BAB II TINJAUAN PUSTAKA State of The Art Review II.pdf · pengumpulan data, ... kabel, yaitu kabel bawah tanah dan kabel saluran udara dengan panjang kabel ... (Ohm / km) Impedansi

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 State of The Art Review

Terdapat beberapa penelitian yang mendukung dari tugas akhir ini, dimana

pada penelitian tersebut dijadikan dasar acuan pada penelitian pada tugas akhir ini

yatu :

Tahun 2010 Penerapan Metode Pendekatan Teknik Untuk Meningkatkan

Keandalan Sistem Distribusi. Penelitian ini dilakukan oleh Rukmi Sari Hartati dan

I Wayan Sukerayasa dimana dalam penelitian ini menggunakan Metode

pendekatan teknik yang digunakan untuk meningkatkan keandalan sistem

distribusi dengan menentukan lokasi recloser yang optimal pada penyulang-

penyulang yang akan ditingkatkan keandalannya, sehingga diperoleh nilai indeks

keandalan yang lebih baik. Telah dilakukan penelitian dengan menggunakan

metode tersebut untuk meningkatkan keandalan pada penyulang Penebel dan

Marga untuk memenuhi target PLN ke depan yakni mencapai WCS (World

Customer Service) serta WCC (World Class Company) yaitu SAIFI = 3

kali/pelanggan/tahun dan SAIDI = 100 menit/pelangggan/tahun. Dari hasil

penelitian pada 2 penyulang tersebut diperoleh nilai indeks keandalan SAIDI dan

SAIFI untuk kedua penyulang tersebut sudah mendekati target WCS dan jauh

lebih baik dibandingkan dengan kondisi sebelum dipasang recloser. Sehingga

dapat disimpulkan bahwa penggunaan metode pendekatan teknik untuk

meningkatkan keandalan sistem distribusi cocok untuk diterapkan, terutama pada

sistem distribusi di Bali.

Tahun 2011 Evaluasi Keandalan Sistem Distribusi Jaringan Spindel GI

Nusa Dua PT. PLN (Persero) Distribusi Bali – UJ Kuta. Penelitian yang dilakukan

oleh I Wayan Suardiawan yaitu menganalisis keandalan sistem distribusi jaringan

spindel pada gardu Induk Nusa Dua. Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir

tersebut adalah sebagai evaluasi bagi PT. PLN (Persero) Distribusi Bali

khususnya Unit Jaringan Kuta dalam memperbaiki kinerja penyulang-penyulang

yang ada pada Gardu Induk Nusa Dua. Metode yang digunakan antara lain

4

5

pengumpulan data, pengolahan data, serta penganalisisan keandalan sistem

distribusi. Nilai SAIFI untuk WCS adalah 3, GI Nusa Dua adalah 0,911 dan

Sistem Bali 1,65, sedangkan nilai SAIDI untuk WCS adalah 100, GI Nusa Dua

adalah 54 dan Sistem Bali 61,43. Dari hasil perbandingan tersebut dapat diambil

kesimpulan bahwa keandalan dari Gardu Induk Nusa Dua sudah cukup baik,

karena nilai yang didapat lebih baik bila dibandingkan dengan standar WCS yang

telah diterapkan maupun dengan keseluruhan sistem bali itu sendiri.

Tahun 2012 Analisis Keandalan Sistem Distribusi Di PT. PLN (Persero)

APJ Kudus Menggunakan Software Etap (Electrical Transient Analysis Progam)

Dan Metode Section Technique. Penelitian ini dilakukan oleh Henki Projo

Wicaksono dkk melakukan Studi keandalan sistem distribusi 20 kV yang

dilakukan yaitu pada APJ Kudus, dengan mengambil plant pada penyulang KDS

2, KDS 4, KDS 8, PTI 3 dan PTI 5. Penyulang yang digunakan sebagai model

sistem pada pembahasan ini adalah penyulang KDS 2. Tujuan yang ingin dicapai

dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui keandalan sistem distribusi 20 kV

di APJ Kudus, Jawa Tengah. Metode yang digunakan yaitu metode Section

Technique dibandingkan dengan running Software ETAP, langkah-langkah yang

dilakukan antara lain pengumpulan data, pengolahan data, serta menganalisis

keandalan sistem distribusi 20 kV. Hasil yang didapat dari perhitungan

menggunakan metode Section Technique adalah nilai indeks keandalan penyulang

KDS 2 berupa indeks SAIFI = 2.4982 kali/tahun, SAIDI = 7.6766 jam/pertahun,

dan CAIDI = 3.072852 jam/tahun. Sedangkan hasil yang didapat dari perhitungan

menggunakan Running Software ETAP adalah nilai indeks keandalan penyulang

KDS 2 berupa indeks SAIFI = 2.9235 kali/tahun, SAIDI = 7.8902 jam/tahun, dan

CAIDI = 2.699 jam/tahun. Untuk meningkatkan nilai keandalan yaitu dengan

mengurangi frekuensi terjadinya gangguan dan dilakukan pemeliharaan jaringan

secara preventif dan mengoptimalkan kondisi tie switch pada jaringan distribusi.

Tahun 2013 Analisis Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Penyulang Jember Kota Dan Kalisat Di PT. PLN APJ Jember. Penelitian ini

dilakukan oleh M. Yudistya Perdana dkk yaitu menganalisis keandalan sistem

distribusi. PT. PLN Jember mempunyai 3 gardu induk (GI), yaitu GI Jember,

6

Tanggul dan Lumajang. Penyulang Jember Kota dan Kalisat disuplai tenaga dari

satu gardu induk (GI) yaitu GI Jember. Penyulang Jember Kota mempunyai

jumlah pelanggan sebanyak 19710 pelanggan. Penyulang ini mempunyai dua jenis

kabel, yaitu kabel bawah tanah dan kabel saluran udara dengan panjang kabel

bawah tanah 0.15 kms kabel saluran udara 172 kms. Penyulang Kalisat

mempunyai jumlah pelanggan sebanyak 37119 pelanggan. Penyulang ini

mempunya dua jenis kabel, yaitu kabel bawah tanah dan kabel saluran udara

dengan panjang kabel bawah tanah adalah adalah 0.9 kms dan kabel saluran udara

adalah 137,5 km. Penyulang Jember Kota mempunyai nilai realisasi SAIDI per

tahun sebesar 3,987 jam/tahun, dan SAIFI per tahun sebesar 8,343

pemadaman/tahun, dalam arti bahwa SAIDI-SAIFI di penyulang Jember Kota

relatif sedikit dari nilai realisasi yang ditargetkan. Hal ini menunjukkan bahwa

penyulang Jember Kota mempunyai tingkat keandalan yang tinggi. Penyulang

Kalisat mempunyai nilai realisasi SAIDI per tahun sebesar 8,345 jam/tahun, dan

SAIFI per tahun sebesar 7,085 pemadaman/tahun, dalam arti bahwa SAIDI-SAIFI

di penyulang Kalisat relatif sedikit dari nilai realisasi yang ditargetkan. Hal ini

menunjukkan bahwa penyulang Kalisat mempunyai tingkat keandalan yang

tinggi.

Tahun 2014 Analisis Keandalan Sistem Distribusi 20kV Pada Penyulang

Pekalongan 8 Dan 11 yang dilakukan oleh Aditya Teguh Prabowo dkk, Pada

tugas akhir ini, dilakukan simulasi suatu model keandalan jaringan distribusi

untuk mencari nilai indeks keandalan load point maupun secara keseluruhan.

Perhitungan ini berdasarkan nilai laju kegagalan (λ) dan lama perbaikan (r) dari

masing-masing komponen yang digunakan dalam jaringan distribusi radial.

Jumlah elemen atau komponen yang digunakan dan panjangnya jaringan akan

mempengaruhi hasil nilai indeks keandalan. Dua penyulang yang dianalisis

diambil dari Gardu Induk Pekalongan. Untuk PKN 8 dan PKN 11 hasil pengujian

menunjukkan bahwa diperoleh nilai SAIFI, SAIDI dan CAIDI untuk penyulang

PKN 8 sebesar 2,7468 kali/tahun, 9,3642 jam/tahun dan 3,4092 jam/pelanggan

sedangkan untuk penyulang PKN 11 sebesar 2,218 kali/tahun, 8,26 jam/tahun dan

3,7176 jam/pelanggan.

7

2.2 Saluran Distribusi Tenaga Listrik

Salah satu tahapan penyaluran tenaga listrik menuju konsumen, disalurkan

melalui saluran distribusi tegangan menengah. Sebagai jaringan utama, saluran

distribusi tenaga listrik diharapkan mampu meminimalisir rugi-rugi daya / losses

jaringan, tanpa mengabaikan kestabilan tegangan yang harus disediakan oleh PT

PLN Persero selaku pemegang kuasa utama penyaluran energi listrik. Jaringan

tegangan menengah biasanya menggunakan penghantar saluran udara tanpa

isolasi, kabel udara pilin / twisted tegangan menengah, atau kabel bawah tanah

tegangan menengah.

2.2.1 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)

Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) adalah sebagai konstruksi

termurah untuk penyaluran tenaga listrik pada daya yang sama. Konstruksi ini

terbanyak digunakan untuk konsumen, ciri utama jaringan ini adalah penggunaan

penghantar telanjang yang ditopang dengan isolator pada tiang besi/beton.

Penggunaan penghantar tak beerisolasi, dengan sendirinya harus diperhatikan

faktor yang terkait dengan keselamatan ketenagalistrikan seperti jarak aman

minimum yang harus dipenuhi penghantar bertegangan 20 kV tersebut antar phasa

atau dengan bangunan atau dengan tanaman atau dengan jangkauan manusia.

Penggunaan penghantar ini tidak menjamin keamanan terhadap tegangan sentuh

yang dipersyaratkan akan tetapi untuk mengurangi resiko gangguan temporer.

Gambar 2.1 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)

8

2.2.1.1 Penghantar Saluran Udara Tegangan Menengah

Pengoperasian saluran udara tegangan menengah perlu

mempertimbangkan konduktor yang digunakan dalam saluran tersebut. Penentuan

jenis konduktor sangat diperlukan untuk menentukan karakteristik mekanis

maupun karakteristik listrik saat aliran daya terjadi. Konduktor saluran distribusi

umumya berbahan tembaga atau alumunium dengan inti baja (Alumunium

Conductor, Steel-Reinforced atau ACSR) Jenis-jenis kawat penghantar yang biasa

digunakan antara lain (Pramono. 2010):

a. Tembaga dengan konduktivitas 100% (Cu 100%)

b. Tembaga dengan konduktivitas 97,5% (Cu 97,5%)

c. Alumunium dengan konduktivitas 61% (Al 61%)

Kawat penghantar alumunium telah mulai menggantikan kedudukan kawat

tembaga, untuk memperbesar kuat tarik dari kawat alumunium, digunakan

campuran alumunium (alumunium alloy). Untuk saluran transmisi tegangan

tinggi, dimana jarak antara menara atau tiang berjauhan, maka dibutuhkan kuat

tarik yang lebih tinggi, maka digunakan kawat penghantar ACSR. Kawat

penghantar alumunium, terdiri dari berbagai jenis, dengan lambang sebagai

berikut (Stevenson. 1994):

a. AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya

terbuat dari alumunium.

b. AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang

seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.

Gambar 2.2 Jenis-jenis Kawat Penghantar Tenaga Listrik(sumber: Pramono, 2010)

9

2.2.1.2 Kemampuan Hantar Arus Penghantar Saluran Udara

Ketentuan data teknis kemampuan hantar arus penghantar pada ambient

temperatur 30°C memberikan kemampuan hantar arus jenis penghantar saluran

udara tegangan menengah dan jangkauan pada beban dan jatuh tegangan tertentu.

Tabel 2.1 Tahanan ( R ) dan reaktansi ( XL ) penghantar AAC tegangan 20 kV (SPLN 64: 1985)

Luas Penampang(mm2)

Jari –Jari

(mm)KHA

GMR(mm)

Impedansi urutanpositif (Ohm / km)

Impedansi urutan Nol(Ohm / km)

16 2,2563 110 1,6380 1,8382 + j 0,4035 1,9862 + j 1,6910

25 2,8203 145 2,0475 1,1755 + j 0,3895 1,3245 + j 1,6770

35 3,3371 180 2,4227 0,8403 + j 0,3791 0,9883 + j 1,6666

50 3,9886 225 2,8957 0,5882 + j 0,3677 0,7362 + j 1,6552

70 4,7193 270 3,4262 0,4202 + j 0,3572 0,5682 + j 1,6447

95 5,4979 340 4,1674 0,3096 + j 0,3464 0,4576 + j 1,6339

150 6,9084 455 5,2365 0,1961 + j 0,3305 0,3441 + j 1,6180

240 8,7386 625 6,6238 0,1225 + j 0,3157 0,2705 + j 1,6032Sumber : SPLN 41-6_1981 Hantaran Al (AAC)

Tabel 2.2 Tahanan ( R ) dan reaktansi ( XL ) penghantar AAAC tegangan 20 kV(SPLN 64: 1985)

LuasPenampang

(mm2)

Jari - Jari(mm)

KHAGMR(mm)

Impedansi urutanpositif (Ohm / km)

Impedansi urutanNol (Ohm / km)

16 2,2563 105 1,6380 2,0161 + j 0,4036 2,1641 + j 1,6911

25 2,8203 135 2,0475 1,2903 + j 0,3895 1,4384 + j 1,6770

35 3,3371 170 2,4227 0,9217 + j 0,3790 1,0697 + j 1,6665

50 3,9886 210 2,8957 0,6452 + j 0,3678 0,7932 + j 1,6553

70 4,7193 155 3,4262 0,4608 + j 03572 0,6088 + j 1,6447

95 5,4979 320 4,1674 0,3096 + j 0,3449 0,4876 + j 1,6324

150 6,9084 425 5,2365 0,2162 + j 0,3305 0,3631 + j 1,6180

240 8,7386 585 6,6238 0,1344 + j 0,3158 0,2824 + j 1,6034Sumber : SPLN 41-8_1981 Hantaran Al Campuran (A3C)

10

2.2.2 Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM)

Sistem listrik dari saluran distribusi bawah tanah dengan kabel banyak

ragamnya. Dahulu sistem di Jepang adalah sistem tiga-fasa tiga kawat dengan netral

yang tidak ditanahkan. Sekarang, sistem pembumiannya adalah dengan tahanan tinggi

atau dengan reactor kompensasi, untuk mengkompensasikan arus pemuat pada kabel

guna menjamin bekerjanya rele serta guna membatasi besarnya tegangan lebih. Di

Eropa sistem pembumian dengan reactor banyak dipakai, sedang di Amerika sistem

pembumian langsung atau sistem pembumian dengan tahanan yang kecil banyak

digunakan. Juga di Jepang sekarang banyak terlihat sistem Amerika yang terakhir itu

dipakai, terutama untuk saluran kabel diatas 66 kV.

Konstruksi SKTM adalah konstruksi yang aman dan andal untuk

mendistribusikan tenaga listrik tegangan menengah, tetapi relatif lebih mahal

untuk penyaluran daya yang sama. Keadaan ini dimungkinkan dengan konstruksi

isolasi penghantar per Fase dan pelindung mekanis yang dipersyaratkan.Pada

rentang biaya yang diperlukan, konstruksi ditanam langsung adalah termurah bila

dibandingkan dengan penggunaan konduit atau bahkan tunneling (terowongan

beton / gorong-gorong).

Gambar 2.3 Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM)

(Sumber : Buku 5 PT. PLN Persero Nomor :606.K/DIR/2010)

11

Penggunaan Saluran Kabel bawah tanah Tegangan Menengah (SKTM)

sebagai jaringan utama pendistribusian tenaga listrik adalah sebagai upaya utama

peningkatan kwalitas pendistribusian. Dibandingkan dengan SUTM, penggunaan

SKTM akan memperkecil resiko kegagalan operasi akibat faktor eksternal /

meningkatkan keamanan ketenagalistrikan.Penerapan instalasi SKTM seringkali

tidak dapat lepas dari instalasi Saluran Udara Tegangan Menengah sebagai satu

kesatuan sistem distribusi sehingga masalah transisi konstruksi diantaranya tetap

harus dijadikan perhatian.

2.2.2.1 Kemampuan Hantar Arus Penghantar Saluran Kabel Tanah

Kemampuan antar arus kabel bawah tanah baik tipe multi core atau single

core dibatasi oleh ketentuan sebagai berikut :

Suhu tanah 30°C

Resistance panas jenis tanah 100°C

Digelar sendiri / hanya satu kabel

Kabel digelar sedalam 70 cm dibawah permukaan tanah

Suhu penghantar maksimum 90° C untuk kabel berisolasi XPLE dan 65° C

untuk kabel berisolasi PVC.

Jenis Kabel yang digunakan pada saluran kabel tanah adalah : NAAXSEY,

Multicore yang memiliki spesifikasi yang terlihat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3 Impedansi Kabel Tanah Dengan Penghantar NAAXSEY

A

(mm2)

R

(Ω/km)L

(mH/km)

C

(mf/km)

Impedansi

urutan positif

(Ω /km)

Impedansi

urutan Nol

(Ω/km)

150 0,206 0,33 0,26 0,206 + j 0,104 0,356 + j 0,312

240 0,125 0,31 0,31 0,125 + j0,097 0,275 +j0,029

300 0,100 0,30 0,34 0,100 + j0,094 0,250 + j0,282Sumber : SPLN 43-5-4_1995 Kabel Tanah Inti Tiga Berisolasi XLPE Dan Berselubung

12

2.2.3 Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM)

Untuk lebih meningkatkan keamanan dan keandalan penyaluran tenaga

listrik, penggunaan penghantar telanjang atau penghantar berisolasi setengah pada

konstruksi jaringan Saluran Udara Tegangan Menengah 20 kV, dapat

jugadigantikan dengan konstruksi penghantar berisolasi penuh yang dipilin.Isolasi

penghantar tiap phasa tidak perlu di lindungi dengan pelindung mekanis.Berat

kabel pilin menjadi pertimbangan terhadap pemilihan kekuatan beban kerja tiang

beton penopangnnya. Jenis kabel yang biasa digunakan pada saluran kabel udara

adalah kabel tanah tipe XPLE, N2XSEKBY, NA2XSEKBY,Twisted Cable.

Gambar 2.4 Kabel Udara Tegangan Menengah (KUTM)

(Sumber : Buku 5 PT. PLN Persero Nomor :606.K/DIR/2010)

2.2.3.1 Kemampuan Hantar Arus Penghantar Saluran Kabel Udara

Jenis Kabel yang biasa digunakan pada saluran kabel tanah adalah

N2XSEKBY / NA2XSEKBY yang memiliki spesifikasi seperti pada tabel 2.4.

13

Tabel 2.4 Tahanan, induktansi dan kapasitansi kabel isolasi XLPE : N2XSEKBY / NA2XSEKBY

Tegangan 12 / 20 kV.

∑

Penghantar Tahananpada AC

temp900C

Saat Operasi Maksimumkapasitas arus

temp 300C

Arus hubsingkatselama1 detikLuas

penampangCu/Al

Induktansi(L)

Kapasitansi(C)

di tanah di udara

mm2 Ohm/km mH/km mF/km Amp Amp kA

3 35 CU 0,6680 0,520 0,131 164 173 5,01

Al 1,1130 0,520 0,131 127 139 3,29

3 50 Cu 0,4940 0,497 0,143 194 206 7,15

Al 0,8220 0,497 0,143 148 161 4,70

3 70 Cu 0,3420 0,467 0,162 236 257 10,01

Al 0,5680 0,467 0,162 179 204 6,58

3 95 Cu 0,2470 0,445 0,180 283 313 13,59

Al 0,4110 0,445 0,180 214 242 8,93

3 120 Cu 0,1960 0,430 0,195 322 360 17,16

Al 0,3250 0,430 0,195 246 292 11,28

3 150 Cu 0,1590 0,414 0,213 362 410 21,45

Al 0,2650 0,414 0,213 264 313 14,10

3 185 Cu 0,1280 0,404 0,227 409 469 26,46

Al 0,2110 0,404 0,227 308 365 17,39

3 240 Cu 0,0980 0,382 0,263 474 553 34,32

Al 0,1620 0,382 0,273 358 425 22,56

3 300 Cu 0,0790 0,376 0,276 533 629 42,90

Al 0,1300 0,376 0,276 398 481 28,20Sumber : SPLN 43-5-2_1995 Kabel Pilin Udara Berisolasi XLPE dan Berselubung

2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi

Pada suatu sistem distribusi terdapat beberapa konfigurasi sistem distribusi

yang dapat digunakan dan diterapkan sesuai dengan kebutuhan sistem distribusi di

suatu tempat. Konfigurasi sistem distribusi dipilih berdasarkan pertimbangan yang

matang agar dapat menghasilkan suatu sistem yang optimal pada tempat di mana

14

konfigurasi sistem distribusi tersebut digunakan. Berikut merupakan enam jenis

konfigurasi sistem distribusi (Pabla, 2008) :

2.3.1 Sistem Radial

Jaringan pada sistem radial ini hanya terhubung pada satu sumber suplai.

Sehingga kemungkinan terjadinya gangguan pada sistem ini akan cukup sering

terjadi, terutama yang disebabkan oleh kegagalan transformator, kegagalan kabel

bawah tanah dan kegagalan pada saluran udara. Sehingga dapat disimpulkan

bahwa jika gangguan sering terjadi maka tingkat keandalan yang dimiliki sistem

ini juga akan menjadi semakin rendah. Untuk komponen seperti penyulang dan

transformator memiliki keterbatasan dalam menghadapi kegagalan yang terjadi,

namun hal tersebut masih dapat diprediksi. Recloser pada penyulang akan bekerja

secara sensitif terhadap beban. Sehingga sistem ini cocok digunakan pada beban

kecil.

Gambar 2.5 Konfigurasi sistem distribusi jaringan radial

(Sumber : Pabla, 2008)

2.3.2 Sistem Primary Loop

Sistem primary loop atau biasa disebut dengan sistem cincin terbuka.

Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem radial. Karena sistem ini diatur

dengan menambahkan sumber suplai, sehingga daya didapat dari dua penyulang.

Listrik mengalir ke konsumen melalui jalur tunggal dari kedua sisi sistem loop

pada saat yang bersamaan, tergantung pada status tutup atau buka dari

sectionalizers dan reclosers. Loop pada umumnya dioperasikan dengan saklar

sectionalizer terbuka. Setiap baris dari loop harus memiliki kapasitas yang cukup

15

untuk melayani semua beban sebagai langkah antisipasi bila terjadi gangguan

pada salah satu penyulang.

Gambar 2.6 Konfigurasi sistem distribusi jaringan primary loop

(Sumber : Pabla, 2008)

2.3.3 Sistem Selective Primary

Sistem selective primary menggunakan komponen dasar yang sama seperti

sistem primary loop. Setiap transformator dapat memiliki pasokan dari dua

sumber. Switching otomatis tegangan tinggi dipasang pada transformator sebelum

masuk ke konsumen. Dalam hal ini terjadi susut pada feeder, transfer daya ke

feeder kedua dilakukan secara otomatis sehingga durasi gangguan dapat dibatasi

hingga dua atau tiga detik. Skema ini biasanya digunakan bagi konsumen yang

menggunakan daya besar.

Gambar 2.7 Konfigurasi sistem distribusi jaringan selective primary

(Sumber : Pabla, 2008)

16

2.3.4 Sistem Secondary Selective

Sistem secondary selective menggunakan dua transformator pada sistem

jaringannya, masing-masing dipasang pada feeder primer yang terpisah dan

dengan switching tegangan rendah. Beban umumnya dibagi antara dua bus,

dengan kedua transformer yang terus menerus mengalirkan daya. Saklar beban tie

dari bus sekunder biasanya terbuka dan saling bertautan dengan saklar sekunder

dari feeder. Keandalan dari sistem ini lebih baik daripada dalam sistem selective

primary karena adanya redundansi tambahan transformer. Sistem ini umumnya

digunakan untuk industri besar dan lembaga-lembaga seperti rumah sakit.

Gambar 2.8 Konfigurasi sistem distribusi jaringan secondary selective

(Sumber : Pabla, 2008)

2.3.5 Sistem Jaringan Grid

Sistem jaringan grid menyediakan keandalan yang maksimum dari operasi

yang fleksibilitas. Dalam sistem ini beban disuplai dari beberapa penyulang

dengan transformator-transformator yang beroperasi secara paralel. Dalam

jaringan grid, tidak ada pemadaman pada pihak konsumen yang disebabkan oleh

jadwal pemeliharaan berkala pada sumber utama. Sistem jaringan grid dapat

menangani perubahan beban yang cepat dan gangguan yang berhubungan dengan

sistem motor besar, tanpa dimulai dengan adanya tegangan dips atau lonjakan.

Sebuah jaringan grid yang kuat cukup kaku dari kesalahan dalam satu unit

sehingga tidak mengganggu tegangan di luar batas toleransi beban sensitif. Sistem

ini merupakan sistem yang paling ekonomis dan efektif dalam melayani

kepadatan yang tinggi dalam hal penggunaan beban di kota-kota besar.

17

Gambar 2.9 Konfigurasi sistem distribusi jaringan grid

(Sumber : Pabla, 2008)

2.3.6 Sistem Jaringan Spot

Sistem ini mirip dengan sistem cincin tertutup. Pada bus tegangan rendah,

energi disalurkan oleh semua unit yang beroperasi secara paralel. Jika pada salah

satu penyulang terjadi gangguan, itu merupakan yang terisolasi oleh pengaman

pada penyulang. Switching untuk pemeliharaan penyulang primer dapat dilakukan

tanpa adanya gangguan ke konsumen. Pada sebuah jaringan spot, karena

keragaman penyulang dan transformer yang sangat handal, durasi pemadaman

sesaat dan panjang hampir tidak ada. Sistem jaringan spot umumnya digunakan di

kota besar atau wilayah beban dengan kepadatan yang tinggi untuk proses industri

yang besar.

Gambar 2.10 Konfigurasi sistem distribusi jaringan spot

Sumber : (Pabla, 2008)

18

2.4 Analisis Aliran Daya (Load Flow)

Analisis aliran daya juga sangat diperlukan dalam perencanaan

pengembangan sistem tenaga listrik pada masa yang akan datang. Hal tersebut

dapat dikaitkan dengan adanya penambahan beban baru, penambahan pembangkit

baru, hubungan interkoneksi dengan sistem daya lain, dan hubungan jaringan

transmisi baru. Dengan kata lain studi aliran daya sangat penting dilakukan untuk

menganalisis kelayakan operasi suatu sistem dalam keaadaan existing bila

dibandingkan dengan keadaan/ perencanaan sistem untuk masa yang akan datang.

Tujuan diadakannya studi aliran daya ialah untuk menentukan tegangan, arus,

daya aktif atau daya reaktif pada berbagai macam titik atau bus pada jaringan

listrik pada kondisi operasi normal (Stevenson, 1994). Ada empat langkah utama

dalam perhitungan aliran daya secara garis besar, yaitu (Sonixtus, 2008):

1. Menghitung dan menentukan 4 variabel wajib, yaitu: besarnya tegangan (V),

sudut fasa, daya aktif (P) dan daya reaktif (Q).

Menghitung dan membuat beberapa persamaan. Persamaan pertama dalam

perhitungan ini adalah persamaan yang menyatakan hubungan antara tegangan

(V), arus (I), daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) pada suatu bus i, yaitu :

i

iii V

jQPI

............................................................. (2.1)

dimana Vi* adalah conjugate tegangan dan bus i.

I, diberi tanda positif apabila mengalir ke bus i dan diberi tanda negatif apabila

mengalir meninggalkan bus.

Persamaan kedua yang dipakai adalah persamaan yang menggambarkan

hubungan antara besarnya arus di bus I, yaitu I dengan tegangan di semua bus

dalam sistem (bus j) melalui matriks.

n

jijji YVI

1

......................................................... (2.2)

dimana j = 1, 2, 3, ....n,

n adalah jumlah bus yang ada pada sistem, dan

Yij merupakan admitansi.

19

Arus yang ada di bus i yaitu li, harus dapat memenuhi persamaan 2.1 dan

persamaan 2.2. Hal ini dapat dilakukan sebagai berikut : Dari persamaan 2.1

didapat :

iiii IVjQP ...................................................... (2.3)

Nilai Ii dari persamaan 2.3 dimasukkan ke dalam persamaan 2.1 memberikan :

n

jijjiii YVVjQP

1 ........................................... (2.4)

dimana i = 1, 2, 3, …n

Jika bagian riil (Ri) dan bagian imajiner (Im) dipisahkan maka didapat :

ijjiii YVVRP ................................................. (2.5)

ijjimi YVVIQ ................................................ (2.6)

Selanjutnya daya nyata dan daya reaktif dapat dinyatakan sebagai berikut :

jiijjiij

n

jjii BGVVP

sincos1 ...... (2.7)

dimana i = 1, 2, 3, …n

jiijjiij

n

jjii BGVVP

cossin1 ...... (2.8)

Dengan menggunakan persamaan 2.7 dan 2.8 untuk n buah bus dalam sistem,

didapat 2n persamaan, sedangkan seperti yang telah disebutkan diatas, di

setiap bus ada 4 (empat) variabel, jadi diperlukan 4n persamaan untuk sistem

dengan n buah bus.

2. Di dalam proses menghitung 4n variabel yang terdapat pada n buah bus seperti

diuraikan di atas ada 2n persamaan. Untuk memecahkan persoalan ini, 2n

variable perlu ditentukan terlebih dahuhu sehingga 2n variabel yang lain dapat

dicari dengan menggunakan 2n persamaan yang ada. Penentuan 2n variable

berikutnya dilakukan dengan menentukan beberapa macam bus dalam sistem,

yaitu (Sulasno, 1993) :

20

1. Bus Beban (Load Bus)

Load bus biasanya disebut bus P,Q, karena besaran-besaran yang diketahui

adalah P dan Q, sedangkan besaran V dan tidak diketahui.

2. Bus Kontrol (Generator Bus)

Generator bus biasanya disebut bus P, V, dimana hanya besaran P dan V

saja yang diketahui, sedangkan besaran dan Q tidak diketahui.

3. Bus Ayun (Slack Bus)

Besaran-besaran yang diketahui dalam slackbus adalah V dan , dimana

biasanya bernilai nol ( = 0). Selama perhitungan aliran daya, besaran V

dan akan tetap dan tidak berubah. Slackbus akan selalu memiliki

generator dimana kapasitas daya yang dimiliki paling besar.

Selanjutnya, dikarenakan Persamaan 2.7 dan 2.8 masing-masing adalah

persamaan yang non-linear, maka dalam penyelesaiannya perlu dilakukan

proses iterasi sampai dengan mendekati batas nilai toleransi yang ditentukan.

Dalam menggunakan analisis aliran daya, seringkali digunakan satuan per unit

(pu) dalam memudahkan perhitungan dalam besaran sistem tenaga listrik,

yaitu arus, tegangan, daya dan impedansi. Besaran per unit dapat dihitung

dengan cara menentukan besaran dasar terlebih dahulu. Selanjutnya nilai per

unit bias dihitung dengan membagi nilai actual dengan nilai dasar.

base

actualpu N

NN

............................................................ (2.9)

dimana :

N = Besaran yang dicari (bias berupa arus, tegangan, daya maupun

impedansi)

Npu = Nilai besaran yang dicari (dalam satuan pu)

Nactual = Nilai besaran sebenarnya

Nbase = Nilai besaran awal yang ditentukan

2.4.1 Metode-Metode dalam Analisis Aliran Daya

Dalam analisis aliran daya, terdapat beberapa metode klasik yang sering

digunakan, antara lain sebagai berikut (Momoh, 2007):

21

1. Metode Gauss-Seidal

2. Metode Newton-Raphson

3. Metode Fast-Decouple

2.4.1.1 Analisis Aliran Daya dengan Metode Newton Raphson

Pada Metode Newton Raphson, slack bus diabaikan dari perhitungan

iterasi untuk menentukan tegangan-tegangan, karena besar dan sudut tegangan

pada slack bus telah ditentukan. Sedangkan pada generator bus , daya aktif dan

magnitude tegangan bernilai tetap, sehingga hanya daya reaktif yang dihitung

pada setiap iterasinya. Dalam analisis aliran daya, ada dua persamaan yang harus

diselesaikan pada tiap-tiap bus. Dalam penyelesaian iterasi pada metode Newton

Raphson, nilai dari daya aktif (Pp) dan daya reaktif (Qp) yang telah dihitung harus

dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan, dengan persamaan sebagai berikut:

(Agustini, 2010 ).

⎣⎢⎢⎢⎡∆∆…∆∆ ⎦⎥⎥⎥

⎤ =⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎡ ⋮ | | | |⋮ | | | |⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋮ | | | |⋮ | | | |⎦⎥⎥

⎥⎥⎥⎥⎤⎣⎢⎢⎢⎢⎡∆∆…∆∆ ⎦⎥⎥⎥⎥⎤ .............. (2.10)

Proses iterasi ini akan berlangsung sampai perubahan daya aktif (ΔPp) dan

perubahan daya reaktif (ΔQp) tersebut telah mencapai nilai konvergen (ε)

yang telah ditetapkan. Pada umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai

0,0001. Matrik Jacobian terdiri dari turunan parsial dari P dan Q terhadap

masing-masing variabel, besar dan sudut fasa tegangan. Besar dan sudut fasa

tegangan yang diasumsikan serta daya aktif dan daya reaktif yang dihitung

digunakan untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian. Setelah itu akan

diperoleh harga dari perubahan besar tegangan,∆| || | , dan perubahan sudut fasa

tegangan, Δδ. Secara umum persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut :

22

∆ = ∆∆ ................................................... ( 2.11)

P dan Q merupakan selisih daya (power mismatch) antara daya pembebanan

yang telah diketahui dengan daya yang diperoleh dari hasil perhitungan.

Persamaan untuk daya yang dihitung adalah :

= ∑ + ........................... (2.12)= ∑ + .......................... (2.13)

Sehingga selisih daya (power mismatch) yang terjadi adalah:

∆ = − ∑ + ........... (2.14)∆ = − ∑ + .......... (2.15)

2.5 Susut (Losses)

Susut energi adalah sejumlah energi yang hilang dalam proses pengaliran

energi listrik mulai dari Gardu Induk sampai dengan konsumen. Apabila tidak

terdapat Gardu Induk, susut dimulai dari Gardu distribusi sampai dengan

konsumen. Terjadinya susut atau rugi rugi energi pada sistem kelistrikan

merupakan salah satu acuan untuk mengetahui efesien atau tidaknya sistem

kelistrikan tersebut beroperasi. Susut energi selalu diukur dalam kurun waktu

tertentu, dan idealnya susut dihitung dalam kurun waktu satu tahun. Perhitungan

susut energi dilakukan dengan menghitung selisih antara daya yang dibangkitkan

dengan daya yang terjual. Karena itulah ukuran efisiensi pada sistem

ketenagalistrikan sangat berkaitan dengan susut yang terjadi dalam kurun waktu

tertentu, sebab susut sangat berpengaruh dengan jumlah energi yang hilang

dengan energi yang dibangkitkan. Adapun hal yang mempengaruhi susut energi

diantaranya adalah panjang penghantar, luas penampang penghantar, dan kawat

penghantar menjadi panas.

23

2.5.1 Jenis Susut

Ada dua jenis susut (losses) energi listrik, yaitu :

1. Berdasarkan sifatnya:

a. Susut Teknis, yaitu energi listrik yang dibangkitkan pada saat disalurkan

hilang karena berubah menjadi energi panas. Susut teknis ini tidak dapat

dihilangkan (fenomena alam).

b. Susut Non Teknis, yaitu energi listrik yang dikonsumsi pelanggan maupun

non pelanggan hilang karena tidak tercatat dalam penjualan.

2. Berdasarkan tempat terjadinya:

a. Susut Transmisi, yaitu energi listrik yang dibangkitkan hilangpada saat

disalurkan melalui jaringan transmisi ke gardu induk.

b. Susut Distribusi, yaitu hilangnya energi listrik yang didistribusikan dari

gardu induk melalui jaringan distribusi ke pelanggan.

2.5.2 Susut Energi pada Jaringan Distribusi

Dalam pendistribusian energi listrik, terjadi selisih antara jumlah energi

yang masuk ke jaringan (input) dan energi yang keluar dari jaringan (output).

Selisih itulah yang merupakan susut distribusi, yang terjadi secara alamiah dan

merupakan sejumlah energi yang tidak mungkin dimanfaatkan. Energi output

adalah energi yang diambil dari jaringan distribusi yang merupakan energi yang

dimanfaatkan. Energi output ini terdiri dari empat kelompok, yaitu energi yang

dimanfaatkan untuk pemakaian sendiri sistem distribusi, energi yang

dimanfaatkan oleh pelanggan, energi yang dimanfaatkan oleh pelanggan namun

tidak tercatat dan energi yang dimanfaatkan oleh pihak lain secara tidak sah.

Jumlah dua jenis output yang terakhir ini biasa disebut susut non teknis sedangkan

susut yang terjadi secara alamiah disebut susut teknis. Jadi susut nonteknik

sesungguhnya adalah output, namun dipandang dari sisi pengusahaan tenaga

listrik ia menjadi susut. Susut ini terjadi karena kekeliruan manusia, baik di sisi

pengguna tenaga listrik (yang tidak sah) ataupun di sisi pengusahaan (salah catat,

administratif). Jumlah dari susut teknis dan susut non teknis disebut susut total.

Kedua macam susut ini harus ditekan jumlahnya secara optimal karena susut di

24

jaringan merupakan pemborosan energi jika persentasenya terlalu besar. Jika susut

teknis dapat dihitung, maka selisih antara susut total dan susut teknis merupakan

susut non teknis. Perhitungan susut teknis dan non teknis juga dapat dilakukan

dengan menggunakan bantuan aplikasi program komputer, yang menyediakan

tampilan single line diagram dan juga simulasinya. Cara-cara ini harus didukung

dengan data jaringan dan data pembebanan yang akurat.

2.5.3 Susut Daya

Susut daya dipengaruhi oleh dua hal penting yaitu tahanan penghantar dan

arus beban. Arus beban sangat dipengaruhi oleh dua pola konsumsi energi listrik

pelanggan. Pada sektor industri fluktuasi konsumsi energi sepanjang hari akan

hampir sama, sehingga perbandingan beban puncak terhadap beban rata-rata

hampir mendekati 1 (satu), sedangkan pada pelanggan perumahan fluktuasi

konsumsi energi listrik sangat besar dengan perbedaan yang signifikan antara

konsumsi energi listrik pada siang hari dan malam hari.

Perhitungan rugi daya dilakukan pada bagian sistem yang datanya sudah

diketahui pasti seperti pada saluran transmisi dan distribusi. Dalam perhitungan

susut daya perlu mengasumsikan arus beban sepanjang penghantar, sebesar

peramalan beban yang diukur pada ujung jaringan kirim. Untuk persamaan susut

daya dapat di uraikan sebagai berikut ( Daniel, 2008 ):= 100% ............. (2.16)

2.5.4 Load Factor

Ada parameter yang harus dianalisis terlebih dahulu sebelum membahas

mengenai analisis load factor. Adapun persamaan yang akan digunakan dalam

analisis Load Factor adalah sebagai berikut:

1. Beban Rata-Rata

Beban rata-rata (Br) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang

terpakai (kWh) dengan waktu. Atau dituliskan menurut persamaan 1 periode

harian :

25

= ............................. (2.17)

2. Load Factor

Faktor beban (load factor) didefinisikan sebagai perbandingan antara beban

rata-rata dengan beban puncak yang diukur untuk suatu periode waktu

tertentu. Beban puncak yang dimaksud adalah beban puncak sesaat atau beban

puncak rata-rata dalam interval tertentu, pada umumnya dipakai beban puncak

pada waktu 15 menit atau 30 menit. Untuk prakiraan besarnya faktor beban

pada masa yang akan datang dapat didekati dengan data statistik yang ada.

Dari definisi faktor beban dapat dituliskan menurut persamaan berikut:= ( )( ) .............................................. (2.18)

Pada persamaan tersebut beban rata-rata akan selalu bernilai lebih kecil dari

kebutuhan maksimum atau beban puncak, sehingga faktor beban akan selalu

lebih kecil dari 1 (satu).

2.5.5 Loss Factor

Perhitungan susut energi tahunan secara empiris dapat dilakukan dengan

menggunakan konstanta yang disebut dengan loss factor. Loss factor ditentukan

dari pola beban harian pada sistem yang akan diteliti. Loss factor dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut:= 0.15 + (1 − 0.15 ) ......................... (2.19)

Dimana:

FLS = Loss factor

FLD = Load factor

2.5.6 Susut Energi

Untuk perhitungan susut energi digunakan persamaan dengan parameter

rugi tembaga dan rugi beban kuadrat. Rugi tembaga atau rugi-rugi lainnya

berbanding lurus dengan kuadrat beban dan dengan adanya kurva beban dengan

waktu atau kurva lamanya pembebanan, maka dapatlah dibuat kurva rugi daya

dibagi waktu atau kurva lamanya rugi daya dimana setiap ordinatnya berbanding

26

lurus dengan kuadrat setiap ordinat kurva bebannya. Dari kurva lamnya rugi daya,

dapat pula ditentukan rugi daya rata-ratanya selama periode tersebut. Luas dari

kurva lamanya rugi daya merupakan rugi energi selama periode tersebut. Dalam

perhitungan rugi energi sebaiknya dipakai faktor rugi yaitu perbandingan antara

rugi daya rata-rata dan rugi daya pada beban puncak dalam periode tertentu. Jadi

rugi daya rata-rata (susut energi) adalah:

Susut energi = Rugi Daya pada Beban Puncak × Loss Factor × 8760 ........ (2.20)

dimana:

8760 merupakan jumlah jam dari periode tersebut (satu tahun)

2.6 Keandalan Sistem Distribusi

Keandalan sistem distribusi merupakan tingkat keberhasilan suatu sistem

distribusi untuk dapat menghasilkan hasil yang lebih baik pada periode waktu dan

dalam kondisi operasi tertentu. Untuk menentukan tingkat keandalan dari suatu

sistem distribusi, harus diadakan analisis maupun perhitungan terhadap tingkat

keberhasilan kinerja dari sistem yang akan ditinjau pada periode waktu tertentu

kemudian membandingkannya dengan standar yang ditetapkan sebelumnya.

Struktur jaringan tegangan menengah memegang peranan penting dalam

menentukan keandalan penyaluran tenaga listrik karena jaringan yang baik

memungkinkan dapat melakukan manuver tegangan, yaitu dengan

mengalokasikan beban pada jaringan yang mengalami gangguan ke jaringan lain

yang tidak mengalami gangguan.

Kontinuitas pelayanan tergantung kepada berbagai jenis sarana penyalur

dan peralatan pengaman. Jaringan distribusi sebagai sarana penyalur tenaga listrik

mempunyai tingkat kontinuitas yang tergantung kepada susunan saluran dan cara

pengaturan operasinya. Tingkat kontinuitas pelayanan dari sarana penyalur

disusun berdasarkan berapa lama waktu atau durasi dalam upaya menghidupkan

kembali suplai setelah mengalami gangguan. Ada 3 (tiga) macam tingkatan

keandalan dalam pelayanan, yaitu ( Billinton,1996 ) :

1. Keandalan sistem yang rendah (Low Reliability System). Pada kondisi normal,

sistem akan menyediakan kapasitas yang cukup untuk memberikan daya pada

27

saat beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Akan tetapi bila terjadi

suatu gangguan pada jaringan, sistem sama sekali tidak bisa melayani beban

tersebut. Jadi perlu diperbaiki terlebih dahulu. Pada sistem ini peralatan-

peralatan pengamannya relatif sangat sedikit jumlahnya.

2. Keandalan sistem yang menengah (Medium Reliability System). Pada kondisi

normal, sistem akan menyediakan kapasitas yang cukup untuk memberikan

daya pada beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Jika terjadi

gangguan pada jaringan, sistem tersebut masih dapat melayani sebagian dari

beban meskipun dalam kondisi beban puncak. Jadi pada sistem ini terdapat

peralatan pengaman yang cukup banyak untuk mengatasi serta menanggulangi

gangguan – gangguan tersebut.

3. Keandalan sistem yang tinggi (High Reliability System). Pada kondisi normal,

sistem akan menyediakan kapasitas yang cukup untuk memberikan daya pada

beban puncak dengan variasi tegangan yang baik. Jika terjadi gangguan pada

jaringan, maka sistem ini tentu saja memerlukan beberapa peralatan pengaman

yang cukup banyak untuk menghindari berbagai macam ganngguan pada

sistem.

2.6.1 Indeks Keandalan

Indeks keandalan dapat dievaluasi dengan menggunakan konsep-konsep

klasik yaitu tingkat kegagalan, durasi pemadaman rata-rata dan durasi pemadaman

rata-rata tahunan. Perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa mereka bukan nilai-nilai

deterministik, rata-rata nilai dari suatu probabilitas distribusi yang mendasari dan

karenanya hanya mewakili nilai-nilai jangka panjang. Meskipun tiga indeks utama

adalah fundamental penting, mereka tidak selalu memberikan representasi

lengkap dari perilaku sistem dan respon. Untuk Misalnya, indeks yang sama akan

dievaluasi terlepas dari apakah satu pelanggan atau 100 pelanggan yang terhubung

ke titik beban atau apakah beban rata-rata di titik beban adalah 10 kW atau 100

MW. Dalam rangka untuk mencerminkan keparahan atau signifikansi terjadi

pemadaman sistem, indeks keandalan tambahan dapat dan sering yang dievaluasi.

.Indeks kegagalan titik beban yang biasanya digunakan meliputi tingkat kegagalan

28

λ (kegagalan/ tahun), rata-rata waktu keluar (outage) r (jam/kegagalan) dan rata-

rata ketidaktersediaan tahunan U (jam/tahun) ( Billinton, 1996 ).

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 2.11.

Gambar 2.11 Sistem Seri

Sumber: (Billinton, 1996)

Sistem yang ditunjukkan pada gambar 2.11 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 maka (Billinton, 1996):= + ..................................................... (2.21)= ................................................... (2.22)= .................................................... (2.23)

Untuk n komponen maka persamaan menjadi:= ∑ ...................................................... (2.24)= ∑∑ ....................................................... (2.25)= .................................................... (2.26)

Keterangan:

λA : Laju kegagalan komponen A (fault/year)

λB : Laju kegagalan komponen B (fault/year)

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

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

λSYS : Laju kegagalan sistem (fault/year)

rSYS : Rata-rata waktu keluar(outage time) system (hours/fault)

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

A B

29

Blok diagram untuk sistem paralel dengan 2 (dua) komponen ditunjukkan

pada gambar 2.12 sebagai berikut :

Gambar 2.12 Sistem Paralel

Sumber : (Billinton, 1996)

Kalau dua komponen parelel maka:= ........................................................... (2.27)

Sedangkan laju kegagalan sistem paralel adalah := . ( . )( . ) ( . )..................................... (2.28)

Berbeda dengan sistem seri, persamaan sistem parallel 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.

Nilai rata-rata dari ketiga indeks titik beban dasar untuk titik beban x dapat

dihitung dari sejarah operasi (up-down) dari titik beban dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut ( Billinton, 1996 ) :

1. SAIFI (System Average Interruption Frequency Index). Merupakan ukuran

jumlah rata-rata dari gangguan yang terjadi dalam satu tahun dan ditetapkan

ke dalam bentuk persamaan := ℎ ℎ= ∑ .∑ ..............................................................................(2.29)

2. SAIDI (System Average Interruption Duration Index). Merupakan waktu

kegagalan rata-rata dalam satu tahun untuk tiap pelanggan dan ditetapkan ke

dalam bentuk persamaan := ℎ ℎ

A

B

30

= ∑ .∑ ............................................................................(2.30)

3. CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index). Merupakan lama

rata-rata dari sebuah gangguan yang pernah dialami oleh pelanggan dan

ditetapkan ke dalam bentuk persamaan := ℎ ℎ= ∑ .∑ ............................................................................(2.31)

4. CAIFI (Customer Average Interrruption Frequency Index). Merupakan lama

rata-rata dari gangguan pada pelanggan yang pernah mengalami gangguan

paling tidak satu kali dan ditetapkan ke dalam persamaan berikut := ℎℎ= ∑ .∑ .............................................................................(2.32)

5. MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index). Merupakan

frekuensi pemadaman rata-rata untuk tiap konsumen dalam kurun waktu

setahun yang disebabkan oleh gangguan sesaat dan ditetapkan ke dalam

persamaan berikut := ∑ .∑ ............................................................................(2.33)

6. ASAI (Average System Availability Index). Disebut juga sebagai System

Reliability Index dan ditetapkan ke dalam bentuk persamaan := ...................................................................... (2.34)

7. ASUI (Average System Unavailability Index).= 1 − = .......................................................... (2.35)

Kegunaan dari informasi indeks keandalan sistem yang paling umum

meliputi:

1. Menyediakan sejarah keandalan dari sirkit individu untuk didiskusikan dengan

pelanggan sekarang atau calon pelanggan.

31

2. Untuk mengidentifikasi subsistem dan sirkit dengan capaian di bawah standar

dan untuk memastikan penyebabnya.

3. Menyediakan data capaian yang penting bagi suatu pendekatan probabilistik

untuk studi keandalan sistem distribusi.

4. Melengkapi manajemen dengan data capaian mengenai mutu layanan

pelanggan untuk masing-masing area operasi.

5. Melengkapi manajemen dengan data capaian mengenai mutu layanan

pelanggan pada sistem listrik secara keseluruhan.

6. Menyediakan suatu basis untuk menetapkan ukuran-ukuran kesinambungan

layanan.

7. Memenuhi syarat pelaporan pengaturan.

Standar nilai untuk indeks keandalan, dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 2.5 Standar Indeks Keandalan

Indeks StandarSAIFI 3.2 kali/tahunSAIDI 21 jam/tahun

Sumber : (SPLN 68-2 : 1986)

2.7 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 :

= .......................................................................... (2.36)

Dimana :

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 umur dari sistem atau

peralatan listrik selama beroperasi.

32

2.8 Metode Section Technique

Section Technique merupakan suatu metode terstruktur untuk menganalisa

suatu sistem. Metode ini dalam mengevaluasi keandalan sistem distribusi

didasarkan pada bagaimana suatu kegagalan dari suatu peralatan mempengaruhi

operasi sistem. Efek atau konsekuensi dari gangguan individual peralatan secara

sistematis diidentifikasi dengan penganalisaan apa yang terjadi jika gangguan

terjadi. Kemudian masing-masing kegagalan peralatan dianalisa dari semua titik

beban (load point). Pendekatan yang dilakukan dari bawah ke atas dimana yang

dipertimbangkan satu mode kegagalan pada suatu waktu.

Dalam metode Section Technique diasumsikan kegagalan peralatan tidak

saling berhubungan, peralatan masing-masing dapat dianalisa secara terpisah. Jika

kegagalan perlatan saling dihubungkan, maka perhitungan keandalan sistem

menjadi lebih kompleks. Maka untuk menyederhanakan perhitungan tersebut

dengan mengasumsikan bahwa setiap kegagalan tidak saling berhubungan

Indeks keandalan yang dihitung adalah indeks-indeks titik beban (load

point) dan indeks-indeks sistem baik secara section maupun keseluruhan. Indeks

load point antara lain:

a. Frekuensi gangguan (failure rate) untuk setiap load point λLP, merupakan

penjumlahan laju kegagalan semua peralatan yang berpengaruh terhadap load

point, dengan persamaan:= ∑ .................................................. (2.37)

Dimana:

λi = laju kegagalan untuk peralatan K

K = semua peralatan yang berpengaruh terhadap load point

b. Lama/durasi gangguan tahunan rata-rata untuk load point ULP, dengan

persamaan: = ∑ = ∑ .......................... (2.38)

Dimana:

rj = waktu perbaikan (repairing time atau switching time)

Berdasarkan indeks-indeks load point ini, diperoleh sejumlah indeks

keandalan untuk mengetahui indeks keandalan sistem secara keseluruhan yang

33

dapat dievaluasi dan bisa didapatkan dengan lengkap mengenai kinerja sistem.

Indeks-indeks ini adalah frekuensi dan lama pemadaman rata-rata tahunan.

2.9 Konsep Pendekatan Teknik

Konsep dan mendekatan teknik ini adalah salah satu metode yang

digunakan untuk meningkatkan keandalan sistem distribusi, yaitu dengan

menempatkan recloser disuatu lokasi tertentu pada jaringan tersebut. Recloser

ditempatkan di jaringan distribusi dengan beberapa tujuan yang berbeda

diantaranya untuk mengisolasi seksi yang terganggu, rekonfigurasi jaringan dan

lainnya yang secara umum akan memperbaiki keandalan. Metode yang digunakan

dalam menentukan lokasi recloser secara optimal ini didasarkan pada evaluasi

indeks-indeks keandalan dari suatu sistem distribusi secara umum. Beberapa hal

yang perlu diperhatikan dalam penerapan metode ini adalah sebagai berikut:

1. Sistem tidak perlu disederhanakan/direduksi, dan hanya direpresentasikan

secara sederhana dengan menggunakan cabang-cabangnya, komponen-

komponennya, titik supply dan titik beban/load point.

2. Untuk setiap komponen diperlukan data keandalan yang relevan seperti :

tingkat kegagalan (failure rate), waktu perbaikan (repair time), dan waktu

switching (switching time).

3. Recloser diperlakukan sebagai komponen sistem dan alokasinya disesuaikan

dengan konfigurasi jaringan untuk memisahkan load point.

Prosedur dasar dari metode pendekatan ini dimulai dengan memodelkan

jaringan yang dianalisa. Topologi sistem direpresentasikan dengan cabang-

cabang sistem. Suatu cabang didefinisikan sebagai satu set komponen yang

terhubung seri dan berujung pada dua busbar. Setiap cabang dan semua komponen

yang diperhitungkan perlu diidentifikasikan, antara lain : jumlah cabang dan

ujung cabang, Jumlah komponen, jumlah supply point, load point yang akan

dianalisa dan jumlah tie-switch normally open serta data pelanggan dan data daya

listrik dan keandalan untuk tiap komponen.

Berdasarkan pertimbangan ekonomis dan konfigurasi jaringan, selanjutnya

recloser ditempatkan di calon lokasi-lokasi yang diusulkan. Pada setiap perubahan

34

lokasi dan/atau jumlah recloser, indeks-indeks keandalan dihitung. Perhitungan

dilakukan untuk setiap calon lokasi, sehingga akhirnya prioritas penempatan yang

optimal dapat diperoleh (Ying He, dkk, 1999).

Struktur algoritma dari pendekatan ini adalah sebagai berikut :

a. Masukkan data jaringan, data konsumen, data daya listrik dan data keandalan

komponen.

b. Konfigurasi jaringan dan jumlah recloser yang diinvestasikan merupakan

batasan yang harus diperhatikan untuk menentukan keandalan sistem.

c. Untuk setiap kegagalan pada setiap load point tentukan indeks keandalan

sistem. Pada setiap gangguan pada salah satu load point, lakukan :

1. Hitung indeks keandalan load point.

2. Ulangi untuk setiap kegagalan dan untuk setiap load point.

3. Untuk menentukan indeks keandalan sistem, jumlahkan semua indeks

keandalan load point.

d. Ubah lokasi recloser sesuai konfigurasi jaringan dan lanjutkan kelangkah (c).

e. Ulangi untuk setiap lokasi recloser yang mungkin.

f. Tentukan solusi optimal dengan membandingkan indeks-indeks keandalan

yang diperoleh untuk setiap lokasi recloser yang mungkin.

2.10 Rekonfigurasi Jaringan

Rekonfigurasi jaringan (Network Reconfiguration) merupakan suatu usaha

merubah bentuk konfigurasi jaringan distribusi dengan mengoperasikan

pensakelaran terkontrol jarak jauh (switching remotely controlled) pada jaringan

distribusi tanpa menimbulkan akibat yang beresiko pada operasi dan bentuk

sistem jaringan distribusi secara keseluruhan. Dalam kondisi operasi normal,

rekonfigurasi jaringan dilakukan karena dua alasan (Zimmerman, 2005) :

1. Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem (loss reduction).

2. Mendapatkan pembebanan yang seimbang untuk mencegah pembebanan

yang berlebih pada jaringan (load balancing).

35

2.11 Generator Set

Generator set adalah salah satu jenis pembangkit listrik tenaga diesel

dalam kapasitas kecil hingga sedang yang biasanya digunakan di sisi konsumen

(end-user) sebagai sumber energi listrik cadangan jika sumber listrik utama

mengalami gangguan atau padam. Secara garis besar generator set dapat dibagi

menjadi dua bagian yaitu (Suhana, 2002):

1. Penggerak mula (motor diesel)

2. Generator

Motor diesel adalah bagian yang akan menghasilkan energi mekanik

(prime over) hasil dari proses pembakaran, selanjutnya akan memutar poros yang

terhubung dengan generator sehingga akhirnya menghasilkan energi listrik. Motor

ini menggunakan bahan bakar diesel sehingga motor jenis ini disebut juga dengan

motor diesel. Sedangkan untuk generator konstruksinya sama dengan generator

pada umumnya prinsip kerjanyapun sama memanfaakan medan magnet untuk

mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, ukuran generator pun beraneka

ragam tergantung kemampuannya menghasilkan daya listrik

Gambar 2.13 Pemnggunaan Generator set sebagai daya cadangan

(Sumber : Mullin, 2002)

Gambar 2.13 menunjukan pengguaan sebuah generator set sebagai daya

cadangan, ketika sumber daya utama mengalami pemadaman maka generator set

akan menyuplai beban. Generator set membutuhkan beberapa detik ( + 8 detik)

hingga siap untuk dibebani atau tidak dapat menyuplai beban seketika.

Pemindahan daya dari sumber utama melalui sebuah transfer device yang dapat

bekerja secara otomatis maupun manual. Ketika sumber utama kembali normal

36

maka generator akan terputus dari beban selanjutnya dimatikan, generator set

tidak dapat dimatikan seketika karena generator set membutuhkan waktu untuk

colling down, waktu yang dibutuhkan sekitar 120 detik (Suhana, 2002). Generator

set menurut rating-nya dapat dibagi menjadi tiga yaitu :

1. Continous yaitu jika generator set tersebut digunakan terus menerus (24 jam)

2. Prime yaitu jika generator set tersebut digunakan secara regular (missal 2 jam

sehari)

3. Standby yaitu jika generator set hanya digunakan bila sumber utama

mengalami gangguan atau padam.

Pada pabrik-pabrik yang menggunakan daya listrik yang besar biasanya

memiliki generator set lebih dari satu sebagai daya cadangan. Dalam pemilihan

generator set, penggunaan beberapa generator set kecil lebih menguntungkan

dibandingkan dengan satu generator set yang memiliki daya yang besar karena

(Hendaraningsih, 2004):

1. Daya cadangan selalu tersedia ketika salah satu unit sedang dalam perawatan

2. Kemungkinan tidak start-nya seluruh mesin sangat kecil dibandingkan satu

unit besar.

3. Memungkinkan peningkatan kapasitas langkah demi langkah yang

dibutuhkan.