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