TUGAS AKHIR – RE 1599 ANALISA ASPEK EKONOMI PADA KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI LISTRIK PADA JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER 20 KV PT.PLN(PERSERO) APJ MOJOKERTO Yun Tonce Kusuma Priyanto NRP 2202109003 Dosen Pembimbing Prof. Ir. H. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D I G N Satriadi Hernanda, ST., MT. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

FINAL PROJECT – RE 1599 ECONOMIC ASPECT ANALYSIS OF DISTRIBUTION POWER SYSTEM RELIABILITY IN PT. PLN (PERSERO) APJ MOJOKERTO 20 KV PRIMARY DISTRIBUTION NETWORK Yun Tonce Kusuma Priyanto NRP 2202109003 Advisor Prof. Ir. H. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D I G N Satriadi Hernanda, ST., MT. ELECTRICAL ENGINEERING Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

ANALISA ASPEK EKONOMI PADA KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI LISTRIK PADA JARINGAN DISTRIBUSI

PRIMER 20 KV PT.PLN (PERSERO) APJ MOJOKERTO

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga

Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Menyetujui :

SURABAYA JULI, 2009

Dosen Pembimbing I

Prof. Ir. Ontoseno Penangsang. M.Sc. PhD. NIP.130.520.748

Dosen Pembimbing II

I G N Satriadi Hernanda, ST., MT. NIP.132.303.076

v

ABSTRAK

Perhitungan aspek ekonomi suatu jaringan distribusi 20 kV ditentukan oleh keandalan dari peralatan-peralatan listrik yang membentuk suatu sistem tenaga. Masing-masing peralatan tersebut memiliki probabilitas untuk mengalami kerusakan sehingga peralatan tersebut sering kali tidak dapat berfungsi dengan baik sehingga dapat menyebabkan terjadinya suatu kegagalan dalam menjalankan fungsinya. Kegagalan tersebut akan menyebabkan terganggunya kontinuitas tenaga listrik dengan segala konsekuensinya bagi perusahaan penyedia tenaga listrik maupun konsumen.

Perhitungan indeks keandalan menggunakan metode reliability index assessment (RIA). Metode perhitungan ekonomis masing-masing peralatan didasarkan pada jumlah energi yang tidak terkirim/Non delivered energy (NDE) dalam durasi waktu tertentu. Hasil dari evaluasi aspek ekonomis akan dibandingkan dengan aspek keandalan masing-masing komponen, sehingga dapat diketahui dan dianalisa peralatan yang memiliki kerugian ekonomis terbesar dan juga peralatan yang memiliki kerugian ekonomis terkecil beserta indeks keandalannya. Peralatan yang memiliki indeks keandalan terburuk adalah L42, dimana indeks keandalannya SAIFI=0.14329875 ; SAIDI=0.00286108 ; MAIFI=0.00000073, peralatan ini pada saat terjadi gangguan maka PLN akan mengalami kerugian Rp. 11.823.815,74. Peralatan yang akan mengalami gangguan kerugian terbesar pada saat terjadi gangguan adalah TS4 dengan nilai kerugian Rp. 16.011.572,96. Peralatan yang mengalami biaya kerugian terkecil pada saat terjadi gangguan adalah peralatan T25 dengan nilai ekonomis kerugian Rp.542.852,50 dan nilai indeks keandalan SAIFI = 0.00051762 ; SAIDI = 0.00000734 ; dan MAIFI = 0.00051762.

Kata kunci : Keandalan Sistem Distribusi, , Reliability Index Assessment (RIA), Aspek ekonomi , Non Delivery Energy, Biaya Kerugian

vii

ABSTRACT

Cost of the electric power distribution 20 kV is based on the reliability each equipment of the electric power distribution. Each electric power distribution equipment has probability to get fault which can make the equipment get failure in its function. This failure can disturb continuity of the electric power supply which can make bad effect to power supply company and customer.

Evaluation of index reliability use the RIA (Reliability index assessment) methods. Evaluation of the economic aspect each equipment method based non delivered energy (NDE) during the limit time. Result of aspect economic each equipment evaluation will compare with the reliability index , so can find and analysis equipment which have the the most expensive and the cheapest of both financial loss and it’s reliability index. L42 is equipment which have the worst reliability index, which it’s reliability index : SAIFI=0.014329875 ; SAIDI=0.00286108 ; MAIFI=0.00000073, when this equipment get fault so it’s financial loss is Rp.11.823.815,74. TS4 is equipment which have the most expensive financial loss when get fault, it’s financial loss is Rp. 16.011.572,96. T25 is the cheapest financial fault when get fault, with it’s financial loss is Rp. 542.852,50 and it’s reliability index are SAIFI=0.00051762 ; SAIDI=0.00000734 ; MAIFI=0.00051762.

Keywords : Distribution System Reliability, Reliability Index Assessment (RIA), Economic Aspect, Non Delivery Energy, Financial Loss

ix

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis ungkapkan kepada Kristus Yesus Tuhan dan Juru Selamat-ku yang hidup atas segala hikmat, kekuatan dan segala anugrahNya yang telah dikaruniakanNya secara cuma-cuma kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul:

ANALISA ASPEK EKONOMI PADA KEANDALAN SISTEM

DISTRIBUSI LISTRIK PADA JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER 20 KV PT.PLN(PERSERO) APJ MOJOKERTO

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat akademis yang harus

diselesaikan untuk menyelesaikan pendidikan Strata Satu pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Melalui tugas akhir ini penulis membuat laporan kegiatan yang bersifat penelitian ilmiah untuk mengaplikasikan ilmu yang diperoleh selama perkuliahan.

Dalam penyusunan buku tugas akhir ini, penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dan keterbatasan penelitian ini mengingat keterbatasan pengetahuan yang dimiliki. Namun demikian, penulis berharap agar buku ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan untuk lebih membangun wawasan penulis.

Pada akhirnya, besar harapan penulis agar buku tugas akhir ini dapat dipergunakan seoptimal mungkin agar dapat memberikan informasi dan manfaat bagi pembaca umum dan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro.

Surabaya, Juli 2009

Penulis

xi

UCAPAN TERIMA KASIH

Penyusunan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik atas bantuan dan kerjasama dari banyak pihak. Pada kesempatan ini dengan segala hormat, puji dan syukur, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kristus Yesus, Tuhan dan Juru Selamat yang hidup, yang telah menciptakan alam semesta ini bahkan menopangnya. Atas segala hikmatNya, anugrah kekuatanNya serta oleh pimpinanNya, penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Dr. Ir. Mochamad Ashari M.Eng selaku ketua Jurusan Teknik Elektro FTI Institut Teknologi Sepuluh Nopember

3. Bapak Prof. Ir. H. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D selaku dosen pembimbing Tugas Akhir atas bimbingan, saran, koreksi dan perhatian selama proses pengerjaan Tugas Akhir.

4. Bapak I G N Satriadi Hernanda, S.T, M.T sebagai dosen pembimbing yang penuh kesabaran memberikan bimbingan dan banyak memberikan koreksi serta saran selama pengerjaan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Ir. Wahyudi, bapak Ir.Syarifuddin Mahmudsyah, M.Eng serta bapak Ir. Teguh Yuwono sebagai dosen penguji yang banyak memberikan koreksi dan saran pada saat sidang tugas akhir.

6. Para dosen, karyawan dan keluarga besar Jurusan Teknik Elektro FTI Institut Teknologi Sepuluh Nopember atas dukungan, saran dan koreksi selama penulis menjalankan studi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

7. Ayahanda dan Ibunda tercinta, untuk semua dukungan baik moral maupun materiil serta saran dan koreksi kepada penulis selama penulis studi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

8. Pakde M. Lazarus untuk setiap saran dan dukungan selama penulis menjalankan studi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

9. Saudaraku Mega dan Bayu yang banyak memberikan dukungan kepada penulis dan sering membantu penulis didalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

xii

10. Vira S.H yang banyak memberikan dukungan kepada penulis baik moral maupun materiil serta saran maupun koreksi kepada penulis.

11. Staf pengukuran PT. PLN (Persero) APJ Mojokerto, yang berkenan untuk membagikan data yang diperlukan penulis selama penulis mengerjakan tugas akhir.

12. Kak Agung dan Kak Bela, yang telah memberi semangat dan dukungan kepada penulis selama penulis mengerjakan tugas akhir.

13. Pdt. Andi Halim dan Ev. Joseph Yizrael serta staf Gereja Reformed Injili Indonesia jemaat Ngagel atas perhatian, dukungan dan khotbah yang membakar hati penulis, sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini dengan sebaik mungkin.

14. Teman-teman KPPM Gereja Kristen Jawi Wetan jemaat Darmo, atas dukungan semangat dan doa selama penulis menyelesaikan tugas akhir.

15. Fauzi, S.T atas bantuan, dukungan, saran dan koreksi selama penulis menyelesaikan tugas akhir.

16. Teman-teman satu perjuangan dibangku kuliah.

xiii

DAFTAR ISI JUDUL ..................................................................................... LEMBAR PENGESAHAN ..................................................... ABSTRAK ............................................................................... ABSTRACT ............................................................................. KATA PENGANTAR .............................................................. UCAPAN TERIMA KASIH .................................................... DAFTAR ISI ............................................................................. DAFTAR GAMBAR ............................................................... DAFTAR TABEL .................................................................... BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................. 1.2 Permasalahan dan Batasan Masalah ................................ 1.3 Tujuan Pembahasan ......................................................... 1.4 Metodologi ....................................................................... 1.5 Sistematika Penulisan ...................................................... 1.6 Relevansi .......................................................................... BAB II SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV 2.1 Deskripsi Sistem Tenaga Listrik ...................................... 2.2 Sistem Operasi Jaringan Distribusi ..................................

2.2.1 Gardu Induk Pada Sistem Distribusi...................... 2.2.2 Sistem Distribusi Primer ........................................ 2.2.3 Sistem Distribusi Sekunder ...................................

2.3 Pemilihan Sistem Jaringan Distribusi .............................. 2.3.1 Sistem Radial ......................................................... 2.3.2 Sistem Ring (LOOP) ............................................. 2.3.3 Sistem Mesh ..........................................................

2.4 Saluran Udara dan Saluran Bawah Tanah......................... 2.5 Sistem Pengaman pada Sistem Jaringan Distribusi...........

2.5.1 Peralatan Pemisah atau Penghubung...................... 2.5.1.1 Circuit Breaker (Pemutus Tenaga)................ 2.5.1.2 Disconnecting Switch (Saklar Pemisah)........ 2.5.1.3 Sectionalizer ..................................................

2.5.2 Peralatan Pengaman Arus Lebih ........................... 2.5.3 Peralatan Pengaman Tegangan Lebih....................

2.6 Transformator ...................................................................

i iii v

vi vii ix xi

xvii xix

1 1 3 4 4 5 6

7 7

10 11 13 13 13 15 21 22 23 26 27 27 28 29 30 34 34

xiv

2.6.1 Transformator Daya ................................................ 2.6.2 Transformator Distribusi .........................................

2.7 Gangguan Sistem Distribusi ............................................... BAB III KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV DAN ASPEK EKONOMI SISTEM 3.1 Definisi Keandalan .............................................................

3.1.1 Konsep Dasar Keandalan......................................... 3.1.2 Laju Kegagalan .......................................................

3.2 Definisi Indeks Keandalan Sistem Distribusi 20 kV.......... 3.2.1 SAIFI........................................................................ 3.2.2 SAIDI....................................................................... 3.2.3 MAIFI...................................................................... 3.2.4 CAIDI.......................................................................

3.3 Reliability Index Assesment (RIA)..................................... 3.4 Evaluasi keandalan dengan menggunakan metode RIA..... 3.5 Evaluasi aspek ekonomi keandalan sistem dari sisi

penyedia energi listrik ........................................................ 3.6 Contoh Evaluasi Keandalan Penyulang Menggunakan

Metode RIA ....................................................................... BAB IV KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI 20 KV DAN ANALISA ASPEK EKONOMI SISTEM 4.1 Model Sistem ...................................................................... 4.2 Evaluasi Keandalan Penyulang Kweden Kembar ............... 4.2.1 Saluran Udara Tegangan Menengah

Dipertimbangkan Sebagai Mode Kegagalan ............... 4.2.2 Peralatan Jaringan Distribusi 20 kV Dipertimbangkan Sebagai Mode Kegagalan................ 4.3 Evaluasi Aspek Ekonomi dari Keandalan Sistem pada

Penyulang Kweden Kembar................................................ 4.3.1. Perhitungan Aspek Ekonomi bila Terjadi

Gangguan Pada SUTM............................................. 4.3.2. Perhitungan Aspek Ekonomi bila Terjadi

Gangguan pada Circuit Breaker, Sectionalizer dan Tie-Switch.......................................................... 4.3.3. Perhitungan Aspek Ekonomi bila Terjadi

Gangguan pada Trafo...............................................

35 35 37

43 43 44 46

48 48 48 49 49 49 50 51 54

56

63 64 65

69

82

95

97

107

116

xv

4.3.4. Perhitungan dan Perbandingan Aspek Ekonomi

bila Terjadi Gangguan pada Keseluruhan Peralatan yang Terdapat pada Penyulang Kweden Kembar.....

4.4 Perbandingan dan Analisa dari Aspek Keandalan dan Aspek Ekonomi pada Keseluruhan Peralatan yang Terdapat pada Penyulang Kweden Kembar..........................

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ......................................................................... 5.2 Saran ................................................................................... DAFTAR PUSTAKA.................................................................. LAMPIRAN A ............................................................................ LAMPIRAN B ............................................................................ LAMPIRAN C ............................................................................ LAMPIRAN D ............................................................................ LAMPIRAN E ............................................................................ RIWAYAT HIDUP PENULIS....................................................

120

124

131 131 131

133 135 139 143 147 149 151

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Hal Gambar 2.1 Gambar Grafik Biaya untuk Pembangkitan Energi Listrik......................................................... Gambar 2.2 Ilustrasi Sistem Tenaga Listrik dari Pembangkitan ke Konsumen Akhir............................................... Gambar 2.3 Single Line Diagram Sistem Distribusi Tenaga Listrik..................................................................... Gambar 2.4 Bentuk Umum Sistem Radial................................ Gambar 2.5 Sistem Radial Pohon...................………………... Gambar 2.6 Sistem Radial dengan Tie atau Simpul Pemisah.... Gambar 2.7 Sistem Radial Pusat Beban.................................... Gambar 2.8 Sistem Distribusi Fasa Area................................... Gambar 2.9 Jaringan Distribusi Primer Umum......................... Gambar 2.10 Sistem Ring (Loop)................................................ Gambar 2.11 Sistem Jaring (Mesh)............................................. Gambar 2.12 Saluran Udara........................................................ Gambar 2.13 Kabel Saluran Bawah Tanah................................. Gambar 3.1 Kurva Laju Kegagalan Terhadap Waktu.............. Gambar 3.2 Input dan Output RIA........................................... Gambar 3.3 Flowchart RIA..................................................... Gambar 3.4 Flowchart Perhitungan Aspek Ekonomi Keandalan............................................................. Gambar 3.5 Contoh Sistem Distribusi yang akan Dievaluasi Gambar 4.1 Topologi Jaringan Distribusi 20 kV Penyulang Kweden Kembar................................................... Gambar 4.2 Grafik Indeks SAIFI pada Saluran Udara............. Gambar 4.3 Grafik Indeks SAIDI pada Saluran Udara............ Gambar 4.4 Grafik Indeks MAIFI pada Saluran Udara........... Gambar 4.5 Grafik Indeks SAIFI pada Peralatan 20 kV......... Gambar 4.6 Grafik Indeks SAIDI pada Peralatan 20 kV......... Gambar 4.7 Grafik Indeks MAIFI pada Peralatan 20 kV........ Gambar 4.8 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada L 1............................................... Gambar 4.9 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan Pada L 40............................................

8

9

10 15 16 17 18 19 20 21 22 24 24 47 50 51

54 54

67 80 80 81 93 93 94

102

105

xviii

Gambar Hal Gambar 4.10 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada Seluruh Line............................. Gambar 4.11 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada Circuit Breaker......................... Gambar 4.12 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada S3............................................. Gambar 4.13 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada TS 4......................................... Gambar 4.14 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada Circuit Breaker, Sectionalizer dan Tie Switch................................................... Gambar 4.15 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan pada Trafo Distribusi....................... Gambar 4.16 Evaluasi Biaya Kerugian PLN bila Terjadi Gangguan Seluruh Peralatan yang Terdapat pada Penyulang Kweden Kembar.................... Gambar 4.17 Perbandingan Indeks Keandalan SAIFI (real) Dengan Kerugian PLN (Dalam Ratus Juta).... Gambar 4.18 Perbandingan Indeks Keandalan SAIDI (real) Dengan Kerugian PLN (Dalam Puluhan Milyar).................................. Gambar 4.19 Perbandingan Indeks MAIFI (real) Dengan Kerugian PLN (Dalam Ratus Juta)..................

106

109

112

114

115

119

123

127

128

128

xix

DAFTAR TABEL

Tabel Hal Tabel 2.1 Evaluasi Keuntungan dari Saluran Udara dan Saluran Bawah Tanah.............................................. Tabel 3.1 Data Keandalan Peralatan pada Sistem.......................... Tabel 3.2 Daftar Mode Kegagalan Sistem..................................... Tabel 3.3 Daftar Beban yang Terdapat pada Contoh Sistem

Distribusi........................................................................ Tabel 3.4 Daftar Repair Time dan Switching Time

Komponen...................................................................... Tabel 3.5 Indeks Keandalan Contoh Sistem Distribusi................. Tabel 4.1 Data Jumlah Pelanggan.................................................. Tabel 4.2 RIA Worksheet Penyulang Kweden Kembar Mode Kegagalan SUTM................................................ Tabel 4.3 Data Saluran................................................................... Tabel 4.4 Data Waktu Pemindahan dan Perbaikan........................ Tabel 4.5 Indeks Keandalan Sistem Penyulang Kweden

Kembar Mode Kegagalan SUTM.................................. Tabel 4.6 RIA Worksheet untuk Penyulang Kweden Kembar

Mode Kegagalan Peralatan............................................ Tabel 4.7 Data Keandalan Peralatan pada Penyulang

Kweden Kembar............................................................ Tabel 4.8 Data Waktu Pemindahan dan Perbaikan....................... Tabel 4.9 Nilai Evaluasi Indeks Keandalan dari

Setiap Komponen.......................................................... Tabel 4.10 Data Beban.................................................................. . Tabel 4.11 Tarif Dasar Listrik......................................................... Tabel 4.12 Pengklasifikasian Beban Industri.................................. Tabel 4.13 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat pada SUTM........ Tabel 4.14 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada Line 1.................................................................... Tabel 4.15 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada Line 40.................................................................. Tabel 4.16 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada Cirkuit Breaker, Sectionalizerdan Tie Swich........

26 58 59

60

60 61 68

70 73 75

77

83

86 86

90 95 97 98 99

101 104 107

xx

Tabel Hal Tabel 4.17 Perhitungan Aspek ekonomi Akibat Gangguan

pada Circuit Breaker...................................................... Tabel 4.18 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada S3.......................................................................... Tabel 4.19 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada TS4....................................................................... Tabel 4.20 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada Trafo.................................................................... Tabel 4.21 Perhitungan Aspek Ekonomi Akibat Gangguan

pada Peralatan Sistem Distribusi................................. Tabel 4.22 Perbandingan Antara Aspek Keandalan

dan Aspek Ekonomi.....................................................

108

111

113 116

121

125