mcb dan pmt
DESCRIPTION
MCB PMTTRANSCRIPT
-
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebijakan Energi Nasional bertujuan untuk menyediakan energi
listrik serta pelayanan terus-menerus dan merata dengan mutu dan
tingkat keandalan secara terus-menerus yang memadai, dalam jumlah
yang cukup untuk keperluan masyarakat dengan harga yang terjangkau
untuk mendorong pertumbuhan ekonomi nasional dan meningkatkan
taraf hidup masyarakat. Pemerintah perlu meningkatkan pemasokan
energi listrik guna memacu pertumbuhan ekonomi sehubungan dengan
hal ini banyak sarana kelistrikkan seperti pembangkitan, trasmisi dan
distribusi tenaga listrik yang sedang dan akan dibangun.
Permasalahan yang paling mendasar pada distribusi daya listrik
adalah pada mutu, kontinuitas dan ketersedian pelayanan daya listrik
pada pelanggan. Penggunaan evaluasi keandalan sistem pada jaringan
distribusi primer 20 kV merupakan salah satu faktor yang penting untuk
menentukan segala langkah yang menjamin penanganan secara benar
permasalahan yang mendasar tersebut, sehingga dapat diantisipasi
terjadinya gangguan distribusi yang disebabkan karena menurunnya
tingkat keandalan melampaui batas yang memadai atau karena
kurangnya pemeliharaan, yang akan berakibat pada memendeknya umur
dari peralatan yang bersangkutan
Untuk mengetahui keandalan suatu penyulang maka ditetapkan
suatu indeks keandalan yaitu besaran untuk membandingkan penampilan
suatu sistem distribusi. Indeks-indeks keandalan yang sering dipakai
dalam suatu sistem distribusi adalah SAIFI (System Average
Interruption Frequency Index), SAIDI (System Average Interruption
Frequency Index), CAIDI (Customer Average Interruption Frequency
Index), ASAI (Average Service Availability Index). Indeks keandalan
pada dasarnya adalah suatu angka atau parameter yang menunjukkan
tingkat pelayanan atau tingkat keandalan dari pada suplai tenaga listrik
kekonsumen. Selama ini untuk menghitung nilai-nilai indeks keandalan ,
dilakukan dengan cara-cara yang konvensional, sehingga data-data yang
diperoleh tidak akurat untuk menunjukkan keadaan yang sebenarnya
terjadi di lapangan
-
Untuk memperbaiki keandalan suatu sistem tenaga listrik dengan
mengurangi frekuensi dan durasi gangguan. Pada frekuensi gangguan,
PLN telah melakukan pemeliharaan jaringan secara preventif sehingga
jumlah gangguan dapat dikurangi. Sedangkan untuk durasi gangguan,
telah disadari pentingnya otomasi sistem distribusi. Salah satunya
dengan memasang Sectionalizer. Sectionalizer berfungsi untuk
melokalisir seksi penyulang yang terganggu tetapi seksi penyulang yang
lain tetap menyalurkan energi listrik ke beban. Hal ini dimaksudkan
untuk meningkatkan pelayanan pada konsumen dengan cara melokalisir
gangguan dan mempercepat pencarian gangguan, terutama daerah
pelanggan VIP, industri dan bisnis.
1.2. Permasalahan dan Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini akan dikemukakan tentang :
1. Menghitung Indeks Keandalan SAIFI, SAIDI dan CAIDI
berdasarkan laju kegagalan dan waktu perbaikan rata-rata serta
jumlah konsumen pada setiap titik beban(load point).
2. Berdasarkan indeks keandalan dapat diketahui lokasi-lokasi
pada penyulang yang memerlukan perbaikan keandalannya.
3. Angka keluar untuk standar perbaikan dan gangguan mengacu
pada standar yang dipergunakan oleh PT. PLN (Persero)
1.3. Tujuan Pembahasan
Tujuan dari tugas akhir ini yaitu :
1. Mengidentifikasi mode kegagalan
2. Menghitung Indeks-indeks keandalan
3. Mengevaluasi usaha tindakan perbaikan atau pencegahan
terhadap mode kegagalan.
1.4. Metodologi
Dalam tugas akhir ini digunakan metode sebagai berikut :
1. Studi literatur
Meliputi studi definisi keandalan dan petunjuk matematis
untuk keandalan sistem tenaga listrik, metoda pengerjaan
FMEA.
-
2. Pengumpulan data
Meliputi pengumpulan struktur jaringan distribusi primer
20 kV, data nilai laju kegagalan (failure rate), waktu
perbaikan rata-rata, mode kegagalan, potential efek
kegagalan peralatan yang ada di jaringan distribusi primer
20 KV
3. Pengolahan dan analisa data
Perhitungan Indeks Keandalan pada setiap titik beban,
berdasarkan laju kegagalan dan waktu perbaikan setiap
seksi sepanjang penyulang jaringan distribusi. Dengan
menggunakan metode ini maka dapat diketahui lokasi-
lokasi mana pada jaringan yang perlu diperbaiki
keandalannya. Baik melalui pemeliharaan jaringan maupun
otomasisasi sistem
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini
adalah :
BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi latar belakang, perumusan dan batasan
masalah, tujuan penelitian, metodologi yang digunakan,
sistematika penulisan, serta relevansi.
BAB II : SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV
Bab ini berisi tentang dasar teori yang digunakan dan
menjadi ilmu penunjang bagi peneliti, berkenaan dengan
masalah yang ingin diteliti yang berkaitan dengan sistem
operasi sistem distribusi, peralatan pengaman, serta macam
gangguan di jaringan.
BAB III : KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV
Bab ini membahas tentang teori dan konsep dasar
keandalan, Indeks keandalan sistem distribusi 20 KV,
penjelasan metode Failure Modes and Effects Analysis
(FMEA) dan contoh penerapannya pada jaringan distribusi
20 KV yang sederhana
-
BAB IV : EVALUASI KEANDALAN JARINGAN DISTRIBUSI
20 KV DENGAN PENENTUAN LOKASI DAN
JUMLAH SECTIONALIZER
Bab ini berisi mengenai Perhitungan Indeks Keandalan
menggunakan metode FMEA pada setiap titik beban (Load
Point) sepanjang penyulang 20 KV, perhitungan Indeks
Relatif CAIDI, penerapan metode FMEA dengan lokasi
mode kegagalan yang berbeda, dan Upaya peningkatan
keandalan
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari seluruh hasil penelitian dan
juga berisi saran-saran yang berhubungan dengan evaluasi
keandalan jaringan distribusi 20 kv menggunakan metode
failure modes and effects analysis (fmea)
1.6. Relevansi
Dari hasil evaluasi keandalan pada jaringan distribusi primer 20 KV
dengan menggunakan metode FMEA (Failure Modes And Effects
Analysis) diharapkan dapat diketahui keandalannya pada proses
penyaluran serta pelayanan tenaga listrik dari pembangkitan ke
konsumen. Dengan diketahui tingkat kegagalan dari masing-masing
peralatan listrik terutama pada peralatan pengaman pada jaringan
distribusi primer 20 KV, maka masalah-masalah gangguan pada
pendistribusian tenaga listrik yang mempengaruhi kualitas listrik dapat
dikurangi
-
BAB II
SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV
2.1 Deskripsi Sistem Tenaga Listrik
Pada umumnya suatu sistem tenaga listrik yang lengkap
mengandung empat unsur Pertama, adanya suatu unsur pembangkit
tenaga listrik. Tegangan yang dihasilkan oleh pusat tenaga listrik itu
biasanya merupakan tegangan menengah (TM). Kedua, suatu sistem
transmisi, lengkap dengan gardu induk. Karena jaraknya yang biasanya
jauh, maka diperlukan penggunaan tegangan tinggi (TT), atau tegangan
extra tinggi (TET). Ketiga, adanya saluran distribusi, yang biasanya
terdiri atas saluran distribusi primer dengan tegangan menengah (TM)
dan saluran distribusi sekunder dengan tegangan rendah (TR). Keempat,
adanya unsur pemakaian atas utilisasi, yang terdiri atas instalasi
pemakaian tenaga listrik. Instalasi rumah tangga biasanya memakai
tegangan rendah, sedangkan pemakai besar seperti industri
mempergunakan tegangan menengah atau tegangan tinggi. Gambar 2.1
memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik.
Energi listrik dibangkitkan pada pembangkit tenaga listrik (PTL)
yang dapat merupakan suatu pusat listrik tenaga uap (PLTU), pusat
listrik tenaga air (PLTA), pusat listrik tenaga gas (PLTG), pusat listrik
tenaga diesel (PLTD), ataupun pusat listrik tenaga nuklir (PLTN). PTL
biasanya membangkitkan energi listrik pada tegangan menengah (TM),
yaitu pada umumnya antara 6 dan 20 KV.
Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bilamana PTL terletak
jauh dari pemakai, maka tenaga listrik itu perlu diangkut melalui saluran
transmisi, dan tegangannya harus dinaikkan dari TM menjadi tegangan
tinggi (TT). Pada jarak yang sangat jauh malah diperlukan tegangan
ekstra tinggi (TET). Menaikkan tegangan itu dilakukan di gardu induk
(GI) dengan mempergunakan transformator penaik (step-up
transformer).
Mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan
suatu industri atau kota, tegangan tinggi diturunkan menjadi tegangan
menengah (TM). Hal ini juga dilakukan pada suatu GI dengan
mempergunakan transformator penurun (step down transformer). Di
Indonesia tegangan menengah adalah 20 KV. Saluran 20 KV ini
menelusuri jalan-jalan di seluruh kota, dan merupakan sistem distribusi
primer.
-
Di tepi-tepi jalan, biasnya berdekatan dengan persimpangan
terdapat gardu-gardu distribusi (GD). Yang mengubah tegangan
menengah menjadi tegangan rendah melalui transformator distribusi.
Melalui tiang-tiang listrik yang terlihat di tepi jalan, tenaga listrik
tegangan rendah disalurkan kepada konsumen. Di Indonesia, tegangan
rendah adalah 220/380 volt, dan merupakan sistem distribusi sekunder.
Gambar 2.1 1
Sistem Tenaga Listrik
1 Abdul Kadir, Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik, Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, 2000. hal 5
-
2.2 Sistem Operasi Jaringan Distribusi
Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik
secara keseluruhan, sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan
tenaga listrik dari sumber daya besar (Bulk Power Source) sampai ke
konsumen.
Pada umumnya sistem distribusi tenaga listrik di Indonesia terdiri
atas beberapa bagian, sebagai berikut :
Gardu Induk (GI)
Saluran Tegangan Menengah (TM)/ Distribusi Primer
Gardu Distribusi (GD)
Saluran Tegangan Rendah (TR)
Gardu induk akan menerima daya dari saluran transmisi
kemudian menyalurkannya melalui saluran distribusi primer menuju
gardu distribusi. Sistem jaringan distribusi terdiri dari dua buah bagian
yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder.
Jaringan distribusi primer umumnya bertegangan tinggi (20 KV atau 6
KV). Tegangan tersebut kemudian diturunkan oleh transformator
distribusi pada gardu distribusi menjadi tegangan rendah (220 atau 380
volt) untuk selanjutnya disalurkan ke konsumen melalui saluran
distribusi primer.
2.2.1 Gardu Induk Pada Sistem Distribusi
Gardu Induk adalah suatu instalasi, terdiri dari peralatan listrik
yang berfungsi untuk :
1. Transformasi tenaga listrik tegangan tinggi yang satu ke
tegangan tinggi yang lainnya atau ke tegangan menengah.
2. Pengukuran, pengawasan operasi serta pengaturan pengamanan
dari sistem tenaga listrik.
3. Pengaturan daya ke gardu-gardu induk lain melalui tegangan
tinggi dan gardu-gardu distribusi melalui feeder tegangan
menengah.
Peralatan dan fasilitas penting yang menunjang untuk
kepentingan pengaturan distribusi tenaga listrik yang ada di Gardu Induk
adalah :
-
a. Sisi Tegangan Tinggi
- Transformator Daya
- Pemutus Tenaga (CB)
- Saklar Pemisah (DS)
- Pengubah transformator Berbeban
- Transformator Arus (CT)
- Transformator Tegangan (PT)
b. Sisi Tegangan Menengah
- Pemutus Tenaga trafo (incoming circuit Breaker)
- Pemutus Tenaga Kabel (outgoing Circuit Breaker)
- Trafo Arus (CT)
- Trafo Tegangan (PT)
c. Peralatan Kontrol
- Panel Kontrol
- Panel Relay
- Meter-meter pengukuran
2.2.2 Sistem Distribusi Primer
Sistem distribusi primer merupakan bagian dari sistem distribusi
yang berfungsi untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik
dari pusat suplai daya besar (Bulk Power Source) atau disebut gardu
induk ke pusat-pusat beban. Sistem distribusi primer atau sistem
distribusi tegangan menengah tersususn oleh penyulang utama (main
feeder) dan penyulang percabangan (lateral). Jaringan distribusi di
Indonesia adalah jaringan distribusi bertegangan 20 KV.
2.2.3 Sistem Distribusi Sekunder
Sistem distribusi sekunder merupakan bagian dari sistem
distribusi, yang bertugas mendistribusikan tenaga listrik secara langsung
dari trafo distribusi ke pelanggan. Jaringan distribusi sekunder di
Indonesia adalah jaringan distribusi bertegangan 220/380 Volt.
Untuk selanjutnya pada pembahasan tugas akhir ini, sistem
distribusi yang dimaksud adalah sistem distribusi primer atau sistem
distribusi tegangan menengah 20 KV.
-
2.3 Pemilihan Sistem Jaringan Distribusi
Bermacam-macam bentuk konfugurasi jaringan yang berbeda
diambil untuk bermacam-macam jaringan-transmisi, subtransmisi, dan
distribusi, yang menunjukkan jumlah kebutuhan daya dan keamanan
jaringan. Misalnya, jaringan transmisi utama membawa daya yang besar
untuk banyak konsumen, ini lebih penting daripada jaringan distribusi
tegangan rendah di jalan, karena bila jaringan utama mengalami
gangguan konsumen yang menderita lebih banyak. Karenanya, biasanya
dipakai jaringan loop untuk rangkaian ini. Jaringan ini memberikan
kapasitas siap yang lebih besar dari yang biasanya dipakai untuk
distribusi tegangan rendah untuk mencatu rumah tangga. Sebagai
tambahan terhadap aspek keandalan, konsumen yang banyak dan
tentunya banyak titik catu pada jaringan tegangan rendah ini berarti
untuk memenuhi catu tegangan untuk tiap konsumen terakhir terhambat
karena mahal. Untuk saluran catu yang panjang di pedesaan,
keandalannya sering kali dapat diperbaiki dengan menggunakan titik
dalam bentuk rangkaian pemutus arus, yang akan memutus satu bagian
dari saluran dan mencegah seluruh saluran catu terputus dari sumber
daya.
Sistem distribusi akan lebih efektif bila digunakan bentuk atau
tipe sistem distribusi yang berbeda-beda, mengingat disesuaikan dengan
keadaan beban maupun dengan hal-hal yang mempengaruhi sistem, dan
di dalam pemilihan tipe sistem distribusi tidak terleaps dari persyaratan-
persyaratan yang harus dipenuhi sebagai berikut :
Kontinuitas pelayanan yang baik, tidak sering terjadi
pemutusan.
Keandalan yang tinggi, antara lain meliputi :
- Kapasitas daya yang memenuhi.
- Tegangan yang selalu konstan dan nominal.
- Frekuensi yang selalu konstan.
Penyebaran daerah beban yang seimbang.
Fleksibel dalam dalam pengembangan dan perluasan,
tidak hanya bertitik tolak pada kebutuhan beban sesaat
tetapi kemungkinan pengembangan beban yang harus
dilayani.
Tegangan jatuh yang sekecil mungkin.
Pertimbangan ekonomis, menyangkut perhitungan
untung rugi baik secara komersial, maupun dalam
rangka penghematan anggaran yang tersedia.
-
2.4 Saluran Udara dan Saluran Bawah Tanah
Sistem distribusi dapat dilakukan baik dengan saluran udara
maupun dengan saluran bawah tanah. Biasanya saluran udara, walupun
untuk kepadatan beban yang lebih besar di kota-kota atau atau daerah
metropolitan digunakan saluran bawah tanah. Pilihan antara saluran
udara dan bawah tanah terganutng pada sejumlah factor yang sangat
berlainan, antara lain pentingnya kontinuitas pelayanan, arah
perkembangan daerah, biaya pemeliharaan tahunan yang sama, biaya
modal dan umur manfaat sistem tesebut.
Pada sistem distribusi primer digunakan tegangan menengah tiga
fase tanpa penghantar netral, sehingga terdapat tiga kawat. Bebeda
halnya dengan tegangan rendah, digunakan penghantar netral,sehingga
terdapat empat kawat. Di daerah-daerah dengan banyak gangguan cuaca,
terutama yang berbentuk petir, saluran dapat dilengkapi dengan kawat
petir. Kawat ini dipasang disebelah atas penghantar, dan dihubungkan
dengan tanah. Bilamana ada gangguan petir, maka yang terlebuh dahulu
tersambar adalah kawat petir itu. Energi petir disalurkan ke bumi
melalui sistem pentanahan.
Saluran udara merupakan penghantar energi listrik, tegangan
menengah ataupun tegangan rendah, yang dipasang diatas tiang-tiang
listrik di luar bangunan. Sedangkan pada kabel tanah penghantarnya
dibungkus dengan bahan isolasi. Kabel tanah dapat dipakai untuk
tegangan menengah ataupun tegangan rendah. Sebagaimana namanya,
kabel tanah ditanam dalam tanah. Instalasi saluran udara jauh lebih
murah daripada instalasi kabel tanah. Di lain pihak, instalasi kabel tanah
lebih mudah pemeliharaannya dibanding dengan saluran udara. Lagi
pula, instalasi kabel tanah lebih indah, karena tidak terlihat, sedangkan
saluran udara mengganggu pemandangan dan lingkungan. Karenanya, di
kota-kota besar dengan kepadatan pemakain energi listrik yang tinggi,
saluran tegangan menengah biasanya merupakan kabel tanah, bahkan
sering juga saluran tegangan rendah. Tingginya biaya instalasi kabel
tanah dapat dipertanggungjawabkan oleh karena tingginya kepadatan
pemakain energi listrik. Sekalipun operasi dan pemeliharan lebih
mudah, tetapi bilamana terjadi gangguan pada kabel tanah, perbaikannya
merupakan pekerjaan yang sukar, lebih-lebih bilamana kabel ini ditanam
di jalanan yang lalu-lintasnya padat.
-
2.4.1 Saluran Udara
Saluran udara digunakan pada pemasangan di luar bangunan,
direnggangkan pada isolator-isolator diantara tiang-tiang sepanjang
beban yang dilalui suplai tenaga listrik,mulai gardu induk sampai ke
pusat beban ujung akhir.
Jaringan udara direncakan untuk kawasan dengan kepadatan
beban rendah atau sangat rendah, misalnya pinggiran kota,
kampung/kota-kota kecil, dan tempat tempat-tempat yang jauh serta luas
dengan beban tersebar. Seringkali digunakan untuk melayani daerah
yang sedang berkembang sebagai tahapan sementara. Kota-kota besaar
dengan mayoritas perumahan kebanyakan menggunakan jaringan udara.
Bahan yang banyak dipakai untuk kawat penghantar adalah
tembaga dan alumunium. Secara teknis, tembaga lebih baik daripada
aluminium, karena memiliki daya hantar arus yang lebih tinggi. Namun
karena harga tembaga yang tinggi, lagipula memiliki kecenderungan
untuk senantiasa naik, kian lama pemakaian kawat alumunium lebih
banyak dipakai. Apalagi, kawat tembaga sering menjadi sasaran
pencurian karena dapat diolah untuk pembuatan barang-barang laian
yang laku di pasaran. Karenanya kawat alumunium berinti baja (ASCR
atau Alumunium Cable Steel Reinforced ) banyak dipakai untuk saluran
udara tegangan tinggi maupun tegangan menengah. Sedangkan untuk
saluran tegangan rendah banyak dipakai kawat alumunium telanjang (
AAC atau All Alumunium Cable). Kini untk saluran udara banyak juga
dipakai kawat udara alumunium punter berisolasi.
Beberapa pertimbangan untuk saluran udara dapat disebut seperti
berikut
Keuntungan atau kelebihan berupa :
Investasi atau biaya untuk membangun aluran udara jauh lebih
rendah dibanding dengan kabel tanah, yaitu berbanding sekitar 1 :5-
6, bahkan lebih tinggi untuk tegangan yang lebih tinggi.
Kawat untuk daerah-daerah yang lahannya merupakan batu, lebih
mudah membuat lubang untuk tiang listrik daripada membuat jalur
lubang bagi kabel tanah.
Terutama untuk tegangan extra tingi, masing-masing fase dapat
diletakkan cukup jauh terpisah.
Pemeliharaan lebih mudah dan mencari tempat saluran terganggu
juga jauh lebih mudah.
Kerugian atau kekurangan pada saluran udara berupa:
-
Lebih mudah terganggu karena angin ribut, hujan, petir, maupun
anak-anak yang main layang-layang.
Menggangu pemandangan dan bahkan dianggap mengganggu
lingkungan.
Bilamana terjadi kawat putus, dapat membahayakan manusia.
Khusus untuk tegangan tinggi, medan elektromagnetik yang berasal
dari saluran udara, sering dianggap berbahaya utnuk keselamatan
manusia.
2.4.2 Saluran Bawah Tanah
Untuk saluran bawah tanah sistem penyaluran tenaga listriknya
akan dilakukan di bawah tanah sepanjang saluran yang digunakan
adalah kabel tanah yang direntangkan sepanjang daerah beban yang
dilaluinya. Bahan untuk kabel tanah pada umumnya terdiri atas tembaga
dan alumunium. Sebagai isolasi dipergunakan bahan-bahan berupa
kertas serta perlindungan mekanikal berupa timah hitam. Untuk
tegangan menengah sering juga dipakai minyak sebagai isolasi. Jenis
kabel yangs sering digunakan adalah GPLK (Gewapend Papier Lood
Kabel)atau NKBA (Normalkabel mit Bleimantel Ausenumheullung).
Kabel ini jenis kabel minyak dengan bahan isolasi XLPE (Cross-Linked
Polyethylene).
Jaringan bawah tanah direncanakan untuk kawasan dengan padat
beban lebih tinggi, misalnya kota metropolitan atau kota-kota besar.
Untuk kawasan dengan padat beban sedang atau tidak seragam biasanya
menggunakan jaringan campuran. Bagian-bagaian kabel untuk melayani
daerah industri, perdagangan dan kantor-kantor.
Penanaman kabel dapat dilakukan secara langsung atau memakai
pipa pelindung. Pemakaian kabel tanah dengan pipa pelindung
dilakukan untuk keperluan setempat, misalnya jaringan menyebrang
sungai, instalasi didalam gedung dan lain-lain. Selain itu penanaman dan
perentangan kabel tanah didalam lubang yang telah digali perlu
penanganan khusus, karena hal ini akan mempengaruhi umur maupun
kemampuan kabel dalam penyaluran tenaga.
Beberapa pertimbangan untuk kabel tanah dapat disebut seperti
berikut.
Keuntungan atau kelebihan berupa:
Kabel tanah tidak terlihat, maka tidak mengganggu pemandangan
atau lingkungan. Hal ini penting untuk kota yang padat
penduduknya seta padat lalu-lintas kendaraan.
-
Pengoperasiannya lebih mudah karena tidak terpengaruh oleh hujan,
petir, atau angin rebut.
Sedangkan kerugian atau kekurangan adalah :
Harganya yang tinggi, lebih-lebih untuk tegangan yang tinggi.
Bilamana terjadi gangguan, tidak mudah untuk menemukan tempat
gangguan terjadi. Lagipula, melakukan reparasi pada kabel yang
rusak, sangat sulit karena mengganggu lalu-lintas kendaraan,
sehingga menambah masalah kemacetan lalu-lintas.
Dengan memperhatikan apa yang dikemukakan diatas dapat
secara umum disimpulkan bahwa untuk saluran udara lebih
menguntungkan pada :
Tegangan yang tinggi atau extra tinggi.
Penggunaan diluar daerah perkotaan.
Kota yang penduduknya tidak terlalu padat.
Sedangkan untuk kabel tanah lebih cocok bagi :
Tegangan menengah.
Kota yang berpenduduk padat dan lalu-lintas ramai.
2.5 Sistem Pengaman pada Sistem Jaringan Distribusi
Agar suatu sistem distribusi dapat berfungsi dengan secara baik,
gangguan-gangguan yang terjadi pada tiap bagian harus dapat dideteksi
dan dipisahkan dari sistem lainnya dalam waktu yang secepatnya,
bahkan kalau dapat, mungkin pada awal terjadinya gangguan.
Keberhasilan berfungsinya proteksi memerlukan adanya suatu
koordinasi antara berbagai alat proteksi yang dipakai. Adapun fungsi
sistem pengaman adalah :
Melokalisir gangguan untuk membebaskan perlatan dari
gangguan.
Membebaskan bagian yang tidak bekerja normal, untuk
mencegah kerusakan.
Memberi petunjuk atau indikasi atas lokasi serta macam
dari kegagalan
Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan
keandalan yang tinggi kepada konsumen.
Untuk mengamankan keselamatan manusia terutama
terhadap bahaya yang ditimbulkan listrik.
Dalam usaha menjaga kontinuitas pelayanan tenaga listrik dan
menjaga agar peralatan pada jaringan primer 20 kV tidak mengalami
kerusakan total akibat gangguan, maka mutlak diperlukan peralatan
-
pengaman. Adapun peralatan pengaman yang digunakan pada jaringan
tegangan menengah 20 kV terbagi menjadi :
Peralatan pemisah atau penghubung
Peralatan pengaman arus lebih
Peralatan pengaman tegangan lebih.
2.5.1 Peralatan Pemisah atau Penghubung
Fungsi dari pemutus beban atau pemutus daya (PMT) adalah
untuk mempermudah dalam membuka dan menutup suatu saluran yang
menghubungkan sumber dengan beban baik dalam keadaan normal
maupun dalam keadaan gangguan.
Jenis pemutus yang digunakan pada gardu adalah :
Circuit Breaker (Pemutus Tenaga)
Disconnecting Switch (DS)
Sedangkan pemutus pada jaringan adalah :
Load Break Switch (LBS)
Vacum Switch (AVS)
2.5.1.1 Circuit Breaker (Pemutus Tenaga)
Gardu Induk merupakan pemusatan tenaga listrik yang dihasilkan
oleh pusat-pusat pembangkit. Di tempat ini dilaksanakan hubungan
interkoneksi antara pembangkit-pembangkit tersebut, melalui sistem
transmisi disalurkan dan kemudian didistribusikan kepada konsumen.
Saluran transmisi dihubungkan dengan ril (bus) melalui transformator
utama, dimana setiap saluran tersebut dilengkapi dengan Circuit Breaker
(CB) dan Disconnecting Switch (DS). Circuit Breaker, dapat
diopperasikan secara otomatis maupun secara manual dengan waktu
pemutusan/penyambungan yang tetap sama, sebab faktor ini ditentukan
oleh struktur mekanismenya yang mengunakan pegas-pegas. Karena itu
CB dapat dioperasikan untuk memutus maupun menghubungkan
rangkaian dalam keadaan dilalui arus beban atau tidak, yang dilengkapi
dengan alat pemadam busur api. Busur api yang terjadi pada waktu
pemisahan kontak akan dapat dipadamkan oleh suatu media isolasi yang
dipakai oleh Circuit Breaker tersebut.
Dalam keadaan tidak normal (gangguan) Circuit Breaker adalah
merupakan saklar otomatis yang dapat memisahkan arus gangguan,
dimana untuk mengerjakan atau mengoperasikan Circuit Breaker dalam
keadaan tidak normal ini umumnya digunakan suatu rangkaian trip yang
-
mendapat signal dari suatu rangkaian relay pengaman. Fungsi rangkaian
relay adalah mengamankan sistem terhadap gangguan yang berbeda-
beda macamnya dan untuk ini diperlukan koordinasi tersendiri
Tidak hanya tergantung pada keadaan arus nominal saja, tetapi
juga tergantung pada keadaan arus maximum yang mungkin tejadi pada
saat gangguan disebut juga momentary current. Dan juga arus yang
masih ditahan oleh Circuit Breaker sesudah kontak Circuit Breaker
membuka beberapa cycle yaitu interrupting current, serta sistem
tegangan dimana Circuit Beaker ditempatkan..
2.5.1.2 Disconecting Switch (Saklar Pemisah)
Disconnecting Switch, merupakan alat pemutus rangkaian yang
dioperasikan secara manual, karena waktu pemutusan terjadi sangat
subyektif, tergantung pada subyek operatornya. Hal ini merupakan
alasan utama, mengapa Disconnecting Switch tidak boleh dioperasikan
pada saat rangkaian dalam keadaan dilalui arus beban. Tugas utama alat
ini umumnya digunakan untuk memutus rangkaian dalam rangka
perbaikan atau pemeliharaan. Terdiri dari buah terminal terisolir dari
tanah dan terpisah diantaranya oleh jarak isolasi (isolating distance).
Saklar pemisah merupakan suatu peralatan yang merupakan
pasangan circuit breaker. Fungsi saklar pemisah yaitu memisahkan suatu
bagian beban dari sumbernya pada keadaan tidak berarus, sehingga
dapat dilihat atau dipisahkan dengan pasti bagian yang hidup dengan
bagian yang tidak. Hubungan rangkaian pemutus daya dan saklar
pemisah adalah menempatkan pemutus daya diantara dua buah saklar
pemisah.
Pada umumnya hubungan pemutus daya dan saklar pemisah
dilaksanakan dengan sistem interlock. Yang dimaksud dengan interlock
adalah agar tidak salah pengoperasian dari dua buah peralatan. Dengan
demikian saklar pemisah tidak digunakan untuk memutuskan arus beban
dan bekerjanya dengan urutan tertentu yaitu pembukaan saklar pemisah
selalu didahului oleh pembukaan pemutus daya dan menutupnya
pemutus daya sesudah saklar pemisah ditutup. Beberapa fungsi saklar
pemisah dalam gardu induk adalah :
Untuk mengisolir pemutus daya pada saat dilakukan
pemeliharaan pemutus daya.
Sebagai komponen simpangan (bypassing) dari pemutus data
guna menjamin kontinuitas penyaluran daya pada saat
dilakukan pemeliharaan pemutus daya.
-
Untuk memutuskan dan menghubungkan rel daya dan
transformatos daya dalam keadaan tanpa beban.
Sukar atau mudahnya pemeliharaan ditentukan oleh metode
penempatannya. Sebaiknya saklar pemisah diletakkan pada tempat yang
aman dan mudah dicapai guna pemeliharaan. Untuk mengamankan
operator sewaktu dilakukan pemeliharaan peralatan, maka saklar
pemisah dilengkapi dengan saklar pentanahan (earthing switch). Saklar
pentanahan dipasang antara bagian yang bertegangan dari saklar
pemisah dengan konduktor yang ditanahkan. Saklar pentanahan dapat
ditutup hanya jika saklar pemisah telah dibuka. Untuk menjamin hal
tersebut maka saklar pemisah dengan saklar pentanahan dipasang saling
mengunci (interlock).
Meskipun Disconnecting Switch tidak dimaksudkan untuk
memutuskan arus beban nominal maupun arus hubung singkat akan
tetapi memenuhi persyaratan tertentu.
Syarat-syarat yang harus dipenuhi :
Mempunyai kapasitas arus nominal 15% diatas arus beban
penuh.
Harus sanggup menahan tegangan nominal hingga tegangan
10% diatas gangguan nominal.
Dalam keadaan tertutup harus mampu menahan momentary
current pada waktu terjadi hubung singkat.
Dapat menahan timbulnya beban termis dan gaya
elektrodinamis yang timbul pada saat terjadinya gangguan
hubung singkat.
2.5.1.3 Automatic Vacuum Switch (AVS)
Suatu peralatan pemutus yang bekerja secara otomatis untuk
membebaskan seksi-seksi yang terganggu dari suatu sistem distribusi
jaringan distribusi tenaga listrik atau dengan kata lain membebaskan
atau melokalisir daerah yang teganggu tetap mendapatkan supply tenaga
listrik. Pemasangan AVS pada jaringan distribusi tenaga listrik 20 KV
dilengkapi dengan pemasangan recloser (pemutus balik otomatis) dan
fault section indicator penyulang. Hal ini dimaksudkan untuk
mengoptimalkan kerja dari AVS. Kontruksi AVS terdiri dari beberapa
bagian antara lain :
1. Vacum Switch (VS)
Merupakan saklar yang menggunakan media hampa udara
untuk memadamkan busur api yang timbul diantara
-
kontak-kontaknya pada saat menyambung dan
memutuskan beban, dan sebagai bahan penyekat (isolasi)
pada saat VS membuka (off).
2. Kotak Pengatur AVS Tree type
Kotak pengatur ini memperoleh supply daya listrik dari
satu atau dua buah power control transformator 20 / 0.13
KV 3.9 KV. Kotak pengatur ini terdiri dari : Power
Supply Switch (SW), digunakan untuk menghubungkan
kotak pengatur dengan power control transformator.
2.5.2 Peralatan Pengaman Arus Lebih
Fungsi dari peralatan pengaman arus lebih adalah untuk
mengatasi gangguan arus lebih pada sistem distribusi sebelum gangguan
tersebut meluas keseluruh sistem yang ada.
Peralatan yang banyak digunakan pada jaringan distribusi dari
Jawa Timur adalah :
Fuse Cut Out
Rele Arus Lebih
Recloser (Pemutus Balik Otomatis)
a. Fuse Cut Out
Fuse merupakan kombinasi alat pelindung dan pemutus
rangkaian, yang mempunyai prinsip melebur (expulsion) atau
mengamankan gangguan permanen antara fasa ke tanah, apalagi dilewati
arus yang besarnya melebihi rating arusnya. Apabila terjadi gangguan
maka elemen pelebur yang terletak pada tabung fiber akan meleleh dan
terjadi busur api yang akan mengenai tabung fiber sehingga
menghasilkan gas yang dapat segera mematikan busur api.
Karakteristik waktu/arus dari sebuah fuse adalah sekitar I2t.
karakteristik arus waktu dari berbagai sambungan fuse yang berbeda,
elemen-elemnnya berbeda dan membutuhkan perhatian yang hati-hati
untuk memakainya pada sebuah sistem.
Untuk semua jenis fuse, batas arus fusenya biasanya lebih tinggi
daripada arus normalnya. Factor penting yang mempengaruhi batas arus
yang sesuai dari fuse adalah arus beban lebih yang mungkin pada
rangkaian termasuk harnmonisa yang ada, naiknya arus lebih bersamaan
arus ke transformator, starting motor, kapasitor. Fuse-fuse yang
melewatkan arus melampaui batas arus untuk waktu lebih lama daripada
waktu melewatkan arus pemutus minimum dapat mengalami kerusakan
-
yang dapat mempengaruhi karakteristiknya, terutama kemampuan
memutus.
b. Rele Arus Lebih (Over Current Relay)
Relai merupakan peralatan pengaman yang dipasang pada peralatan
yang berfungsi untuk melindungi peralatan listrik dari gangguan yang
mungkin terjadi. Tujuan dipasang relai pengaman adalah :
- Menghindari atau mengurangi kerusakan yang terjadi akibat
gangguan pada alat yang dilalui arus gangguan.
- Menyelamatkan sistem atau bagian sistem lainnya yang tidak
terganggu supaya tetap dapat bekerja terus, dengan cara melepaskan
bagian sistem yang terganggu sedemikian rupa sehingga
penyimpangan atau kesalahan akibat gangguan tersebut tidak
memberikan akibat negative yang lebih luas terhadap keseluruhan
sistem yang ada.
Peralatan proteksi harus dirancang sedemikian rupa sehingga
gangguan dapat dengan segera diputuskan atau dihilangkan. Suatu
gangguan yang serius dapat menyebabkan pemutusan yang cepat dan
dapat kerusakan pada peralatan. Gangguan yang terjadi secara tidak
langsung harus diketahui oleh operator sehingga peralatan dapat
dioperasikan di luar daerah kritis. Kejadian-kejadian yang sangat
berbahaya bagi operasi generator ataupun transformator adalah hubung
singkat, gangguan ke tanah, penguatan kurang, arus lebih dan panas
berlebihan.
Relay pengaman merupakan bentuk dasar dari peralatan listrik
otomatik dan sangat perlu untuk kerja dari sistem distribusi daya yang
modern bahkan tergantung padanya. Bila terjadi gangguan baik arus,
tegangan, frekuensi dan daya, relay pengaman akan mendeteksi dan
memutus bagian yang mengalami gangguan dari sistem. Selanjutnya
akan mengembalikan ke keadaan normal atau membangkitkan sinyal
peringatan kepada operator.
Relay jenis ini adalah besar-nya arus yang masuk ke dalam relay,
atau relay arus lebih (over current relays). Relay ini memberikan reaksi
terhadap besarnya arus masukan, dan bekerja untuk memutuskan (trip)
bilamana besarnya arus melebihi nilai tertentu yang dapat diatur.
Relay arus lebih akan menutup kontak kontaknya untuk
menggerakkan rangkaian yang menyebabkan saklar daya membuka atau
menutup bilamana arus mencapai suatu nilai yang telah ditentukan
-
terdahulu. Dengan demikian, maka pada relay arus lebih terdapat
kepekaan terhadap besar arus yang mengalir.
Relay arus lebih dikategorikan menjadi 3 yaitu :
Relay arus lebih seketika (instantaneous over current relay)
Relay arus lebih dengan karakteristik tunda waktu (definite
time over current relay )
Relay arus lebih dengan karakteristik tunda waktu terbalik
(inverse time over current relay )
Relay arus lebih seketika adalah relay yang bekerjanya tanpa
penundaan waktu atau jangka waktu relay mulai saat relay arusnya
pickup sampai selesai, sangat singkat (sekitar 20 sampai 100 ms).
Relay arus lebih dengan karakteristik tunda waktu tertentu, yaitu
suatu relay dengan jangka waktu mulai relay arus pickup sampai
selesainya kerja relay diperpanjang dengan nilai atau waktu tertentu.
Sehingga apabila arus yang mengalir telah melebihi arus setting maka
relay akan bekerja sesuai dengan waktu penundaan yang telah
ditetapkan. Ada beberapa jenis relay arus lebih dengan tunda waktu, hal
ini sangat tergantung pada karakteristik waktu tundanya. Berdasarkan
tunda waktu kerjanya, relay lebih dapat dibedakan menjadi 4, yaitu :
Waktu tertentu (definite time).
Waktu minimal tertentu terbalik (inverse definite minimum
time/IDMT).
Sangat berbanding terbalik (very inverse).
Sangat berbanding terbalik sekali (extremely inverse).
Pada jaringan distribusi di Jawa Timur relay arus lebih yang
digunakan adalah jenis inverse dan inverse definite minimum time
(IDMT). Masing-masing disetting dengan operasi cepat atau dengan
waktu diperlambat (delay).
c. Recloser
Sebagian besar gangguan (80-95%) pada jaringan distribusi dan
transmisi adalah bersifat temporer (sementara), berlangsung dari
beberapa cycle sampai beberapa detik. Penyebab gangguan kebanyakan
disebabkan oleh dahan/ranting pohon yang mengenai saluran udara.
Penutup balik adalah alat pengaman arus lebih yang diatur waktu untuk
memutus dan menutup kembali secara otomatis, terutama untuk
membebaskan dari gangguan yang bersifat temporer (sementara), sering
juga disebut dengan recloser.
-
Recloser dilengkapi dengan sarana indikasi arus lebih, pengatur
waktu operasi, serta penutupan kembali secara otomatis. Desain dari
recloser memungkinkan untuk dapat membuka kontak-kontaknya secara
tetap dan terkunci/lock out, sesuai pemrogramannya setelah melalui
beberapa kali operasi buka-tutup.
Pada gangguan yang bersifat sementara, recloser akan membuka
dan menutup kembali bila gangguan telah hilang. Jika gangguannya
bersifat tetap/ permanent, maka recloser akan membuka kontak-
kontaknya secara tetap dan terkunci/lock out. Apabila gangguan telah
dihilangkan, maka recloser dapat ditutup kembali.
Recloser biasanya dipasang pada sebuah atau lebih cabang
(lateral) pada jaringan sehingga gangguan yang terjadi tidak
mempengaruhi seluruh jaringan. Recloser dapat diatur dengan beberapa
operasi berbeda , yaitu :
Dua kali operasi seketika (membuka dan menutup) diikuti
dua kali operasi waktu tunda maka recloser akan
mengunci.
Satu kali operasi seketika diikuti tiga kali operasi waktu
tunda.
Tiga kali operasi ditambah satu kali operasi waktu tunda.
Empat kali operasi seketika.
Emapt kali operasi waktu tunda.
d. Directional Over Current Ground Relay
Dalam operasi sistem tenaga listrik terjadinya gangguan tidak
dapat dihindarkan. Gangguan terjadi dapat dikarenakan karenakan
adanya kejadian secara acak dalam sistem yang dapat berupa
berkurangnya kemampuan peralatan, meningkatnya beban dan lepasnya
peralatan-peralatan yang tersambung ke sistem. Gangguan yang sering
terjadi pada saluran distribusi adalah gangguan hubung singkat satu fasa
ke tanah yang sifatnya temporer, sehingga untuk mengatasinya
digunakan Directional Over Current Ground Relay (DOCGR). DOCGR
ini hanya akan bekerja apabila gangguannya adalah gangguan fasa ke
tanah. Untuk gangguan fasa ke fasa DOCGR tidak akan dapat
mendeteksinya.
Di Jawa Timur DOCGR dipasang di gardu-gardu induk bersama-
sama dengan circuit breaker dan digunakan sebagai pengaman utama
untuk mengamankan jaringan distribusi terhadap gangguan hubung
singkat fasa ke tanah.
-
2.5.3 Peralatan Pengaman Tegangan Lebih
Pada sistem distribusi, gangguan dapat terjadi akibat adanya
tegangan lebih. Gangguan ini bisa terjadi akibat proses switching pada
saluran dan akibat sambaran petir. Petir yang kita kenal sekarang ini
terjadi akibat awan dengan muatan tertentu menginduksi muatan yang
ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah besar, maka muatan
induksi pun makin besar pula sehingga beda potensial antara awan
dengan bumi juga makin besar. Kejadian ini diikuti pelopor menurun
dari awan dan diikuti pula dengan adanya pelopor menaik dari bumi
yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah terjadi apa yang
dinamakan petir.
Petir akan menyambar semua benda yang dekat dengan awan.
Atau dengan kata lain benda yang tinggi akan mempunyai peluang yang
besar tersambar petir. Transmisi tenaga listrik di darat dianggap lebih
efektif menggunakan saluran udara dengan mempertimbangkan faktor
teknis dan ekonomisnya. Tentu saja saluran udara ini akan menjadi
sasaran sambaran petir langsung. Apalagi saluran udara yang melewati
perbukitan sehingga memiliki jarak yang lebih dekat dengan awan dan
mempunyai peluang yang lebih besar untuk disambar petir.
Bila gangguan ini dibiarkan maka dapat merusak peralatan listrik.
Oleh karena itu peralatan listrik itu harus dilindungi dari gangguan
tegangan lebih dengan memasang peralatan pengaman tegangan lebih,
seperti :
Kawat tanah (Overhead Groundwire)
Lightning Arrester (LA)
a. Kawat tanah (Overhead Groundwire)
Dalam hal melindungi saluran tenaga listrik tersebut, ada
beberapa cara yang dapat diterapkan. Salah satu cara yang paling mudah
adalah dengan menggunakan kawat tanah (overhead groundwire) pada
saluran. Prinsip dari pemakaian kawat tanah ini adalah bahwa kawat
tanah akan menjadi sasaran sambaran petir sehingga melindungi kawat
phasa dengan daerah/zona tertentu.
kawat tanah yang digunakan untuk melindungi saluran tenaga
listrik, diletakkan pada ujung teratas saluran dan terbentang sejajar
dengan kawat phasa. kawat tanah ini dapat ditanahkan secara langsung
atau secara tidak langsung dengan menggunakan sela yang pendek.
-
Untuk meningkatkan keandalan sistem ini, diperlukan pentanahan
yang baik pada setiap menara listrik. Jika petir menyambar pada kawat
tanah di dekat menara listrik, maka arus petir akan terbagi menjadi dua
bagian. Sebagian besar arus tersebut mengalir ke tanah melalui
pentanahan pada menara tersebut. Sedangkan sebagian kecil mengalir
melalui kawat tanah dan akhirnya menuju ke tanah melalui pentanahan
pada menara listrik berikutnya. Lain halnya jika petir menyambar pada
tengah-tengah kawat tanah antara 2 menara listrik. Gelombang petir ini
akan mengalir ke menara-menara listrik yang dekat dengan tempat
sambaran tersebut.
Pada saluran udara distribusi JAwa Timur, jenis kawat tanah
yang digunakan adalah baja Galvanis jenis GSSW 22 yang memiliki
kekuatan tarik maksimum 350 Kg dan kekuatan tarik putus
minimum1826 Kg.
Sejak tahun 1985 penggunaan kawat tanah untuk pengaman
sambaran petir di Jawa Timur ditujukan hanya untuk daerah terbuka.
b. Lightning Arrester (LA)
Lightning arrester atau penangkap petir berfungsi untuk
melindungi peralatan sistem tenaga listrik terhadap tegangan surja
dengan membatasi surja tegangan lebih yang datang dan mengalirkan ke
tanah. Gambar 2.6 memperlihatkan dimensi dari ligthning arrester.
Alat pelindung terhadap tegangan surja berfungsi melindungi
peralatan sistem tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan
lebih yang datang dan mengalirkannya ke tanah. Berhubung dengan
fungsinya itu, ia harus dapat menahan tegangan sistem 50 Hz untuk
waktu yang tak terbatas dan harus dapat melakukan surja arus ke tanah
tanpa mengalami kerusakan. Kecuali itu, sebuah alat pelindung yang
baik mempunyai perbandingan perlindungan atau protective ratio yang
tinggi, yaitu perbandingan antara tegangan surja maksimum yang
diperbolehkan pada waktu pelepasan (discharge) dan tegangan sistem 50
Hz maksimum yang dapat ditahan sesudah pelepasan terjadi.
Ada tiga macam alat pelindung terhadap surja yang dikenal yaitu:
sela batang (rod gap), arrester jenis ekspulsi (expulsion type lightning
arrester) atau sering juga disebut tabung pelindung (protectore tube) dan
arrester jenis katub (valve type ligthning arrester).
Arrester petir disingkat arrester, atau sering disebut penangkap
petir, adalah alat pelindung bagi peralatan sistem tenaga listrik terhadap
surja petir. Ia berlaku sebagai jalan pintas (by-pass) sekitar isolasi.
-
Arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh arus kilat atau petir,
sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Jalan
pintas itu harus sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran arus
daya sistem 50 Hz. Jadi pada kerja normal arrester itu berlaku sebagai
isolator dan bila timbul surja dia berlaku sebagai konduktor, jadi
melewatkan aliran arus yang tinggi. Setelah surja hilang, arrester harus
dengan cepat kembali menjadi isolator, sehingga pemutus daya tidak
sempat membuka.
Berlainan dengan sela batang arrester dapat memutuskan arus
susulan tanpa menimbulkan gangguan. Inilah salah satu fungsi
terpenting dari arrester.
Gambar 2.2 2
Lithtning Arrester
Arrester biasa dipasang pada saluran distribusi, hal ini
dikarenakan tegangan distribusi lebih rendah daripada tegangan
transmisi, sehingga tegangan distribusi lebih sering tersambar oleh petir.
Hal tersebut juga dapat kita lihat pada gambar 2.2 di atas.
Menurut struktur dalamnya arrester ada dua jenis yaitu
Gap type SiC arrester.
Gapless Metal Oxide Varistor ( MOV )
Dalam gap tipe arrester tahanan non linearnya terbuat dari Silikon
Carbide ( SiC ). Saat tegangan lebih terjadi, celah udara terpercik dan
2 Syariffuddin Mahmudsyah, Diktat kuliah Teknik Tegangan Tinggi, T.Elektro-ITS.
-
didapat impedansi yang rendah dari path ke tanah, resistor seri
menghasilkan power frekuensi diikuti arus sehingga busur yang melalui
celah udara dapat ditutup kembali sebelum tegangan dan arus nol.
Tahanan SiC tidak cukup tinggi untuk arrester tanpa celah udara, bahan
dasar adalah ZnO dalam isolasi oksida seperti Bi2O3,
2.6 Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan
dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke
rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan
berdasarkan prinsip induks-elektromagnetik.Transformator digunakan
secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun
elektronika.Penggunaan transformator dalam sistem tenaga
memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai, dan ekonomis untuk
tiap-tiap keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam
pengiriman daya listrik jarak jauh
Untuk kepentingan yang sama didalam penggunaannya
transformator dibedakan menjadi Transfomator Daya, Transformator
distribusi, dan Tranformator Ukur/Instrument. Pada dasarnya ketiga
peralatan transformator tersebut adalah sama, namun pada transfomator
ukur yang diutamakan adalah tegangan dan arusnya sedangkan
transformator tenaga adalah dayanya. Dengan demikian pada peralatan
transformator ukur umumnya mempunyai kapasitas yang relatif rendah.
2.6.1 Transformator Daya
Transformator daya merupakan peralatan listrik yang berfungsi
untuk memindahkan daya dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain
pada tingkat tegangan yang berbeda. Pada umumnya suatu transformator
disebut transformator daya, apabila daya yang dipindahkan melebihi 500
KVA atau bekerja pada sistem tegangan diatas 67 kV. Sesuai dengan
fungsinya itu transformator daya ditempatkan dipusat-pusat pembangkit
atau gardu induk. Di pusat pembangkit, transformator daya digunakan
untuk menurunkan tegangan. Transformator daya yang digunakan pada
gardu induk tegangan tinggi sekali (EHV) umumnya berupa tiga buah
transformator 1 fasa. Penggunaan satu buah transformator 3 fasa
sebenarnya lebih menguntungkan karena harganya lebih murah jika
dibandingkan tiga buah transformator 1 fasa, memerlukan ruang yang
lebih sedikit. Tetapi sukarnya pengangkutan yang disebabkan beratnya
peralatan maka digunakan 3 buah transformator 1 fasa.
-
Selama beroperasi, transformator daya akan mengeluarkan panas
yang timbul dari inti besi dan lilitan tembaga. Agar tidak menimbulkan
kerusakan pada transformator daya, maka diperlukan pendinginan.
Berdasarkan pendinginannya, transformator daya digolongkan dalam
dua jenis yaitu transformator daya yang tercelup dalam minyak (oil
imersed transformer) dan transformator daya jenis kering (dry type
transformer).
2.6.2 Transformator Distribusi
Trafo Distribusi adalah merupakan suatu komponen yang sangat
penting dalam penyaluran tenaga listrik dari gardu distribusi ke
konsumen. Kerusakan pada transformator Distribusi menyebabkan
kontiniutas pelayanan terhadap konsumen akan terganggu (terjadi
pemutusan aliran listrik atau pemadaman). Pemadaman merupakan
suatu kerugian yang menyebabkan biaya-biaya pembangkitan akan
meningkat tergantung harga KWH yang tidak terjual. Pemilihan rating
transformator Distribusi yang tidak sesuai dengan kebutuhan beban akan
menyebabkan efisiensi menjadi kecil, begitu juga penempatan lokasi
transformator Distribusi yang tidak cocok mempengaruhi drop tegangan
ujung pada konsumen atau jatuhnya/turunnya tegangan ujung
saluran/konsumen
Distribusi yang tepat, rating sesuai dengan kebutuhan beban akan
menjaga tegangan jatuh pada konsumen dan akan menaikkan efisiensi
penggunaan transformator distribusi. Jadi Transformator distribusi
merupakan salah satu peralatan yang perlu dipelihara dan dipergunakan
sebaik mungkin (seefisien mungkin), sehingga keandalan/kontinuitas
pelayanan terhadap terjamin.
Transformator distribusi yang sering digunakan pada saluran
udara sistem distribusi dapat dikategorikan sebagai berikut :
1. Conventional Transformer
2. Completely Self Protecting Transformer (CSP)
3. Completely Self Protecting for Secondary
BankingTransformer (CSPB)
Conventional Transformer merupakan transformator distribusi
yang tidak dilengkapi/tidak terintegral dengan peralatan-peralatan
pengaman terhadap petir, gangguan fasa, atau beban lebih. Peralatan
pengaman diberikan sebagai bagian perlengkapan dari transformator.
Completely Self Protecting Transformer (CSP) merupakan
-
transformator distribusi yang sudah yang dilengkapi/ terintegral dengan
peralatan-peralatan pengaman terhadap petir atau surja, beban lebih, dan
hubung singkat. Lightning Arrester menempel langsung pada badan
transformator, yang melindungi kumparan primer terhadap petir dan line
surja. Pengaman beban lebih dilengkapi dengan circuit breaker yang
berada didalam tangki transformator. Transformator CSP I fasa
(pendingin minyak- 650C, 60 Hz, 10-500 kVA) tersedia untuk rating
tegangan primer dari 2,4 kV sampai 34,4 kV. Tegangan sekunder
120/240 atau 240/480//277 V. Transformator distribusi CPSB
mempunyai bentuk yang mirip dengan transformator CSP, tetapi CPSB
dilengkapi dengan dua buah circuit breaker, yang digunakan untuk
memisahkan bagian sekunder bila diperlukan.
Transformator distribusi yang sering digunakan pada saluran
bawah tanah sistem distribusi dapat dikategorikan sebagai berikut :
1. Subway Transformer
2. Low Cost Residential Transformer
3. Network Transformer
Subway Transformer digunakan dalam ruang bawah tanah.
Dengan tipe konvensional dan tipe pengaman arus. Low Cost
Residential Transformer pada dasarnya sama dengan transformator
konvensional saluran udara. Network Transformer digunakan pada
jaringan sekunder. Network transformers mempunyai pemutus primer
dan switch grounding.
2.6.3 Transformator Ukur
Transformator ukur dipergunakan untuk menurunkan besaran-
besaran ukur pada sisi primer menjadi harga yang lebih rendah pada sisi
sekunder, sehingga dapat dipergunakan untuk keperluan pengukuran dan
untuk keperluan relai pengaman. Terdapat 2 macam transformator ukur
yang biasa digunakan adalah :
a. Transformator tegangan (Potential Transformer)
Potential transformer atau transformator tegangan berfungsi
sebagai alat untuk menurunkan besar tegangan dari sisi primer ke sisi
sekunder dan juga untuk mengisolasi bagian yang bertegangan tinggi
sehingga besaran-besaran yang diukur berada pada pada sisi sekunder
(tegangan rendah) dan sebagai standarisasi untuk masukan pada alat-alat
-
ukur Volt meter MW MVAR KWH maupun sistem proteksi distance
rele
Sisi primer transformator tegangan dipasang paralel pada jaringan
dan sisi sekunder dipasang paralel tegangan instrument pengukur dan
relai pengaman. Rating tegangan primer transformator tegangan tiga
fasa atau transformator tegangan satu fasa yang digunakan untuk sistem
satu fasa atau antara fasa-fasa pada sistem tiga fasa harus sama dengan
tegangan nominal sistem. Sedangkan rating tegangan sekunder
transformator tegangan satu fasa yang dihubungkan antara salah satu
fasa dari sistem tiga fasa ke tanah adalah 31 kali salah satu nilai
tegangan nominal sistem.
b. Transformator Arus (Current Transformer)
Current transformator atau transformator arus ialah peralatan
yang berfungsi sebagai peralatan untuk menurunkan besaran arus dari
sisi primer ke sisi sekunder dari nilai yang besar ke nilai yang rendah
dan juga untuk mengisolasi bagian yang bertegangan tinggi sehingga
besaran-besaran yang diukur berada pada sisi sekunder (tegangan
rendah) dan sebagai standarisasi untuk masukan pada alat-alat ukur
amperemeter MW MVAR KWH maupun sistem proteksi.
Belitan primer hanya terdiri dari beberapa lilitan saja, bahkan
kadang-kadang hanya terdiri dari satu lilitan, yitu konduktor saluran.
Sedangkan belitan seklunder terdiri dari benyak lilitan. Rangkaian
sekunder dari transformator arus ini tidak boleh terbuka selama
dirangkaian primer mengalir arus. Seandainya rangkaian sekunder
sampai terbuka, maka akan menyebabkan terjadinya beda potensial yang
tinggi sehingga dapat membahayakan operator. Beda potensial tegangan
yang tinggi ini disebabkan oleh amperturn primer memproduksi fluksi
pada intinya tanpa dibatasi oleh sekunder. Untuk menghindari bahaya
yang timbul, maka rangkaian sekunder transformator arus harus
ditanahkan. Arus nominal dari arus sekunder transformator dirancang
untuk standar 5 ampere. Ada 5 tempat yang biasa dipakai untuk
penempatan transformator arus yaitu :
Pada bushing saklar pemisah dengan isolasi bushing.
Pada dinding atau atap gardu induk
Pada bushing transformator daya
Pada isolator sendiri
-
2.7 Gangguan Sistem Distribusi
Gangguan pada sistem distribusi adalah terganggunya sistem
tenaga listrik yang menyebabkan bekerjanya rele pengaman penyulang
bekerja untuk membuka circuit breaker di gardu induk yang
menyebabkan terputusnya suplai tenaga listrik.
Hal ini untuk mengamankan peralatan yang dilalui arus gangguan
tersebut untuk dari kerusakan. Sehingga fungsi dari peralatan pengaman
adalah untuk mencegah kerusakan peralatan dan tidak meniadakan
gangguan. Gangguan pada jaringan distribusi lebih banyak terjadi pada
saluran distribusi yang dibentangkan di udara bebas (SUTM) yang
umumnya tidak memakai isolasi dibanding dengan saluran distribusi
yang ditanam dalam tanah (SKTM) dengan menggunakan isolasi
pembungkus Sumber gangguan pada jaringan distribusi dapat berasal
dari dalam sistem maupun dari luar sistem distribusi.
1. Gangguan dari dalam sistem antara lain :
a) Tegangan lebih atau arus lebih
b) Pemasangan yang kurang tepat
c) Usia pemakaian
2. Gangguan dari luar sistem antara lain :
a) Dahan/ranting pepohonan yang mengenai SUTM
b) Sambaran petir
c) Hujan atau cuaca
d) Kerusakan pada peralatan
e) Binatang ataupun layang-layang
f) Penggalian tanah
g) Gagalnya isolasi karena kenaikan temperature
h) Kerusakan sambungan
Berdasarkan sifatnya gangguan pada sistem distribusi dibagi
menjadi :
a) Gangguan Temporer
Gangguan yang bersifat sementara karena dapat hilang
dengan sendirinya dengan cara memutuskan bagian yang
terganggu sesaat, kemudian menutup balik kembali, baik
secara otomatis (autorecloser) maupun secara manual oleh
operator. Bila gangguan tidak dapat dihilangkan dengan
sendirinya atau dengan bekerjanya alat pengaman (recloser)
dapat menjadi gangguan tetap dan dapat menyebabkan
pemutusan tetap. Bila gangguan sementara terjadi terjadi
-
berulang-ulang dapat menyebabkan gangguan permanen,
dapat menyebabkan kerusakan peralatan.
b) Gangguan Permanen
Gangguan bersifat tetap, sehingga untuk membebaskannya
perlu tindakan perbaikan atau penghilangan penyebab
gangguan. Hal ini ditandai dengan jatuhnya (trip) kembali
pemutus daya setelah operator memasukkan sistem kembali
setelah terjadi gangguan. Untuk mengatasi gangguan-
gangguan sebuah peralatan harus dilengkapi dengan sistem
pengaman relay, dimana sistem pengaman ini diharapkan
dapat mendeteksi adanya gangguan sesuai dengan fungsi dan
daerah pengamannya.
-
BAB III
PENINGKATAN KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI 20KV
DENGAN PENAMBAHAN SECTIONALIZER
3.1 Defenisi Dan Teori Dasar Keandalan
Didalam pengoperasian jaringan distribusi selalu diinginkan
tercapainya hal-hal sebagai berikut :
1. Cara penanganan gangguan secepat mungkin
2. Keandalan cukup baik dalam arti :
a. Kontinuitas cukup baik
b. Bila terjadi gangguan,daerah yang mengalami
pemadaman sesedikit mungkin
c. Tegangan sumber cukup baik
d. Losses tidak terlalu besar
tetapi untuk mencapai semuanya itu tergantung dari sistem dan tipe
peralatan pengaman yang diterapkan. Sistem pengaman bertujuan untuk mencegah atau membatasi
kerusakan pada jaringan beserta peralatannya yang disebabkan karena
adanya gangguan serta meningkatkan kontinuitas pelayanan pada
konsumendan menjaga keselamatan umum.
Keandalan merupakan probabilitas suatu alat (device) untuk dapat
berfungsi sesuai dengan fungsi yang diinginkan selama jangka waktu
yang ditetapkan. 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. Keandalan menyatakan kemungkinan bekerjanya suatu
peralatan atau sistem sesuai dengan fungsinya untuk suatu selang waktu
tertentu dan kondisi tertentu. Dengan demikian keandalan dapat
digunakan untuk membandingkan suatu peralatan atau sistim dengan
peralatan atau sistem yang lain. Evaluasi keandalan ada dua macam,
yaitu penilaian secara qualitative dan secara quantitative.
Sistem merupakan sekumpulan komponen-komponen sistem
yang disusun menurut pola tertentu. Keandalan dari suatu sistem
distribusi ditentukan oleh keandalan dari kompoen-komponen yang
membentuk suatu sistem tersebut dan komponen itu sendiri.
Keandalan merupakan probabilitas suatu alat (device) untuk dapat
berfungsi sesuai dengan fungsi yang diinginkan selama jangka waktu
-
yang ditetapkan. Definisi keandalan mengandung empat istilah penting
yaitu :
a. Fungsi
b. Lingkungan (kondisi operasi)
c. Waktu
d. Probabilitas
a. Fungsi
Keandalan suatu komponen perlu dilihat apakah suatu komponen
dapat melakukan fungsinya secara baik pada jangka waktu tertentu.
Kegagalan fungsi dari komponen dapat disebabkan oleh perawatan yang
tak terencana (unplanned maintenance). Fungsi atau kinerja dari suatu
komponen terhadap suatu sistem mempunyai tingkatan yang berbeda-
beda.
b. Lingkungan
Keandalan setiap peralatan sangat bergantung pada kondisi
operasi lingkungan. Secara umum lingkungan tersebut menyangkut
pemakaian, transportasi, penyimpanan, instalasi, pemakai, ketersedian,
alat-alat perawatan, debu, kimia, dan polutan lain.
c. Waktu
Keandalan menurun sesuai dengan pertambahan waktu. Waktu
operasi meningkat sehingga probabilitas gagal lebih tinggi. Waktu
operasi ini diukur tidak hanya dalam unit waktu tetapi bisa dalam jarak
operasi.
d. Probabilitas
Keandalan diukur sebagai probabilitas. Sehingga probabilitas yang
berubah terhadap waktu dan masuk dalam bidang statistic dan analisa
statistic.
3.1.1 Konsep Dasar Keandalan
Dalam membicarakan keandalan, terlebih dahulu harus diketahui
kesalahan atau gangguan yang menyebabkan kegagalan peralatan untuk
bekerja sesuai dengan fungsi yang diharapkan.
Adapun konsep keandalan meliputi :3
a. Kegagalan
3 SLI 118-1988, Daftar Istilah dan Definisi Keandalan serta Petunjuk Matematis untuk Istilah dan Definisi Keandalan, Jakarta, 1989, hal 3
-
Kegagalan adalah berakhirnya kemampuan suatu peralatan
untuk melaksanakan suatu fungsi yang diperlukan.
b. Penyebab Kegagalan
Keadaan lingkungan selama disain, pembuatan atau yang
akan menuntun kepada kegagalan.
c. Mode Kegagalan
Akibat yang diamati untuk mengetahui kegagalan, misalnya
suatu keadaan rangkaian terbuka atau hubung singkat.
d. Mekanisme Kegagalan
Proses fisik, kimia atau proses lain yang menghasilkan
kegagalan.
Kata kegagalan adalah istilah dasar yang menunjukkan
berakhirnya untuk kerja yang diperlukan. Hal ini berlaku untuk
peralatan bagian-bagiannya dalam segala keadaan lingkungan.
Gangguan listrik pada jaringan sistem distribusi dinyatakan
sebagai kerusakan dari peralatan yang mengakibatkan sebagian atau
seluruh pelayanan listrik terganggu. Besaran yang dapat digunakan
untuk menentukan nilai keandalan suatu peralatan listrik adalah
besarnya suatu laju kegagalan/kecepatan kegagalan (failure rate) yang
dinyatakan dengan simbol .
3.1.2 Laju Kegagalan
Laju kegagalan adalah nilai rata-rata dari jumlah kesalahan
persatuan waktu pada selang waktu pengamatan waktu tertentu (T), dan
dinyatakan dalam satuan kegagalan pertahun.
Pada suatu pengamatan, nilai laju kegagalan dinyatakan sebagai
berikut :
T
d=
= Laju kegagalan (kegagalan/tahun)
d = banyaknya kegagalan yang terjadi pada waktu T
T = selang waktu pengamatan (tahun)
Nilai laju kegagalan akan berubah sesuai dengan umur dari sistem
atau peralatan listrik selama beroperasi. Grafik antara laju kegagalan
dengan laju kegagalan dengan unsur suatu sistem atau peralatan listrik
secara ideal dapat dilihat pada gambar 3.1.
-
Gambar 3.1 4
Kurva Laju Kegagalan terhadap waktu
Dari gambar diatas terdapat tiga macam daerah kegagalan, seperti
berikut ini :
a. Daerah kegagalan awal
Periode ini mulai pada waktu yang ditentukan sebelumnya dimana
angka kegagalan berkurang secara cepat dibandingkan periode
berikutnya. Pada daerah kegagalan awal ini, kegagalan dapat
disebabkan oleh karena kesalahan pada perencanaan dan
pemasangan peralatan listrik. Nilai laju kegagalan pada daerah ini
sangat besar dan akan semakin mengecil dengan bertambahnya
waktu.
b. Daerah kegagalan normal
Periode dimana kegagalan terjadi pada angka kecepatan yang
hampir sama yang mendekati uniform. Pada daerah kegagalan
normal ini, laju kegagalan dapat dianggap konstan. Hal ini
disebabkan oleh karena sistem suatu peralatan listrik sudah
beroperasi dengan stabil sehingga kemungkinan terjadinya
kegagalan pada setiap waktu adalah sama. Pada pembahasan
selanjutnya, laju kegagalan yang akan digunakan adalah laju
kegagalan normal ini saja. Karena sistem atau peralatan listrik
bekerja pada daerah ini.
c. Daerah kegagalan akhir
Periode dimana kegagalan terjadi pada angka kegagalan bertambah
secara cepat dibanding dengan periode sebelumnya. Pada daerah
kegagalan akhir ini, laju kegagalan semakin besar dengan
4 Roy Billinton, Power System Reliability Evaluation. New York : Gordon and Breach. 1970
-
bertambahnya waktu. Hal ini disebabkan oleh karena dengan
semakin tuanya peralatan listrik, maka kegagalan yang terjadi akan
semakin banyak.
3.2 Sectionalizer (SSO)
Sectionalizer sebagai alat pemutus rangkaian untuk dapat
memisah-misahkan jaringan utama dalam beberapa seksi secara
otomatis, sehingga bila terjadi gangguan permanen maka luas daerah
(jaringan) yang mengalami pemadaman akibat gangguan permanen
dapat dibatasi sekecil mungkin.
Sectionalizer yang diterapkan pada jaringan distribusi 20 kV di
Jawa Timur adalah tipe AVS (Automatic Vaccum Switch). AVS ini
membuka pada saat rangkaian tidak bertegangan, tetapi bila dalam
keadaan bertegangan harus mampu menutup rangkaian dalam keadaan
hubung singkat. Peralatan ini dapat juga digunakan untuk membuka
rangkaian dalam keadaan berbebab dan bekerja atas dasar penginderaan
tegangan, adapun prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
a. AVS akan menutup bila rangkaian kontrol dimasuki
tegangan.
b. AVS akan terbuka bila rangkain kontrol kehilangan
tegangan.
c. AVS akan terbuka dan tak menutup lagi (lock) apabila
tegangan ke rangkaian kontrol masuk lalu hilang lagi
sebelum suatu waktu tertentu.
Jenis kontrolnya ada tiga macam yaitu :
a. Kontrol untuk radial 1 (satu) sumber daya.
b. Kontrol untuk radial 2 (dua) sumber daya dengan tipe
Normally Closed
c. Kontrol untuk radial 2 (dua) sumber daya dengan tipe
Normally Open.
3.2.1 Jenis Sectionalizer Dilihat Dari Fungsinya
Dilihat dari fungsinya, ada dua jenis Sectionalizer, yaitu :
- Tree Type.
- Loop Type.
a. Sectionalizer Tree Type.
Sectionalizer tipe ini, operasi normalnya
menutup (Normally Close = NC) digunakan untuk
membagi jaringan distribusi menjadi beberapa seksi.
-
Didalam kotak pengatur (control device) dari
Tree Type Sectionalizer (tipe horisontal) terdapat
System Selection Switch (RS1) yang dapat diatur pada
posisi Tree Branch, One Line Loop dan Two Line Loop.
Pengaturan tersebut disesuaikan dengan fungsi SSO
dalam pengoperasian sistim jaringan.
1) Tree Branch
Sectionalizer yang di setting pada posisi
Tree Branch, digunakan untuk melayani operasi
jaringan yang membentuk sistim-sistim :
a) Sistim Radial, sectionalizer membagi jaringan
menjadi beberapa seksi.
b) Sistim Loop Satu Penyulang, sectionalizer
membagi jaringan menjadi beberapa seksi.
c) Sistim Loop Dua Penyulang dari satu trafo,
sectionalizer dipasang pada seksi yang terdekat
dengan sumber.
d) Sistim Loop Dua Penyulang dari trafo yang
berlainan, sectionalizer dipasang pada seksi
yang terdekat dengan sumber (Seksi Pertama).
2) One Line Loop
Sectionalizer yang di setting pada posisi
One Line Loop, digunakan untuk melayani sistim
operasi jaringan yang membentuk sistim meliputi :
a) Sistim Loop Satu Penyulang, sectionalizer
dipasang pada titik pertemuan dari penyulang
yang mempunyai dua saluran pencabangan dan
membentuk Loop.
b) Sistim Loop Dua Penyulang dari satu trafo,
Sectionalizer dipasang pada sebelum titik
pertemuan dua penyulang (sebelum Loop
Coupler Sectionalizer) atau dipasang setelah
Tree Branch Sectionalizer.
3) Two Line Loop
Sectionalizer Two Line Loop ini
dipergunakan untuk melayani operasi jaringan yang
membentuk sistim Loop Dua Penyulang dari trafo
yang berbeda, dipasang sebelum titik pertemuan dua
penyulang (sebelum sectionalizer Loop Coupler).
-
b. Sectionalizer Loop Type
Sectionalizer Loop Type dengan operasi
normal membuka (Normally Open = NO), digunakan
untuk melayani dua penyulang yang direncanakan
membentuk Loop dan dioperasikan dengan sistim Open
Loop. Sectionalizer ini dipasang pada titik pertemuan
kedua penyulang tersebut.
3.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Indeks Keandalan
Pada suatu sistem distribusi tenaga listrik, tingkat keandalan
adalah hal yang sangat penting dalam menentukan kinerja sistem
tersebut. Hal ini dapat dilihat dari sejauh mana supply tenaga listrik
dilaksanakan secara kontinyu dalam satu tahun ke konsumen. Tingkat
pertumbuhan beban listrik di Surabaya dan sekitarnya adalah yang
tertinggi di Jawa Timur yang ditandai dengan tumbuhnya daerah
kawasan yaitu : industri, bisnis dan pemukiman berakibat makin
tingginya permintaan supply tenaga listrik yang kontinyu dan handal.
Beberapa definisi ini diberikan untuk memahami faktor-faktor
yang mempengaruhi indeks keandalan dalam suatu sistem distribusi
sesuai standart IEEE P1366 antara lain :
Pemadaman/Interruption of Supply. Terhentinya pelayanan pada
satu atau lebih konsumen, akibat dari salah satu atau lebih
komponen mendapat gangguan.
Keluar/Outage. Keadaan dimana suatu komponen tidak dapat
berfungsi sebagaimana mestinya, diakibatkan karena beberapa
peristiwa yang berhubungan dengan komponen tersebut. Suatu
outage dapat atau tidak dapat menyebabkan pemadaman, hal ini
masih tergantung pada konfigurasi sistem.
Lama keluar/Outage Duration. Periode dari saat permulaan
komponen mengalami outage sampai saat dapat dioperasikan
kembali sesuai dengan fungsinya.
Lama pemadaman/interruption Duration. Waktu dari saat
permulaan terjadinya pemadaman sampai saat menyala kembali.
Jumlah total konsumen terlayani/Total Number of Costumer
Served. Jumlah total konsumen yang terlayani sesuai dengan
periode laporan terakhir.
Periode laporan. Periode laporan diasumsikan sebagai satu tahun.
-
3.4 Definisi Indeks Keandalan Sistem Distribusi 20 KV
Keandalan merupakan kemungkinan kelangsungan pelayanan
beban dengan kualitas pelayanan listrik yang baik untuk suatu priode
tertentu dengan kondisi operasi yang sesuai. Dan keandalan merupakan
salah satu syarat yang tidak boleh diabaikan dalam sistem tenaga listrik.
Keandalan sistem tenaga listrik sangat tergantung pada keandalan
peralatan pendukung sistem, proses alamiah dari peralatan serta
kesalahan dalam mengoperasikan peralatan tersebut. Ada beberapa
definisi kegagalan yang sering dipakai adalah :
- Bila kehilangan daya sama sekali selama t > 1 cycle
- Bila kehilangan daya sama sekali selama t > 10 cycle
- Bila kehilangan daya sama sekali selama t > 5 detik
- Bila kehilangan daya sama sekali selama t > 2 menit
Pemilihan kriteria kegagalan tersebut sangat tergantung pada
macam beban pada titik perhatian kita, yaitu sesuai dengan waktu
maksimum pemadaman yang tidak mengganggu kerja beban.
Indeks keandalan suatu sistem distribusi digunakan untuk
mengukur tingkat keandalan dari tiap-tiap titik beban/load point. Yang
merupakan indeks-indeks keandalan dasar antara lain :
= frekuensi kegagalan tahunan rata-rata (fault/year)
r = lama terputusnya pasokan listrik rata-rata (hours/fault)
U = lama/durasi terputusnya pasokan listrik tahunan rata-rata
(hours/year).
Berdasarkan indeks-indeks keandalan dasar ini, didapat sejumlah
indeks keandalan untuk sistem secara keseluruhan yang dapat dievaluasi
dan bisa didapatkan lengkap mengenai kinerja sistem. Indeks-indeks ini
adalah frekwensi atau lama pemadaman rata-rata tahunan. Indeks
keandalan yang sering dipakai pada sistem distribusi antara lain :
3.4.1 SAIFI (System Average Interruption Frequency Index)
SAIFI (system average interruption frequency index) adalah
indeks frekuensi gangguan sistem rata-rata tiap tahun.
Menginformasikan tentang frekuensi gangguan permanen rata-rata tiap
konsumen dalam suatu area yang dievaluasi. Definisinya adalah :
Terlayani yangKonsumen TotalJumlah
Konsumen PadaGangguan Banyaknya TotalJumlah SAIFI =
-
3.4.2 SAIDI (System Average Interruption Duration Index)
SAIDI (system average interruption durasi index) adalah indeks
durasi gangguan sistem rata-rata tiap tahun. Menginformasikan tentang
frekuensi gangguan permanen rata-rata tiap konsumen dalam suatu area
yang dievaluasi. Definisinya adalah :
Terlayani yangKonsumen TotalJumlah
Konsumen PadaGangguan Durasi TotalJumlah SAIDI =
3.4.3 CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index)
CAIDI (Customer average interruption durasi index) adalah
indeks durasi gangguan konsumen rata-rata tiap tahun,
menginformasikan tentang waktu rata-rata untuk penormalan kembali
gangguan tiap-tiap konsumen dalam satu tahun. Definisinya adalah :
Terganggu yangKonsumen TotalJumlah
Konsumen PadaGangguan Durasi TotalJumlah CAIDI =
3.5 Failure Modes and Effects Analysis (FMEA)
FMEA adalah teknik untuk menganalisa keandalan sistem
keselamatan yang paling sering digunakan oleh korps teknik angkatan
bersenjata Amerika Serikat. FMEA digunakan untuk mengidentifikasi
kemungkinan-kemungkinan terjadinya malfungsi, atau mode kegagalan,
menganalisa penyebab-penyebabnya, efek-efek yang dapat ditimbulkan
dari kegagalan tersebut. Suatu bentuk identifikasi yang jelas tentang cara
kegagalan yang akan membimbing langsung kearah penyelesaian daan
keseluruhan sistem keandalan dan keselamatan dari produk yang
dihasilkan.
Suatu analisa waktu tentang kapan saat yang paling untuk
dilakukannya FMEA adalah ketika suatu proyek masih dalam taraf
desain. Tetapi FMEA juga sangat efektif digunakan untuk mengevaluasi
produk dan mengidentifikasi kemungkinan-kemungkinan mode
kegagalan dari suatu sistem seiring dengan bertambahnya usia sistem
yang akan dievaluasi. Suatu analisa mode efek-efek kegagalan dapat
bervariasi pada tiap-tiap level yang dilaporkan, bergantung pada
kebutuhan detail dan ketersedian informasi yang diperlukan. Pada suatu
analisa beban kritis tertentu yang dominan, dan hingga membahayakan
-
keselamatan, maka suatu analisa evaluasi dengan menggunakan metode
FMEA wajib dilakukan,
Keuntungan-keuntungan dari dilakukannya analisa evaluasi
dengan menggunakan metode FMEA adalah suatu hasil akhir produk
yang benar-benar mengutamakan keselamatan, dan sistem berjalan
sesuai dengan fungsinya. FMEA membantu desainer untuk
mengidentifikasi dan menghilangkan mode kegagalan yang berbahaya,
meminimalkan kerusakan pada sistem dan operator maupun penggunan
sistem tersebut. Seiring dengan semakin akuratnya analisa evaluasi
FMEA yang dilakukan, kemungkinan kegagalan dapat dilokalisasi dan
bila pada suatu sistem atau subsistem mengalami kegagalan, maka tidak
akan merembet pada sistem dan subsistem yang lain dalam proses.
Keandalan akan semakin bertambah dan waktu desain dapat banyak
berkurang.
Analisa evaluasi dengan menggunakan metode FMEA dapat
digunakan pada beberapa proyekfitas meliputi diagnosa prosedur
persiapan, interval dan maintenance produk. FMEA dapat digunakan
pula sebagai bukti otektik sebuah dokumen keselamatan kerja , sangat
berguna untuk perhitungan asuransi. Pada FMEA worksheet termasuk
didalamnya analisa kemampuan merawat, analisa keselamatan,
survivability, dan vulnerability, analisa rencana perawatan, dan untuk
deteksi dari kegagalan dan isolasi subsistem.
Secara fungsional FMEA mengasumsikan sebuah kegagalan, lalu
mengidentifikasi kegagalan tersebut, dan menganalisa bagaimana efek
kegagalan tersebut. Suatu sistem pendekatan yang biasanya melibatkan
analisa bottom-up dimana suatu analisa mode kegagalan spesifik dari
sub sistem, dilihat pengaruhnya terhadap keseluruhan sistem.
Kegunaan FMEA :
1. ketika diperlukan tindakan preventive/pencegahan
sebelum masalah terjadi.
2. ketika ingin mengetahui/mendata alat deteksi yang ada
jika terjadi kegagalan.
3. pemakaian proses baru.
4. perubahan/pergantian peralatan.
3.6 Evaluasi Keandalan dengan Menggunakan FMEA
Umumnya, keandalan sistem tergantung pada : 1) keandalan dan
pemeliharaan peralatan termasuk didalamnya kegagalan dan waktu
perbaikan distribusi, mode kegagalan dan efeknya, serta pengaruh
-
lingkungan; 2) konfigurasi atau topologi sistem dan 3) perilaku sistem
(karakteristik operasional, prosedur switching, dan pelayanan).
Ada dua cara utama untuk memperbaiki keandalan suatu sistem
tenaga listrik, cara pertama adalah mengurangi frekuensi terjadinya
gangguan, dan kedua adalah mengurangi durasi gangguan. Untuk
mengurangi jumlah gangguan maka perlu dilakukan pemeliharaan
jaringan secara preventif, sedangkan untuk mengurangi lama/durasi
gangguan, maka disadari pentingnya otomatisasi sistem distribusi.
Sebuah sistem terdapat satu atau beberapa komponen, yang saling
berhubungan sedemikian rupa sehingga sistem bisa melaksanakan
sejumlah fungsi diperlukan. Untuk mencegah kegagalan sistem,
misalnya, kegagalan yang mencegah sistem itu melakukan fungsi yang
diharapkannya , maka potensial kegagalan harus dikenali.Oleh karena
itu perlu dikembangkan suatu metode untuk mengevaluasi keandalan
suatu sistem tenaga listrik. Sehingga dapat diketahui tingkat keandalan
melalui nilai indeks keandalan sub sistem yang membentuk sistem. Ini
dapat dilakukan melalui berbagai metoda seperti; FMEA (fault modes
effects and analysis), Bayesian belief networks, event tree analysis and
reliability block diagrams.
Dalam tugas akhir ini menggunakan metode Failure Modes And
Effects Analysis (FMEA). Secara fungsional FMEA mengasumsikan
sebuah kegagalan, lalu mengidentifikasi kegagalan tersebut, dan
menganalisa bagaimana efek kegagalan tersebut. Suatu sistem
pendekatan yang biasanya melibatkan analisa bottom-up dimana suatu
analisa mode kegagalan spesifik dari sub sistem, dilihat pengaruhnya
terhadap keseluruhan sistem. Dengan menggunakan metode ini maka
dapat diketahui daerah-daerah mana pada jaringan yang perlu diperbaiki
keandalannya. Baik melalui pemeliharaan jaringan maupun otomasisasi
sistem.
3.6.1 Konsep dan Pendekatan Teknik
FMEA (Failure Modes And Effects Analysis) adalah suatu
metode terstruktur untuk menganalisa suatu sistem. Metoda FMEA
untuk mengevaluasi keandalan sistem distribusi didasarkan pada
bagaimana suatu kegagalan dari suatu peralatan mempengaruhi operasi
sistem. Efek atau Konsekwensi 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. FMEA adalah suatu
-
pendekatan dari bawah ke atas (bottom-up) yang mempertimbangkan
satu mode kegagalan pada suatu waktu.
Syarat-syarat dari metode FMEA :
Topologi/konfigurasi penyulang (feeder) sistem jaringan
distribusi 20 kV. Sistem didefinisikan dalam section-section,
lateral-lateral, dan titik bebannya (load point).
Data konsumen meliputi :
- Jumlah pelanggan pada setiap titik beban
Data gangguan/pemadaman tahunan
Parameter data keandalan sistem
Asumsi metode FMEA :
Kegagalan peralatan tidak saling berhubungan, peralatan
masing-masing dapat dianalisa secara terpisah. Jika
kegagalan peralatan saling dihubungkan, maka perhitungan
keandalan sistem menjadi lebih kompleks. Maka untuk
menyederhanakan perhitungan tersebut dengan
mengasumsikan bahwa setiap kegagalan tidak saling
berhubungan.
Jika gangguan dari peralatan dalam suatu sistem diasumsikan
menjadi independen, masing-masing keandalan load point
adalah suatu fungsi minimal cut set yang dihubungkan secara
seri.
Gambar 3.2
Input dan Output FMEA
-
Filosofi dari metode ini adalah mengevaluasi keandalan jaringan
distribusi 20 kV dengan menghitung indeks-indeks keandalan setiap titik
bebannya. Jika gangguan dari peralatan dalam suatu sistem diasumsikan
menjadi independen, masing-masing keandalan load point adalah suatu
fungsi minimal cut set yang dihibungkan secara seri. Karenanya,
minimal cut set terdiri dari semua peralatan yang mempunyai pengaruh
pada ketersedian/avaibility load point/titikbeban. Dari indeks-indeks
keandalan tersebut dapat diketahui titik beban-titik beban mana yang
perlu diperbaiki keandalannya. 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
LP , merupakan penjumlahan laju kegagalan semua peralatan
yang berpengaruh terhadap Load Point, dengan persamaan :
=
=Ki
iLP
Dimana :
i = laju kegagalan untuk peralatan K
K= Minimal cut set
Lama / durasi gangguan tahunan rata-rata untuk load point
LPU , dengan persamaan :
jj
ij
iLP rUU == == 11
Dimana :
jr = waktu perbaikan/switching time/reclosing time
Dimana :
Berdasarkan indeks-indeks load point ini, didapat sejumlah
indeks keandalan untuk sistem secara keseluruhan yang dapat dievaluasi
dan bisa didapatkan lengkap mengenai kinerja sistem. Indeks-indeks ini
adalah frekwensi 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)
Persamaannya adalah :
=
N
N LPLP SAIFI
Dimana :
NLP = jumlah konsumen pada titik beban (load point)
N = jumlah konsumen pada penyulang
SAIDI (System Average Interruption Duration Index)
Persamaannya adalah :
=
N
UN LPLPSAIDI
CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index)
Persamaannya adalah :
SAIFI
SAIDICAIDI =
Indeks Relatif CAIDI
Indeks relatif CAIDI membantu untuk mengidentifikasi titik
beban (load point) yang yang memerlukan peningkatan
keandalan).
Indeks relatif CAIDI mempunyai persamaan :
LP
fedLP
CAIDI
CAIDIRelatif CAIDI =
Dimana :
CAIDIfed = CAIDI rata-rata pada penyulang
CAIDILP = CAIDI pada load point
-
Kemudian :
- Jika indeks relatif CAIDI =1, maka konsumen pada load
point mempunyai nilai keandalan rata-rata
- Jika indeks relatif CAIDI 1, maka konsumen pada load
point mempunyai nilai keandalan diatas rata-rata
3.6.2 Prosedur Metode FMEA
Flowchart pengerjaan FMEA terlihat pada gambar dibawah ini :
LPLPU
Gambar 3.3
Flowchart FMEA
Struktur algoritma dari metode FMEA adalah sebagai berikut :
a) Masukkan data topologi jaringan, data konsumen, data keandalan
peralatan
b) Perinci topologi jaringan, dengan membagi jaringan kedalam
beberapa line.
c) Pertimbangkan suatu mode kegagalan (Failure Mode), baik pada
Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM), maupun pada
peralatan jaringan distribusi.
d) Selanjutnya setiap mode kegagalan didaftarkan pada FMEA
worksheet
e) Menentukan waktu pemulihan sistem, apakah melalui waktu
perbaikan atau switching
-
f) Menentukan efek (Effect Analysis) setiap mode kegagalan terhadap
setiap load point
g) Menjumlahkan frekuensi kegagalan LP dan durasi gangguan LPU
setiap load point
h) Dari indeks load point hitunglah indeks keandalan keseluruhan
sistem
i) Menghitung nilai relatif CAIDI untuk mengetahui tingkat keandalan
setiap titik beban
Dalam tugas akhir ini tidak akan membahas informasi mengenai
data keandalan peralatan. Studi ini akan terfokus pada dengan
menggunakan informasi data keandalan peralatan dapat mengevaluasi
keandalan sistem berdasarkan mode kegagalan dan efek kegagalan yang
dialami oleh sistem itu sendiri. Idealnya, indeks nilai keandalan
peralatan peralatan listrik diperoleh dari data di lapangan dengan kondisi
lingkungan dan stress level yang sama. Dalam tugas akhir ini
perhitungan keandalan sistem menggunakan standart dari PLN yaitu
SPLN 59 : 1985, Perkiraan Angka Kegagalan peralatan Sistem
Distribusi dan Waktu Operasi Kerja Dan Pemulihan Pelayanan. Data
tersebut sudah cukup memadai untuk menentukan nilai keandalan suatu
sistem secara kwantitatif.
3.7 Contoh Evaluasi Keandalan dengan Menggunakan FMEA
Berikut ini adalah contoh perhitungan indeks keandalan dari
sebuah penyulang jaringan distribusi 20 kV seperti pada gambar 3.4.
Penyulang ini disupply dari gardu induk dan mempunyai tegangan 20
kV pada penyulang utama dan 0.38 kV pada load point. Penyul