTIII-3 69.45276 48.194 4 SGTIII-4 49.32918 61.327 5 SGTIII-5 20.93684 59.939 C. Perbandingan Antara Hasil dari Software ETAP dan Metode RIA PT.Semen Gresik-Tuban III Hasil perbandingan antara hasil metode RIA dan software ETAP dapat dilihat pada tabel 10, 11 dan 12. V. PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain: Indeks keandalan SAIFI dan SAIDI terbesar terdapat pada penyulang 5 karena terdapat komponen peralatan yang paling banyak diantara penyulang lainnya. Semakin banyak komponen semakin besar pula nilai SAIFI dan SAIDI. Indeks keandalan SAIFI dan SAIDI terendah terdapat pada penyulang 1 karena terdapat komponen peralatan yang paling sedikit diantara penyulang lainnya. Semakin sedikit komponen semakin rendah pula nilai SAIFI dan SAIDI. Perbedaan nilai indeks keandalan tidak signifikan antara software ETAP dan metode Reliability Index Assessment. B. Saran Saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Perlu dilakukan pemeliharaan berkala untuk mengurangi gangguan akibat peralatan untuk mengurangi gangguan atau memperkecil gangguan. Sehingga keandalan sistem distribusi di PT. Semen- Gresik-Tuban III menjadi lebih baik. Untuk melengkapi wacana penelitian tentang keandalan sistem, dapat dilakukan pengembangan untuk pabrik PT. Semen Gresik-Tuban III yang rencana akan di interkoneksikan dengan pabrik PT. Semen Gresik-Tuban I-II. Untuk penelitian lebih lanjut tentang keandalan sistem, perlu lebih detail lagi berbagai analisa lainnya, seperti cost analysis, management analysis maupun maintenance analysis
PROCEEDING SEMINAR TUGAS AKHIR TEKNIK ELEKTRO FTI-ITS (2012) 5 VI. LAMPIRAN A. Single Line Diagram Penyulang Berikut ini adalah contoh single line diagram load point penyulang. Karena keterbatasan tempat maka diambil contoh untuk penyulang SGTIII-1 PT. Semen Gresik-Tuban III Gambar 5 Single Line Diagram load point ER 22 penyulang 1 PT. Semen Gresik-Tuban III UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada orang tua penulis yang selalu memberikan doa serta dukungan tulus tiada henti, Bapak Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc., Ph.D., dan Bapak I.G.N. Satriadi Hernanda, ST., MT., atas segala bimbingan ilmu, moral, dan spiritual dari awal hingga terselesaikannya penelitian ini. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada angkatan e-48, Himatektro ITS, dan semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung. DAFTAR PUSTAKA [1] Artana, Ketut Buda, Diktat Kuliah: Kuliah Keandalan1-Pendahuluan - FTK ITS, Surabaya. [2] Brown, Richard E., Electric Power Distribution Reliability Second Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, United States of America, 2009. [3] Ferdiansyah, Evaluasi Keandalan Sistem Distribusi PT.PLN (Persero) APJ Surabaya Selatan Menggunakan Metode Non-Eksponensial Down Times, Teknik Elektro-ITS, Surabaya, 2007. [4] Gonen, Turan, Reliability Electric Power Distribution System Engineering, McGraw-Hill, United States of America, 1986. [5] Li, Fangxing, Distributed Processing of Reliability Index Assessment and Reliability Based Network Reconfiguration in Power Distribution System, IEEE Transaction on Power Systems, Vol.20, No. 1, pp.231, February, 2005. [6] Sari, Shinta K., Analisis Keandalan Distribusi 20 kv di Wilayah Tegal Jawa Tengah, Institut Teknologi Sepeluh Nopember, 2012 [7] Sukmawidjaja, Maula, Perhitungan Profil Tegangan pada Sistem Distribusi Menggunakan Matrix Admitansi dan Matrix Impedansi Bus, JETri, vol. 7, pp.21-40, ISSN 1412-0372, February, 2008. [8] Short, T.A., Electric Power Distribution Equipment and Systems, CRC Press Taylor & Francis Group, United States of America, 2006.