Studi Keandalan Sistem Distribusi 20kV di Bengkulu dengan Menggunakan Metode Failure Mode Effect Analysis (FMEA)

Studi Keandalan Sistem Distribusi 20kV di Bengkulu dengan Menggunakan Metode Failure Mode Effect Analysis (FMEA) Andhito Sukmoyo Nugroho, I.G.N. Satriadi Hernanda 2), Adi Soeprijanto 1) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail : didit@ee.its.ac.id 2), adisup@ee.its.ac.id 1 ) 1 Abstrak - Pada tugas akhir ini, dilakukan studi peningkatan keandalan sistem distribusi 20 kv pada Penyulang. Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah sebagai evaluasi dalam memperbaiki kinerja peralatan yang ada pada Penyulang UNIB. Metode yang digunakan antara lain pengumpulan data, pengolahan data, serta penganalisisan keandalan sistem distribusi 20 kv. Hasil yang didapat adalah nilai indeks keandalan penyulang unib berupa indeks SAIFI=4.6223, SAIDI=5.7731, CAIDI=1.249, ASAI=0.9993 dan ASUI=0.00066 dimana PT.PLN yang akan menuju World Class Service (WCS) memiliki nilai indeks keandalan untuk SAIFI=1.2 kali/pelanggan/tahun dan SAIDI = 0.83 jam/pelanggan/tahun. Sehingga perlunya ditingkatkan nilai keandalannya dengan cara mengurangi frekuensi terjadinya gangguan dan dilakukan pemeliharaan jaringan secara preventif. Kata kunci: Keandalan, Sistem Distribusi, Indek Keandalan. M I. PENDAHULUAN eningkatnya kebutuhan akan tenaga listrik di jaringan distribusi 20 kv Bengkulu, menuntut suatu sistem tenaga listrik yang mempunyai keandalan dalam penyediaan dan penyaluran dayanya. Permasalahan yang paling mendasar pada distribusi daya listrik adalah mutu, kontinuitas dan ketersediaan pelayanan daya listrik pada pelanggan. Untuk mengetahui keandalan dalam penyaluran tenaga listrik kepada para konsumen, perlu diperhitungkan indeks keandalannya. Dengan menggunakan Software dapat diketahui indeks keandalan SAIFI (System Average Interruption Frequency Index), SAIDI (System Average Interruption Duration Index), CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index) dan ASAI (Average Service Avalability Index). Berdasarkan indeks keandalan tersebut, maka dapat diketahui tingkat keandalan dan lokasi-lokasi yang memerlukan peningkatan keandalan sepanjang jaringan distribusi tersebut. II. KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI 20 KV A. Definisi dan Teori Dasar Keandalan Keandalan menyatakan kemungkinan suatu peralatan (device) yang bekerja sesuai standarnya dalam selang waktu dan kondisi tertentu.analisa bentuk kegagalan merupakan suatu analisa bagian dari sistem atau peralatan yang dapat gagal, bentuk kegagalan yang mungkin, efek masing-masing, bentuk kegagalan dari sistem yang komplek. B. Konsep Dasar Keandalan Dalammembahas tentang keandalan, terlebih dahulu harus diketahui kesalahan atau gangguan yang menyebabkan kegagalan peralatan pada suatu sistem untuk bekerja sesuai dengan standar atau fungsi yang diharapkan. 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 : d λ = T... (1) λ = Laju kegagalan konstan (kegagalan/tahun) d = banyaknya kegagalan yang terjadi selama selang waktu T = jumlah selang waktu pengamatan (tahun) Nilai laju kegagalan akan berubah sesuai dengan 1

umur dari sistem atau peralatan listrik selama beroperasi. D. Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) FMEA adalah teknik untuk menganalisa suatu keandalan sistem keselamatan. FMEA digunakan untuk mengidentifikasi kemungkinan-kemungkinan terjadinya malfungsi atau mode kegagalan, menganalisa penyebab-penyebabnya, efek-efek yang dapat ditimbulkan dari kegagalan tersebut. λ LP = λ i (2) i=k Dimana : λ i = laju kegagalan untuk peralatan K K= Minimal cut set Lama / durasi gangguan tahunan rata-rata untuk load point U LP, dengan persamaan : 2 E. Evaluasi Keandalan dengan Menggunakan FMEA Ada dua cara utama untuk memperbaiki keandalan suatu sistem tenaga listrik, cara pertama adalah mengurangi frekuensi terjadinya gangguan, dan kedua adalah mengurangi durasi gangguan. Secara fungsional FMEA mengasumsikan sebuah kegagalan, lalu mengidentifikasi kegagalan tersebut, dan menganalisa bagaimana efek kegagalan tersebut. F. Konsep dan Pendekatan Teknik FMEA (Failure Modes And Effects Analysis) adalah suatu metode terstruktur untuk menganalisa dan mengevaluasi keandalan sistem distribusi yang didasarkan pada bagaimana suatu kegagalan dari suatu peralatan mempengaruhi operasi sistem. Syarat-syarat dari metode FMEA : Topologi/konfigurasi penyulang (feeder) sistem jaringan distribusi 20 kv. Data konsumen meliputi : - Jumlah pelanggan pada setiap titik beban Data gangguan/pemadaman tahunan Parameter data keandalan system U LP = U i = j =1 j =1 λ i r j (3) Dimana : r j = waktu perbaikan/switching time/reclosing time Berdasarkan indeks-indeks load point ini, didapat sejumlah indeks keandalan untuk sistem secara keseluruhan yang dapat dievaluasi dan bisa didapatkan lengkap mengenai kinerja sistem. Indeksindeks ini adalah frekuensi atau lama pemadaman rata-rata tahunan. Indeks-indeks keandalan sistem secara keseluruhan yang sering dipakai pada sistem distribusi antara lain : SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) SAIFI = N LP λ LP. (4) N Dimana : N LP = jumlah konsumen pada titik beban (load point) N = jumlah konsumen pada penyulang SAIDI (System Average Interruption Duration Index) SAIDI Gambar 1.Input dan output FMEA = N LP U LP. (5) N Indeks keandalan yang dihitung adalah indeks indeks titik beban (load point) dan indeks-indeks sistem secara keseluruhan. Indeks load point antara lain : Frekuensi kegagalan (Failure rate) untuk setiap load point λ LP, merupakan penjumlahan laju kegagalan semua peralatan yang berpengaruh terhadap Load point, dengan persamaan : CAIDI (Costumer Average Interruption Duration Index) CAIDI = SAIDI SAIFI (6) ASAI (Avarage Service Availability (unvailability) Index) 2

ASAI = N LP 8760 N LP 8760 N LP U LP.. (8) Dimana 8760 merupakan jumlah jam dalam satu tahun kalender. G. Prosedur Metode FMEA Flowchart pengerjaan FMEA terlihat pada gambar dibawah ini b) Data keandalan dari komponen yang ada pada sistem. Perhitungan keandalan sistem ini menggunakan standart dari SPLN 59 : 1985,: 3 Laju kegagalan (Failure rate) Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) = 0.2/km/year Waktu yang dibutuhkan untuk memperbaiki kawat penghantar udara (repair time) = 3 jam Waktu switching, diasumsikan sebagai waktu penutupan saklar beban Load Break Switch (LBS) maksimal = 0.15 jam Gambar 2.Flowchart FMEA III. EVALUASI KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV MENGGUNAKAN FMEA A. Model Sistem Model sistem yang akan dipelajari ini adalah penyulang Unib. Penyulang Unib merupakan jaringan distribusi primer 20 kv yang secara langsung disuply dari gardu induk dan mempunyai tegangan 20 kv pada penyulang utama dan 0.38 kv pada titik bebannya. B. Evaluasi Keandalan Unib a. Menggunakan Software Filosofi dari metode ini adalah mengevaluasi keandalan jaringan distribusi 20 kv dengan menghitung indeks-indeks keandalan. Pada simulasi di software, metode inilah yang akan kita gunakan untuk menganalisa keandalan dari sistem distribusi tenaga listrik salah satu penyulangnya untuk mendapatkan indeks keandalannya. Data yang diperlukan untuk single line diagram saat evaluasi keandalan dari sistem distribusi meliputi : a) Data topologi dari sistem yang dipelajari Data topologi yang dipelajari diperoleh dari sistem penyulang Unib berupa Single Line Diagram. C. Single Line Diagram yang akan di evaluasi Dalam melakukan studi ini, kita terlebih dahulu mengetahui single line diagram yang akan dievaluasi sehinggga kita tahu komponen apa saja yang ada pada plant dan titik beban (load point) plant tersebut. Plant yang akan dievaluasi adalah penyulang Unib. Penyulang Unib disuplai dari Gardu Induk Sukamerindu dengan daya 15MVA. Penyulang ini memiliki variasi beban di load point berupa beban industry dan rumah tangga. Penyulang Unib ini memiliki 36 load point berupa trafo distribusi dengan total pelanggan 11.134. Penyulang ini terdapat 34 3

4 line dengan total panjang line 35,1Km. Pada penyulang Unib ini jumlah sectionalozer ada 3 buah. Semua angka indeks frekuensi tersebut kemudian dimasukkan ke dalam tabel I. Saluran (cable) TABEL 1 Data Keandalan Saluran Penyulang Unib DATA KEANDALAN SALURAN Frekuensi F Gangguan ganggua (kali/km/ta n hun) (kali/tah Panjang Saluran (km) Repair time (jam) Waktu Pemin dahan (jam) un) L1 0.6 0.2 0.12 3 0.15 L2 0.6 0.2 0.12 3 0.15 L3 0.65 0.2 1.75 3 0.15 L4 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L5 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L6 0.55 0.2 0.11 3 0.15 L7 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L8 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L9 1.05 0.2 0.21 3 0.15 L10 0.55 0.2 0.11 3 0.15 L11 0.75 0.2 0.15 3 0.15 L12 1.95 0.2 0.39 3 0.15 L13 0.8 0.2 0.16 3 0.15 L14 0.4 0.2 0.08 3 0.15 L15 1.05 0.2 0.21 3 0.15 L16 1.45 0.2 0.29 3 0.15 L17 1 0.2 0.2 3 0.15 L18 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L19 1.35 0.2 0.27 3 0.15 L20 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L21 0.15 0.2 0.03 3 0.15 L22 0.15 0.2 0.03 3 0.15 L23 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L24 1.25 0.2 0.25 3 0.15 L25 1.75 0.2 0.35 3 0.15 L26 1.9 0.2 0.38 3 0.15 L27 1.25 0.2 0.25 3 0.15 L28 1.65 0.2 0.33 3 0.15 L29 0.9 0.2 0.18 3 0.15 L30 1.55 0.2 0.31 3 0.15 L31 1.5 0.2 0.3 3 0.15 L32 0.9 0.2 0.18 3 0.15 L33 0.9 0.2 0.18 3 0.15 L34 0.1 0.2 0.02 3 0.15 L35 1.1 0.2 0.22 3 0.15 L36 0.25 0.2 0.05 3 0.15 L37 0.55 0.2 0.11 3 0.15 L38 0.6 0.2 0.12 3 0.15 L39 0.65 0.2 0.13 3 0.15 L40 0.45 0.2 0.09 3 0.15 L41 0.25 0.2 0.05 3 0.15 Tabel 2. Data Indeks kegagalan peralatan Peralatan Kode Laju Repair Kegagalan Time Saluran Udara L 0.2 3 CB B 0.004 10 Sectionalizer S 0.003 10 Trafo Distribusi T 0.005 10 Sumber : SPLN No. 59 : 1985, Keandalan Pada Sistem Distribusi 20 Kv dan 6 Kv, Perusahaan Umum Listrik Negara, Jakarta, 1985. b. Hasil Indeks Keandalan Menggunakan Metode FMEA yang Dihitung Secara Manual Evaluasi keandalan menggunakan metode FMEA selanjutnya diterapkan pada sistem jaringan distribusi penyulang Unib.Untuk mengetahui bagaimana pengaruh suatu kegagalan peralatan dalam system dapat dilihat dalam daftar mode kegagalan sebagai berikut : TABEL 3 Frekuensi Kegagalan dan Durasi Kegagalan PerTitik Beban Mode Kegagalan SUTM Titik Beba n λ (kegagalan/tahu n) Indeks Keandalan Dasar r (jam/kegagala n) u (jam/tahun ) LP1 7.159 0.466238 3.3378 LP2 7.164 0.472892 3.3878 LP3 7.164 0.472892 3.3878 LP4 7.164 0.472892 3.3878 LP6 7.164 0.472892 3.3878 LP7 7.164 0.472892 3.3878 LP8 7.134 0.499579 3.564 LP9 7.134 0.499579 3.564 LP10 7.104 0.82538 5.8635 LP11 7.104 0.82538 5.8635 LP12 7.104 0.82538 5.8635 LP13 7.134 0.499579 3.564 LP14 7.134 0.499579 3.564 LP15 7.134 0.495395 3.53415 LP16 6.934 1.537806 10.66315 LP17 6.934 1.537806 10.66315 LP18 6.934 1.537806 10.66315 LP19 6.934 1.699474 11.78415 LP20 6.934 1.699474 11.78415 LP21 6.934 1.805834 12.52165 LP22 6.934 1.805834 12.52165 LP23 6.934 1.537806 10.66315 LP24 6.934 1.537806 10.66315 LP25 6.934 1.537806 10.66315 LP26 6.934 1.537806 10.66315 LP27 7.704 1.68395 12.97315 LP28 7.704 1.680075 12.9433 LP29 7.034 0.384248 2.7028 LP30 7.034 0.384248 2.7028 LP31 7.034 0.384248 2.7028 LP32 7.034 0.384248 2.7028 LP33 7.034 0.384248 2.7028 LP34 7.034 0.384248 2.7028 LP35 7.038 0.384058 2.703 LP36 7.038 0.384058 2.703 TABEL 4 Indeks Keandalan Sistem Penyulang Unib Titik SAIFI SAIDI CAIDI Beban kali/ tahun jam/ tahun Lump1 0.21003824 0.11598899 0.55222796 Lump2 0.26922564 0.15044918 0.55882188 Lump3 0.35778671 0.19993904 0.55882188 Lump4 0.40738091 0.22765337 0.55882188 Lump5 0.43335882 0.24217039 0.55882188 Lump6 0.42686434 0.23854114 0.55882188 Lump7 0.05726949 0.03200344 0.55882188 Lump8 0.21518411 0.12584077 0.58480515 4

5 Lanjutan tabel 4 Titik SAIFI SAIDI CAIDI Beban kali/ tahun jam/ tahun Lump9 0.06702455 0.03919630 0.58480515 Lump10 0.19320257 0.17379800 0.89956362 Lump11 0.11416515 0.10269882 0.89956362 Lump12 0.94786352 0.85266354 0.89956362 Lump13 0.05173825 0.03025679 0.58480515 Lump14 0.0582055 0.03403889 0.58480515 Lump15 0.06996423 0.04062564 0.58066302 Lump16 0.0680028 0.1079714 1.5877488 Lump17 0.1017185 0.1615034 1.5877488 Lump18 0.2760114 0.4382367 1.5877488 Lump19 0.1182906 0.2062912 1.7439357 Lump20 0.2342954 0.4085961 1.7439357 Lump21 0.054288 0.100253 1.8466902 Lump22 0.286869 0.5297581 1.8466902 Lump23 0.2857261 0.4536612 1.5877488 Lump24 0.0445732 0.0707711 1.5877488 Lump25 0.0422875 0.0671419 1.5877488 Lump26 0.3354424 0.5325982 1.5877488 Lump27 0.3428515 0.5927561 1.7289006 Lump28 0.049523 0.0854304 1.7250649 Lump29 0.1043448 0.0493747 0.4731874 Lump30 0.1507203 0.0713189 0.4731874 Lump31 0.1941973 0.0918917 0.4731874 Lump32 0.0550709 0.0260588 0.4731874 Lump33 0.2683981 0.1270026 0.4731874 Lump34 0.0857946 0.0405969 0.4731874 Lump35 0.0701828 0.0331967 0.4730037 Lump36 0.0516221 0.0244174 0.4730037 Tabel 6 merupakan perbandingan dari indeks keandalan pada titik beban total yang telah dihitung mengunakan metode FMEA pada penyulang Unib. C. Perbandingan Indeks keandalan pada penyulang Unib yang didapatkan Antara Software dengan Perhitungan Manual D. Upaya Meningkatkan Keandalan PT.PLN mulai mentargetkan go to World Class Service(WCS) dalam peningkatan keandalan di Indonesia. Peningkatan keandalan yang dilakukan adalah dengan cara menghitung rating-rating peralatan sesuai standar PT PLN yang baru pada Penyulang UNIB. Dengan perhitungan Dibawah ini adalah single line diagram Penyulang UNIB setelah dilakukan peningkatan keandalan : - Pada Transformator sisi primer ditambahkan CB untuk menghindari bila terjadi trip pada Lump12 atau Transformator T17 - CB26 diletakkan dibawah saluran L13 dan diatas bus 31,dikarenakan bila terjadi gangguan pada Transformator 19 atau Lump13 maka CB26 bisa langsung bisa mengatasi gangguan agar secepatnya bisa langsung ditangani. - Penambahan CB24 diatas saluran L14 berguna untuk menangani gangguan bila terjadi di Transformator T20 atau pada Lump38. - CB28 dan CB29 ditambahkan pada saluran L25 untuk mengetahui bila ada gangguan dibawah saluran ini. - Penambahan LBS berguna saat terjadi gangguan bawah saluran L28 sehingga dengan cepat bisa diketahui. Setelah dilakukan peningkatan keandalan pada Penyulang UNIB di Bengkulu dengan menggunakan software, maka di dapat nilai indeks keandalan yang mulai meningkat TABEL 6 Perbandingan Indeks Keandalan Sebelum dan Sesudah Dilakukan Upaya Peningkatan Keandalan TABEL 5 Perbandingan Indeks Keandalan antara software dan Manual Hasil Perhitungan Menggunakan SOFTWARE Manual FMEA SAIFI SAIDI CAIDI 6.1345 6.9187 1.128 7.099482 6.82469 0.96129 Hasil Perhitungan Sebelum dilakukan peningkatan keandalan Sesudah dilakukan peningkatan keandalan SAIFI SAIDI CAIDI 6.1345 6.9187 1.128 4.6223 5.7731 1.249 Selisih 0.965482 0.09401 0.16671 Dari tabel 7 di atas menunjukkan adanya selisih indeks keandalan antara perhitungan menggunakan software dan perhitungan secara manual menggunakan rumus indeks keandalan. 5

6 7 6 5 4 3 2 1 0 6.1345 4.6223 6.9187 5.7731 1.249 1.128 SAIFI SAIDI CAIDI Gambar 2. Grafik perbandingan sebelum peningkatan dan sesudah peningkatan IV. PENUTUP Sebelum Sesudah A. Kesimpulan Berdasarkan hasil yang didapatkan dari perhitungan dan pembahasan mengenai koordinasi dan evaluasi keandalan Penyulang unib dalam penulisan tugas akhir ini,dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu : 1. Pada hasil studi keandalan distribusi 6 penyulang didapatkan nilai SAIFI,SAIDI dan CAIDI sebagai berikut : - Penyulang Unib SAIFI = 7.0099482, SAIDI = 6.8246909, CAIDI = 0.96129 - Penyulang PLN SAIFI = 1.0128, SAIDI = 1.3219, CAIDI = 1.3052 - Penyulang GOR SAIFI = 0.208, SAIDI = 0.16057, CAIDI = 0.77196 - Penyulang Horison SAIFI = 0.29298, SAIDI = 0.53086, CAIDI = 1.81196 - Penyulang Basuki Rahmat SAIFI = 0.7856, SAIDI = 2.4113, CAIDI = 3.0692 - Penyulang Kembang Seri SAIFI = 0.6996, SAIDI = 2.0006, CAIDI = 2.8598 2. Pada hasil data diatas dapat disimpulkan bahwa penyulang Unib tidak handal dibanding dengan penyulang yang lain. Maka perlu adanya peningkatan keandalan pada penyulang tersebut. Perhitungan indeks keandalan menggunakan metoda FMEA sebelum dilakukan peningkatan keandalan pada penyulang unib sistem distribusi 20 KV didapat nilai sebagai berikut : SAIFI = 7.0099482 sedangkan untuk indeks keandalan SAIFI IEEE yaitu 1.26 dan indeks keandalan PT.PLN untuk mewujudkan World Class Service (WCS)SAIFI = 1.2 kali/pelanggan/tahun, artinya indeks keandalannya masih kurang bagus. SAIDI = 6.82469 sedangkan untuk indeks keandalan SAIDI IEEE yaitu 1.9 dan indeks keandalan PT.PLN untuk mewujudkan World Class Service(WCS) SAIDI = 0.83 jam/pelanggan/tahun, artinya indeks keandalannya masih jauh dari yang diharapkan. CAIDI = 0.96129 sedangkan untuk indeks keandalan CAIDI IEEE yaitu 1.47. artinya indeks keandalannya perlu ditingkatkan. ASAI = 0.99921 sedangkan untuk indeks keandalan ASAI IEEE yaitu 0.999271. artinya indeks keandalannya sudah cukup bagus. hal ini berarti keandalan sistem belum memenuhi standart internasional. Maka perlu adanya upayaupaya peningkatan keandalan. Nilai indeks-indeks keandalan setelah dilakukan upaya peningkatan keandalan sebagai berikut : SAIFI = 4.6223 SAIDI = 5.7731 CAIDI = 1.249 Pada penyulang unib indeks keandalan ASAI = 0.9993 DAFTAR PUSTAKA [1] Kadir, Abdul. Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik,Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, 2000 [2] Wilkins, Dennis J., The Bathtub Curve and Product Failure Behavior, Weibull, November, 2002 [3] Fathoni,Mochamad Ali. Simulasi dan Analisis Pengembangan Jaringan Listrik Jawa Timur di APJ Malang 2008-2016: Studi Kasus Evaluasi dan Peningkatan Keandalan, Teknik Elektro-ITS, Surabaya, 2008. [4] Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit dan Humas ISTN, Jakarta Selatan, 1990. [5] Moubray, John, Reliability Centered Maintenance, Industrial Press, New York, 1997 [6] Rausand, M. and Hoyland, A., System Reliability Theory; Models, Statistical methods, and Applications, John Wuiley & Sons, New York, 2004. [7] SPLN59-1985, Keandalan Pada Sistem Distribusi 20 kv dan 6 kv, Perusahaan UmumListrik Negara, Jakarta, 1985. [8] Sulasno, Ir, Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang,2010 [9] R. Billinton, Power System Reliability Evaluation, Gordon and Breach Science Publisher,New York, 1970 6