file uji kinerja word.doc

KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI 20 KV di PAMEKASAN

A. Teori Dasar Keandalan

Keandalan sistem distribusi berkaitan dengan ketersediaan dan kualitas pasokan listrik di setiap jaringan pelanggan. Analisa dari statistic kegagalan pelanggan telah menunjukkannya, kegagalan sistem distribusi berkontribusi sebanyak 90% terhadap tersedianya pasokan ke beban. Hal ini menunjukkan betapa pentingnnya evaluasi keandalan sistem distribusi diperoleh.Keandalan menyatakan kemungkinans suatu peralatan (device) yang bekerja sesuai standarnya dalam selang waktu dan kondisi tertentu. Analisa bentuk kegagalan merupakan suatu analisa bagian dari sistem atau peralatan yang dapat gagal, bentuk kegagalan yang mungkin, efek masing-masing, bentuk kegagalan dari sistem yang komplek. Dengan demikian keandalan dapat digunakan untuk membandingkan suatu peralatan atau sistem dengan peralatan atau sistem yang lain. Evaluasi keandalan ada dua macam, yaitu penilaian secara qualitative dan secara quantitative.Keandalan dari suatu sistem distribusi ditentukan oleh keandalan dari kompoen-komponen yang membentuk suatu sistem tersebut disaat bekerja dan komponen itu sendiri. Keandalan memiliki empat aspek penting yaitu :

1. Fungsi

Keandalan pada suatu sistem perlu dilihat apakah suatu sistem itu dapat melakukan fungsinya secara baik sesuai standarnya pada jangka waktu dan kondisi tertentu. Kegagalan fungsi dari sistem dapat disebabkan oleh perawatan yang tak terencana (unplanned maintenance). Fungsi atau kinerja dari suatu komponen terhadap suatu sistem mempunyai tingkatan yang berbeda-beda.

2. Lingkungan

Keandalan setiap peralatan dari suatu sistem sangat bergantung pada kondisi lingkungan saat peralatan tersebut bekerja. Secara umum lingkungan tersebut menyangkut pemakaian, transportasi, penyimpanan, instalasi, pemakai, ketersedian, alat-alat perawatan, debu, kimia, dan polutan lain.

3. Waktu

Keandalan menurun sesuai dengan pertambahan waktu. Dalam artian semakin lamanya peralatan tersebut bekerja, maka kualitas keandalan semakin turun. Meningkatnya waktu operasi membuat probabilitas kegagalan lebih tinggi. Waktu operasi ini diukur tidak hanya dalam unit waktu tetapi bisa dalam jarak operasi.

4. Probabilitas

Keandalan diukur sebagai probabilitas. Sehingga probabilitas yang berubah terhadap waktu dan masuk dalam bidang statistic dan analisa statistic.

Membahas keandalan tidak dapat dilepaskan dari teori kesalahan atau gangguan yang menyebabkan kegagalan peralatan pada suatu sistem untuk bekerja sesuai dengan standar atau fungsi yang diharapkan.

Teori Kesalahan meliputi:

1. Kegagalan

Kegagalan adalah ketidakmampuan suatu peralatan untuk melaksanakan fungsi yang diperlukan sesuai batasan kemampuan yang dibutuhkan.

2. Penyebab Kegagalan

Keadaan lingkungan selama desain, pembuatan atau selama proses bekerjanya peralatan yang akan menuntun kepada kegagalan.

3. Mode Kegagalan

Akibat yang diamati untuk mengetahui kegagalan, misalnya suatu keadaan rangkaian terbuka atau hubung singkat.

4. Faktor Kegagalan

Faktor kegagalan antara lain meliputi proses fisik, kimia atau proses lain yang menyebabkan kegagalan suatu peralatan.

Kata kegagalan adalah istilah dasar yang menunjukkan berakhirnya unjuk kerja suatu peralatan dan bagian-bagiannya, yang tidak sesuai dengan yang seharusnya 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 λ.

1. Laju Kegagalan

Secara umum keandalan didefinisikan sebagai kemungkinan (Probability) peralatan dari suatu sistem yang mampu bekerja sesuai dengan kondisi operasi tertentu dalam jangka waktu yang ditentukan, dengan kata lain keandalan disebut juga dengan kecukupan atau ketersediaan (availability). Keandalan memiliki sifat non deterministic (terjadi secara kebetulan) tapi probabilistik. Banyaknya kegagalan yang terjadi selama selang waktu t1 sampai t2 disebut laju kegagalan. Ini dapat dinyatakan sebagai peluang bersyarat, yaitu kegagalan-kegagalan yang terjadi dalam selang waktu t1dan t2, dimana sebelum periode t1 tidak terjadi kegagalan dan ini merupakan awal dari selang.

Jadi 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 :

…...(1)

λ = Laju kegagalan konstan (kegagalan/tahun)

d = banyaknya kegagalan yang terjadi selama selang waktu

T = jumlah selang waktu pengamatan (tahun)

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 :

λ = Laju kegagalan konstan (kegagalan/tahun)

r = lama terputusnya pasokan listrik rata-rata (jam/kegagalan)

U = lama/durasi terputusnya pasokan listrik tahunan rata-rata (jam/tahun)

Nilai laju kegagalan akan berubah sesuai dengan umur dari sistem atau peralatan listrik selama beroperasi. Grafik antara laju kegagalan dengan unsur suatu sistem atau peralatan listrik secara ideal dapat dilihat pada gambar 1.1.

Gambar 1.1. Kurva Laju Kegagalan Terhadap Waktu

Dari gambar diatas terdapat tiga macam daerah kegagalan, seperti berikut ini :

a. Daerah kegagalan awal

Pada periode ini 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 bertambahnya waktu. Hal ini disebabkan oleh karena dengan semakin tuanya peralatan listrik, maka kegagalan yang terjadi akan semakin banyak.

B. Indeks Gangguan Tambahan

Indeks keandalan yang telah diperhitungkan kembali adalah laju kegagalan rata-rata, lamanya gangguan rata-rata dan waktu kegagalan tahunan.

Indeks Berorientasikan Pelanggan

1. System Average Interruption Frequency Index (SAIFI)

SAIFI merupakan indeks yang menyatakan banyaknya gangguan (pemadaman) yang terjadi dalam selang waktu tertentu (1 tahun) pada pelanggan dalam suatu sistem secara keseluruhan.

2. Costumer Average Interruption Frequency Index (CAIFI)

CAIFI merupakan suatu indeks yang menyatakan banyaknya gangguan yang terjadi dalam selang waktu tertentu (1 tahun) pada pelanggan dalam ruang lingkup yang lebih kecil.

3. System Average Interruption Duration Index (SAIDI)

SAIDI merupakan suatu indek yang menyatakan lamanya gangguan (pemadaman) yang terjadi dalam selang waktu tertentu (1 tahun) pada pelanggan dalan suatu sistem secara keseluruhan.

4. Costumer Average Interruption Duration Index (CAIDI)

CAIDI merupakan suatu indeks yang menyatakan lamanya gangguan yang terjadi dalam selang waktu tertentu (1 tahun) pada pelanggan dalam ruang lingkup yang lebih kecil.

5. Avarage Service Availability (unvailability) Index (ASAI/ASUI)

ASAI/ASUI merupakan suatu indeks yang menyatakan kemampuan suatu sistem untuk menyediakan/menyuplai suatu sistem dalam jangka waktu 1 tahun. Sedangkan ASUI merupakan indeks yang menyatakan ketidakmampuan suatu sistem untuk menyediakan/menyuplai suatu sistem.

C. Failure Modes and Effects Analysis (FMEA)

FMEA adalah teknik untuk menganalisa suatu keandalan sistem keselamatan. FMEA digunakan untuk mengidentifikasi kemungkinan-kemungkinan terjadinya malfungsi atau mode kegagalan, menganalisa penyebab-penyebabnya, efek-efek yang dapat ditimbulkan dari kegagalan tersebut.

Suatu analisa waktu tentang kapan saat yang paling tepat untuk dilakukannya FMEA adalah ketika suatu proyek masih dalam taraf desain. FMEA 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,

Kelebihan mengevaluasi keandalan 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 untuk 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.

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.

D. Konsep dan Pendekatan Teknik Analisis dan Evaluasi Keandalan

FMEA (Failure Modes And Effects Analysis) adalah suatu metode terstruktur untuk menganalisa dan mengevaluasi keandalan sistem distribusi yang didasarkan pada bagaimana suatu kegagalan dari suatu peralatan mempengaruhi operasi sistem. 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. 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 minimalcut set yang dihubungkan secara seri

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 minimalcut 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 λLP, merupakan penjumlahan laju kegagalan semua peralatan yang berpengaruh terhadapLoad point, dengan persamaan :

Dimana :

λ i = laju kegagalan untuk peralatan K

K = Minimal cut set

Lama / durasi gangguan tahunan rata-rata untuk load point ULP, dengan persamaan :

Dimana :

rj = waktu perbaikan/switching time/reclosing time

Berdasarkan indeks-indeks load point ini, didapat sejumlah indeks keandalan untuk sistem secara keseluruhan yang dapat dievaluasi dan bisa didapatkan lengkap mengenai kinerja sistem. 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 :

Dimana :

NLP = jumlah konsumen pada titik beban (load point)

N = jumlah konsumen pada penyulang

SAIDI (System Average Interruption Duration Index)


CAIDI (Costumer Average Interruption Duration Index)


Indeks Relatif CAIDI

Indeks relatif CAIDI membantu untuk mengidentifikasi titik beban (load point) yang yang memerlukan peningkatan keandalan).

Indeks relatif CAIDI mempunyai persamaan :

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 dibawah rata-rata

- Jika indeks relatif CAIDI >1, maka konsumen pada load point mempunyai nilai keandalan diatas rata-rata

ASAI (Avarage Service Availability (unvailability) Index)


Dimana 8760 merupakan jumlah jam dalam satu tahun kalender.

a. Prosedur Metode 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 λLP dan durasi gangguan ULP 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.

E. 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

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.

F. Contoh Perhitungan Indeks Keandalan Menggunakan FMEA

Berikut ini adalah contoh perhitungan indeks keandalan menggunakan FMEA secara manual. Dibawah ini merupakan 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 0.4 kV padaload point. Penyulang ini memiliki 12 buahload point.

Data keandalan dari komponen yang ada pada sistem yang terdiri dari mode kegagalan aktif. Perhitungan keandalan sistem ini menggunakan standart dari PLN 59 : 1985, untuk angka keluar/ indeks frekuensi gangguan dan waktu perbaikan Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)/Overhead Line sebagai berikut :

Laju kegagalan (Failure rate) Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) = 0.2/km/year

Waktu yang dibutuhkan untuk memperbaiki kawat penghantar udara (repair time) = 3 jam

Waktu switching, diasumsikan sebagai waktu penutupan saklar beban Load Break Switch LBS maksimal = 0.15 jam

Menghitung nilai frekuensi kegagalan dan durasi/lama kegagalan setiapload point. Nilai frekuensi kegagalan dan durasi/lama kegagalan dapat dilihat di bawah ini

Titik beban Lump098 dengan jumlah pelanggan 75 Titik beban Lump199 dengan jumlah pelanggan 64

Titik beban Lump038S dengan jumlah pelanggan 25

Titik beban Lump038 dengan jumlah pelanggan 69







Titik beban Lump024S dengan jumlah pelanggan 39


Dengan total jumlah pelanggan = 746 dan masing-masing titik beban memiliki nilai Indeks Keandalan Dasar λ = 0.64 ; r = 3 ; u = 1.92

Maka di butuhkan untuk di buat table Frekuensi Kegagalan dan Durasi Kegagalan Load point beserta jumlah konsumen yang dilayani sistem.

Jumlah pelanggan merupakan banyaknya pelanggan pada setiap beban. Nilai λ menunjukkan laju kegagalan (kegagalan/tahun). Nilai kegagalan tersebut bersifat konstan. Nilai r merupakan rata-rata durasi kegagalan dan nilai u merupakan hasil perkalian antara nilai λ dan nilai r. Dari setiap nilai λ dan nilai r menggunakan nilai standar SPLN.

Dari indeks load point dapat dihitung indeks keandalan keseluruhan sistem berdasarkan jumlah konsumen pada tabel 3.3 secara manual dengan menggunakan rumus indeks keandalan berikut.

SAIFI (System Average Interruption Frequency Index)


Dimana :

NLP = jumlah konsumen pada titik beban (load point)

N = jumlah konsumen pada penyulang

ini merupakan contoh perhitungan yang akan menunjukkan nilai SAIFI pada setiap beban. Pada lump098 diketahui sebelumnya pada table 3.2 nilai dari λ = 0.64. Untuk jumlah konsumen pada titik beban ini sebanyak 75 pelanggan dari seluruh beban sebanyak 746 pelanggan. Sehingga perhitungannya sebagai berikut.

kali/pelanggan/tahun

SAIDI (System Average Interruption Duration Index)


Di bawah ini merupakan contoh perhitungan yang akan menunjukkan nilai SAIDI pada setiap beban. Pada tabel 3.2 diketahui sebelumnya pada lump098 nilai dari u = 1.92. Untuk jumlah konsumen padatitik beban ini sebanyak 75 pelanggan dari seluruh beban sebanyak 746 pelanggan. Sehingga perhitungannya sebagai berikut.

jam/pelanggan/tahun

CAIDI (Costumer Average Interruption Duration Index)

Persamaannya adalah:

Di bawah ini merupakan contoh perhitungan yang akan menunjukkan nilai CAIDI pada setiap beban. Disini akan diambil contoh pada sebuah beban, yaitu lump098 dimana nilai SAIFI = 0.064343 dan nilai SAIDI = 0.193029. Sehingga perhitungannya sebagai berikut.

file uji kinerja word.doc

Documents