sukerayasa_8_

Evaluasi Keandalan Penyulang .... I Wayan Sukerayasa

Teknologi Elektro 51 Vol. 6 No. 3 Juli – Desember 2007

EVALUASI KEANDALAN PENYULANG KONFIGURASI RADIAL DAN SPINDEL

I Wayan Sukerayasa, ( [email protected] ) Staf Pengajar Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran Bali, 80361

Intisari Dalam makalah ini dibahas keandalan penyulang dengan konfigurasi yang radial, dan bagaimana peningkatan keandalannya kalau penyulang ini konfigurasinya diubah menjadi spindel. Keandalan dalam sistem distribusi adalah suatu ukuran ketersediaan/tingkat pelayanan penyediaan tenaga listrik dari sistem ke pelanggan. Ukuran keandalan dapat dinyatakan sebagai seberapa sering sistem mengalami pemadaman, berapa lama pemadaman terjadi dan berapa cepat waktu yang dibutuhkan untuk pemulihan sistem (restoration). Indeks keandalan merupakan suatu indikator keandalan yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas, yang terdiri dari dari indeks titik beban dan indeks sistem yang dipakai untuk memperoleh pengertian yang mendalam ke dalam keseluruhan capaian. Indeks kegagalan titik beban yang biasanya digunakan meliputi rata-rata laju kegagalan λ (kegagalan/tahun), rata-rata waktu keluar r (jam/kegagalan) dan rata-rata ketidaktersediaan tahunan U. Sedangkan indeks keandalan sistem antara lain : SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI, ASUI

Dengan menggunakan program EDSA, konfigurasi penyulang radial dianalisis. Kemudian penyulang ini direkonfigurasi menjadi spindel dan dianalisis. Hasil keluaran program EDSA menunjukkan peningkatan keandalan setelah penyulang di rekonfigurasi spindel. Kata kunci : Radial, spindel, keandalan, : SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI, ASUI 1. PENDAHULUAN Setiap benda dapat mengalami kegagalan dalam operasinya. Ada beberapa penyebab kegagalan operasi yaitu : Kelalaian manusia, Perawatan yang buruk, Kesalahan dalam penggunaan, Kurangnya perlindungan terhadap tekanan lingkungan yang berlebihan. Akibat yang ditimbulkan oleh kegagalan ini bervariasi dari ketidaknyamanan hingga kerugian biaya ekonomis yang cukup tinggi bahkan timbulnya korban jiwa manusia. Teknik keandalan bertujuan untuk mempelajari konsep, karakteristik, pengukuran, analisis kegagalan dan perbaikan sistem sehingga menambah waktu ketersediaan operasi sistem dengan cara mengurangi kemungkinan kegagalan.[3] 1.1 Ketersediaan dan Keandalan Berkenaan dengan sistem ketenagalistrikan maka ketersediaan (availability) adalah sebagai peluang suatu komponen atau sistem berfungsi menurut kebutuhan pada waktu tertentu saat digunakan dalam kondisi beroperasi. Ketersediaan diinterpretasikan sebagai peluang beroperasinya komponen atau sistem dalam waktu yang ditentukan. Keandalan (reliability) adalah sebagai peluang suatu komponen atau sistem memenuhi fungsi yang dibutuhkan dalam periode waktu yang diberikan selama digunakan dalam kondisi beroperasi. Dengan kata lain keandalan berarti peluang tidak terjadi kegagalan selama beroperasi. Perkembangan teknik keandalan dan perawatan dimotivasi oleh beberapa faktor, antara lain: [3]

1. Bertambahnya kompleksitas dan kerumitan sistem.

2. Kesadaran dan harapan masyarakat tentang kualitas suatu produk.

3. Hukum dan aturan mengenai kerusakan produk. 4. Kebijaksanaan pemerintah tentang spesifikasi

kemampuan keandalan dan perawatan. 5. Perhitungan keuntungan yang menurun akibat

timbulnya biaya tinggi dari kegagalan peralatan, perbaikan peralatan dan program jaminan.

1.2 Keandalan Sistem Distribusi Fungsi sistem distribusi adalah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari pusat suplai ke pusat-pusat beban atau konsumen. Mutu pelayanan pada konsumen tergantung pada macam sarana penyalur, susunan sarana penyalur, peralatan pengaman, serta pengaturan operasinya. Tingkat kontinyuitas pelayanan sistem distribusi direncanakan dan dipilih sesuai dengan tingkat kebutuhan dan sifat beban. Tingkat ini bisa padam berjam-jam, padam beberapa jam, padam beberapa menit, padam beberapa detik, dan tanpa padam.

Keandalan dalam sistem distribusi adalah suatu ukuran ketersediaan/tingkat pelayanan penyediaan tenaga listrik dari sistem ke pemakai/pelanggan. Ukuran keandalan dapat dinyatakan sebagai seberapa sering sistem mengalami pemadaman, berapa lama pemadaman terjadi dan berapa cepat waktu yang dibutuhkan untuk memulihkan kondisi dari pemadaman yang terjadi (restoration). Sistem yang mempunyai keandalan tinggi akan mampu memberikan tenaga listrik setiap saat dibutuhkan, sedangkan sistem mempunyai keandalan



rendah bila tingkat ketersediaan tenaganya rendah, yaitu seringnya padam. Secara umum tingkatan keandalan dalam pelayanan dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) hal antara lain : a. Sistem dengan keandalan tinggi Pada kondisi normal, sistem akan memberikan kapasitas yang cukup untuk menyediakan daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Dalam keadaan darurat bila terjadi gangguan pada jaringan, maka sistem ini tentu saja diperlukan beberapa peralatan dan pengaman yang cukup banyak untuk menghindarkan adanya berbagai macam gangguan pada sistem. b. Sistem dengan keandalan menengah Pada kondisi normal sistem akan memberikan kapasitas yang cukup untuk menyediakan daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Dalam keadaan darurat bila terjadi gangguan pada jaringan, maka sistem tersebut masih bisa melayani sebagian dari beban meskipun dalam kondisi beban puncak. Dalam sistem ini diperlukan peralatan yang cukup banyak untuk mengatasi serta menanggulangi gangguan-gangguan tersebut. c. Sistem dengan keandalan rendah Pada kondisi normal, sistem akan memberikan kapasitas yang cukup untuk menyediakan daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Jika terjadi gangguan pada jaringan, sistem sama sekali tidak bisa melayani beban tersebut. 1.3 Evaluasi Keandalan Sistem Distribusi Evaluasi keandalan sistem distribusi terdiri dari indeks titik beban dan indeks sistem. Indeks kegagalan titik beban yang biasanya digunakan meliputi laju kegagalan komponen λ (kegagalan/tahun), waktu keluar (outage time) r (jam/kegagalan) dan rata-rata ketidaktersediaan (unavailability) tahunan U (jam/tahun) [1].

Pada sistem distribusi radial antara komponen satu dengan yang lain dihubungkan secara seri. Misalkan sebuah penyulang tersusun secara seri antara Circuit Breaker, Disconnecting Switch, Saluran, Fuse, dan Gardu Distribusi. Secara sederhana susunan seri antar komponen dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Sistem Seri

Sistem yang ditunjukkan pada gambar 1 adalah sebuah sistem yang terdiri dari komponen A dan

komponen B. Dua komponen tersebut terhubung secara seri, Jika λA adalah laju kegagalan komponen A dan λB laju kegagalan komponen B. [1], maka : BASYS λλλ += (1)

BA

BBAASYS

rrrλλλλ

++

= (2)

SYSSYSSYS rU λ= (3) Untuk n komponen maka persamaan menjadi:

∑=

=n

iiSYS

1λλ (4)

∑

∑

=

== n

ii

n

iii

SYS

rr

1

1

λ

λ (5)

SYSSYSSYS rU λ= (6) Keterangan:

Aλ : Laju kegagalan komponen A (fault/year)

Bλ : Laju kegagalan komponen B (fault/year)

Ar : Waktu keluar(Outage time) komponen A (hours/fault)

Br : Waktu keluar (Outage time) komponen B (hours/fault)

SYSλ : Laju kegagalan sistem (fault/year)

SYSr : Rata-rata waktu keluar(outage time) sistem (hours/fault)

SYSU : Rata-rata ketaktersediaan (Unavailability) sistem (hours/year)

Blok diagram untuk sistem paralel dengan 2 (dua) komponen ditunjukkan pada gambar 2 sebagai berikut :

Gambar 2. Blok Sistem Paralel

Kalau dua komponen parelel maka:

BA

BAsys rr

rrr+

=.

(7)

Sedangkan laju kegagalan sistem paralel adalah :

( ) ( )BBAA

BABAsys rr

rr.1.1

).(.λλ

λλλ+++

= (8)

B

A

A B



Berbeda dengan sistem seri, persamaan sistem paralel 2 (dua) komponen tidak mudah untuk diperluas bagi n komponen, hanya dalam sistem paralel tertentu dapat mudah untuk menggabungkan 2 (dua) komponen dalam satu waktu. Indeks keandalan merupakan suatu indikator keandalan yang dinyatakan dalam suatu besaran probabilitas. Sejumlah indeks sudah dikembangkan untuk menyediakan suatu kerangka untuk mengevaluasi keandalan sistem distribusi tenaga listrik. Indeks keandalan sistem tersebut antara lain : System average interruption frequency index (SAIFI), System average interruption duration index (SAIDI), Customer average interruption duration index (CAIDI), Average service availability index (ASAI), Average service unavailability index (ASUI), dan AENS.

…. (9) Indeks ini didefinisikan sebagai nilai rata-rata dari banyaknya kegagalan yang terjadi pada sistem.

. . . (10) Indeks ini didefinisikan sebagai nilai rata-rata dari lamanya kegagalan yang terjadi pada sistem

. . . (11) Indeks ini didefinisikan sebagai lamanya kegagalan untuk pelanggan yang mengalami gangguan selama satu tahun

. . . (12) Indeks ini didefinisikan sebagai perbandingan dari jumlah total waktu pelanggan yang dapat dilayani selama satu tahun terhadap total permintaan waktu pelanggan. Permintaan waktu pelanggan adalah ditentukan sebagai dua belas bulan sehingga rata – rata waktu permintaan adalah 8760 jam.

. . . (13) Indeks ini didefinisikan sebagai nilai pelengkap dari ASAI yang mungkin kadang – kadang diperlukan. dengan : λi : Laju kegagalan komponen ke i Ni : Jumlah konsumen pada load pont i Ui : Ketidaktersediaan tahunan konsumen ke i La(i) : Rata rata beban yang terhubung ke load point i 2. MODEL SISTEM Model sistem yang dianalisis adalah penyulang dengan konfigurasi radial dan spindel.

Model sistem radial

Gambar 3. Diagram segaris sistem radial

Tabel 1.Data jumlah pelanggan

NO NO. GARDU LOKASI TRAFO

(kVA) Jml

Pelanggan 1 DS 13 Segara Village 630 1 2 DS 11 Shindu Beach 250 1 3 DS 23 Latarvena 100 1 4 DS 24 Resapati 250 1 5 DS 25 Gazebo 100 1 6 DS 27 Tanjung Sari Ii 100 1 7 DS 438 Jl. D. Tamblingan 250 250 8 DS 307 Jl. Parigata 160 160 9 DS 362 Jl. D. Tamblingan 160 160 10 DS 315 Jl. D. Tamblingan 160 160 11 DS 235 Bali Hyatt 630 1

Model sistem radial ini direkonfigurasi menjadi sistem spindel, dengan menghubungkan ujung penyulang ke Gardu Hubung. Kofigurasinya seperti gambar 4.

SUMBER

XLPE 240 2067 Meter

DS 13 XLPE 240 838 Meter

DS 11


DS 24


DS 27

DS 438

XLPE 240 459 Meter

DS 307

MVTIC 150 115 Meter

XLPE 240 81 Meter

DS 362

XLPE 240 62 Meter

MVTIC 150 185 Meter

DS 315

XLPE 240 317 Meter



Gambar 4. Konfigurasi spindel.

3. HASIL SIMULASI DAN DISKUSI 3.1 Sistem radial

Dari simulasi dengan menggunakan EDSA diperoleh indeks load point dan indeks sistem sebagai berikut. Tabel 2. Indek load point konfigurasi radial

Load Point

Outage Frequency

Of Load Point (failures/year)

Outage Duration Of Load

Point (hours/ou

tage)

Annual Unavailabilit

y Of Load Point

(hours/year)

Annual Availability

Of Load Point

(% PASS)

DS 13 DS 11 DS 23 DS 24 DS 25 DS 27 DS 438 DS 307 DS 362 DS 315 DS 235

0,15669 0,22335 0,29785 0,31299 0,32596 0,36532 0,41548 0,47061 0,45328 0,49462 0,47881

10 10 10 10 10 10

9,929 9,595 9,935 9,417

10

1,56690 2,23350 2,97850 3,12990 3,25960 3,65320 4,12555 4,51585 4,50355 4,65795 4,78810

99,98211 99,97450 99,96599 99,96427 99,96278 99,95829 99,95290 99,94844 99,94858 99,94682 99,94534

Dari tabel 2 pada kolom dua, bahwa titik beban

yang mempunyai Outage Frequency Of Load Point paling kecil adalah DS 13 sebesar 0,15669 kegagalan tiap tahun. Artinya pada pelanggan DS 13 sekali mati dalam 6 tahun yang disebabkan oleh kegagalan peralatan dan tidak disebabkan oleh pemeliharaan. Secara umum pada tabel terlihat titik beban yang

terletak pada pangkal saluran memiliki Outage Frequency Of Load Point paling kecil. Hal ini disebabkan karena semakin jauh letak titik beban dari sumber akan semakin banyak jumlah komponen serta penyulang yang semakin panjang, sehingga peluang terjadinya gagal komponen semakin besar. Pada kolom lima ditampilkan nilai dari Annual Availability Of Load Point untuk masing-masing titik beban, Annual Availability Of Load Point adalah rata-rata ketersediaan tahunan titik beban. Titik beban yang mempunyai rata-rata ketersediaan tahunan paling besar adalah DS 13 sebesar 99,98211 %. Sedangkan Titik beban yang mempunyai rata-rata ketersediaan tahunan paling kecil adalah DS 235 sebesar 99,94534 %. Hal ini menunjukkan bahwa makin dekat kesumber ketersediaan energi listrik makin tinggi. Tabel 3. Indek sistem konfigurasi radial

No Indek Nilai

1 SAIFI 0,4518216 (gangguan / tahun) 2 SAIDI 4,3980640 (jam / tahun) 3 CAIDI 9,7340706 (jam / gangguan) 4 ASAI 0,9994979

5 ASUI 0,0005020

3.2 Sistem Spindel

Simulasi menggunakan EDSA diperoleh indek load point dan indeks sistem sebagai berikut Tabel 4. Indek load point konfigurasi spindel

Load Point

Outage Frequency

Of Load Point (failures/year)

Outage Duration Of Load

Point (hours/ou

tage)

Annual Unavailabilit

y Of Load Point

(hours/year)

Annual Availability

Of Load Point

(% PASS)

DS 13 DS 11 DS 23 DS 24 DS 25 DS 27 DS 438 DS 307 DS 362 DS 315 DS 235

0,00425 0,00432 0,00438 0,00439 0,00440 0,00442 0,00993 0,03243 0,00943 0,04643 0,00443

9,69114 9,60269 9,53212 9,52120 9,51273 9,49198 6,65391 4,06255 6,65211 3,74212 9,47265

0,04120 0,04156 0,04184 0,04188 0,04191 0,04198 0,06277 0,13177 0,06277 0,17377 0,04199

99,9995296 99,9995255 99,9995223 99,9995218 99,9995215 99,9995206 99,9992833 99,9984957 99,9992834 99,9980163 99,9995205

Tabel 5. Indek sistem konfigurasi spindel

No Indek Nilai

1 SAIFI 0,0224135 (gangguan / tahun) 2 SAIDI 0,1016519 (jam / tahun) 3 CAIDI 4,5352923 (jam / gangguan) 4 ASAI 0,9999883

5 ASUI 0,0000116

Kolom dua dalam tabel 3 menunjukkan nilai Outage Frequency Of Load Point, yaitu laju

XLPE 240 950 Meter

XLPE 240 71 Meter

XLPE 240 588 Meter

SUMBER

XLPE 240 2067 Meter


DS 11


DS 24


DS 27


DS 307

MVTIC 150 115 Meter

XLPE 240 81 Meter

DS 362

XLPE 240 62 Meter

MVTIC 150 185 Meter

DS 315 DS 235

XLPE 240 317 Meter

MVTIC 150 450 Meter

GH

SUMBER

XLPE 240 4650 Meter



kegagalan pada titik beban. Untuk penyulang yang mempunyai konfigurasi spindel, titik beban yang letaknya paling dekat dari salah satu sumber akan memiliki laju kegagalan paling kecil, sedangkan titik beban yang letaknya semakin ketengah dari saluran akan memiliki laju kegagalan semakin besar. Titik beban DS438, DS307, DS362 dan DS315 yang merupakan konsumen tegangan rendah memiliki laju kegagalan relatif lebih besar dari titik beban lainnya yang merupakan konsumen tegangan menengah. Ini karena titik beban yang merupakan konsumen tegangan rendah memiliki beberapa tambahan laju kegagalan komponen, yaitu laju kegagalan fuse, trafo dan rel tegangan rendah.

Nilai Outage Frequency Of Load Point pada load point penyulang radial lebih besar dari penyulang spindel. Sedangkang ketersediaan energi listrik pada setiap load point untuk penyulang spindel lebih tinggi dari penyulang radial.

Nilai rata-rata banyaknya kegagalan yang terjadi pada sistem dengan konfigurasi radial lebih tinggi dari konfigurasi spindel. Sedangkan ketersediaan energi sistem pada penyulang spindel lebih tinggi dari penyulang radial.

4. KESIMPULAN

Dari analisis di atas dapat disimpulkan bahwa konfigurasi spindel memberikan keandalan sistem lebih tinggi dari konfigurasi radial. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] Billinton, R., Allan, Ronald N. 1996. Reliability

Evaluation of Power Systems. 2nd ed. New York: Plenum Press.

[2] Billinton. R, Wang. P, 1998. Reliability Network Equivalent Approach to Distribution System Reliability Evaluation. IEEE Proc-Gener. Distrib, vol.145, no.2.

[3] Ebeling, Charles E. 1996. An Introduction To Reliability and Maintainability Engineering. Singapura : The McGraw-Hill Companies,Inc

[4] Manuaba IB, Sukerayasa Iwayan, 2005, Analisa Keandalan Penyulang 20 kV di Gardu Induk Padang Sambian Bali Menggunakan Metode Simulasi Monte Carlo, Procceding of The 6 th Seminar on Intelligent Technology Its Applications, SITIA 2005.

[5] Rukmi S.H., Sukerayasa Iwayan, Setiawan Inyoman, Ariastina WG., 2007, Teknologi Elektro Vol. 6, No. 2.

[6] Short T.A. 2006, Distribution Reliability and Power Quality, Boka Raton, CRC Press Taylor & Francis Group.

[7] Williams. R. H, 2003. Probability, Statistic, and Random Processes for Engineers. USA, Thomson Brook

[8] PT. PLN (Persero). 1985. SPLN 59: Keandalan Pada Sistem Distribusi 20 kV dan 6 kV. Jakarta : Departemen Pertambangan dan Energi Perusahaan Umum Listrik Negara.

Documents

sukerayasa_8_