5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Dasar peneilitian ini adalah penilitian yang dilakukan oleh peniliti Rosade E. Hutasoit berjudul “Analisa Keandalan Sistem Jaringan Distribusi 20KV PT.
PLN (Persero) Rayon Delitua Berbasis Matlab”. Berdasarkan hasil penilitian dalam menganilis keandalan system distribusi tenaga listrik di PT. PLN Rayon Delitua menurut indeks keandalan SAIFI dan SAIDI memakai data gangguan distribusi yang ada di tahun 2018 setiap penyulang tergolong andal menurut standar SPLN No.59 Tahun 1985 dengan frekuensi pemadaman rata-rata = 3.21 kali/tahun dan lama pemadamanya = 21.094 jam/tahun. Jika perbandingannya dengan pemberian target dari PLN Area Pakam Rayon Delitua dengan target nilai SAIFI 1,31 kali/plg dan SAIDI 185,64 menit/plg ataupun 3,094 jam/plg dengan periode satu tahun, maka merujuk sisi frekuensi gangguan tergolong belum andal akan tetapi waktu penangan (SAIDI) ada pada dalam yang diperbolehkan. Hal ini perlu upaya dilaksanakan peningkatan keandalan jaringan distribusi di Rayon Delitua.
2.1 Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik yakni gabungan atas sejumlah komponen kelistrikan, seperti generator, trafo, saluran distribusi, saluran transmisi, dan beban, yang saling terpisah sehingga terbentuk suatu system.
Gambar 2.1 Skema Sistem Tenaga Listrik Sumber: Wisnu Sri Nugroho,2018
6 Energi listrik yang dimunculkan oleh sistem pembangkit listrik dikirim lewat saluran transmisi dan lalu ditransmisikan ke beban. Nomenklatur sistem tenaga listrik sering memakai coverage area area berlistrik, seperti sistem tenaga Jawa-Bali.
2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Sistem distribusi ialah sistem yang melaksanakan distribusi sistem tenaga listrik dari jalur tegangan menengah gardu induk ke titik pelayanan pelanggan tegangan rendah. Sistem distribusi tenaga listrik meliputi jaringan tegangan menengah (JTM) selaku jaringan distribusi primer dan jaringan tegangan rendah (JTR) selaku jaringan distribusi sekunder ke meter pelanggan. Dengan demikian, sistem distribusi tenaga listrik yakni subsistem tenaga listrik yang berhubungan dengan pelanggan secara langsung, sebab pasokan listrik dari pusat beban disediakan langsung lewat jaringan distribusi tenaga listrik. Sistem tenaga listrik ialah sebuah kesatuan sistem tenaga yang mencakup generator, sistem transmisi, sistem distribusi dan pelanggan.
Berdasarkan skema sistem tenaga, dimulai dengan proses pembangkitan pusat tenaga. Artinya, tegangan yang dihasilkan oleh pusat daya, umumnya tegangan menengah (6kV, 20kV), distep-up oleh transformator daya. Kemudian disalurkan melalui saluran transmisi tegangan tinggi (150 kV, 500 kV) sesuai dengan rasio step-up yang digunakan. Setelah itu dikirim ke saluran transmisi, dan daya gardu induk diturunkan oleh trafo step-down menjadi tegangan menengah (20kV dan 6kV) dan tegangan rendah (220v/380V). Listrik kemudian dikirim ke pelanggan. (Nugroho, 2017)
2.3 Gangguan Sistem Distribusi
Terkait sistem distribusi tenaga listrik ini pada dasarnya dapat dibedakan menjadi tiga jenis gangguan, yakni gangguan dari luar sistem (eksternal), gangguan dari dalam sistem (internal), dan gangguan dari faktor manusia. Untuk luar system dikarenakan adanya sambaran petir, sentuhan pada penghantar, cuaca, manusia dan hewan. Di sisi lainnya, gangguan dari dalam sistem biasanya bermanifestasi sebagai kegagalan peralatan jaringan, kerusakan pemutus beban, kerusakan peralatan jaringan, dan kegagalan peralatan pendeteksi. Dan penyebab
7 gangguan faktor manusia, yakni yang dikarenakan oleh kelalaian ataupun kecerobohan operator, ketidaktepatan, ketidak patuhan terhadap peraturan perlindungan diri, dll. (Suprianto, 2015)
Akibat dari gangguan pada sistem adalah beban lebih, hubung singkat, tegangan lebih, dan gangguan daya. Overload berarti bahwa pada saat terjadi kegagalan, arus gangguan yang mengalir ke sistem menyebabkan sistem menjadi kelebihan beban, menyebabkan sistem menjadi tidak normal dan rusak apabila dibiarkan tanpa pengawasan untuk waktu yang lama. Gangguan akibat hubung singkat ini bersifat sementara dan permanen. Kegagalan permanen bisa terjadi pada hubung singkat 3-phasa, 2-phasa ke tanah, hubung singkat interfase atau 1- phasa ke tanah. Gangguang temporer disebabkan oleh flashover antar penghantar- ke-tanah, penghantar-ke-tiang, dan penghantar-ke-kawat tanah. Tegangan lebih berarti penurunan ataupun kehilangan beban sebab switching, kegagalan AVR, overspeed karena kehilangan beban. Di sisi lain, rele dan CB beroperasi sebagai akibat dari kegagalan karena kegagalan daya, yaitu kegagalan generator karena kegagalan generator, atau kegagalan hubung singkat.
Berdasarkan SPLN 52-3: 1983 pada jaringan tegangan overhead 20 kV, gangguan yang terjadi merupakan jenis gangguan yang bersifat temporer.
Gangguan temporer diakibatkan karena berbagai penyebab, antara lain tertimpa pohon atau dedaunan, sambaran petir, manusia, hewan, dan cuaca buruk.
Gangguan sementara ini dapat diatasi dengan menggunakan suatu alat yang disebut recloser yang dapat beroperasi untuk membuka dan menutup secara otomatis dan dapat diatur untuk beroperasi sesuai kebutuhan. Penggunaan sistem proteksi jaringan merupakan tindakan yang dapat dilakukan untuk memperbaiki terjadinya gangguan dan mencegah terjadinya gangguan yang dapat merusak peralatan sistem penyuplai tenaga listrik. Tujuan dari sistem proteksi itu sendiri adalah untuk melindungi daerah yang terganggu sekecil mungkin dari adanya arus gangguan, serta untuk menjaga kehandalan penyaluran energi listrik terhadap kontak langsung manusia.
Sedangkan untuk gangguan pada jaringan SKTM biasa sifatnya gangguan permanen yang untuk membebaskan suatu gangguan dibutuhkan tindakan
8 perbaikan atau mengatasi gangguan itu, dengan demikian gangguan yang dapat mengakibatkan pemutusan. Untuk penyebab gangguan pada saluran kabel tegangan menengah (SKTM) yang asalnya dari dalam sistem yaitu tegangan lebih dan arus tak normal, kesalahan pemasangan, faktor usia, dan kegagalan kerja peralatan pengaman. Sedangkan untuk gangguan SKTM dari luar biasanya berupa gangguan yang terjadi karena pekerjaan saluran lain, surja petir, dan binatang.
Sedangkan gangguan pada jaringan SKTM seringkali bersifat permanen, pada saat membebaskan gangguan maka harus dilakukan tindakan untuk perbaikan atau mengatasi gangguan itu, oleh karenanya gangguan ini dapat mengakibatkan pemutusan. Untuk penyebab gangguan saluran kabel tegangan menengah (SKTM) dari dalam sistem, yaitu tegangan lebih dan arus tidak normal, kegagalan instalasi, faktor usia dan kegagalan peralatan pengaman. Sedangkan gangguan SKTM dari luar biasanya berupa pengoperasian saluran lain, sambaran petir dan hewan. (Yosephine, 2021)
2.4 Indeks Keandalan Sistem Distribusi Daya Listrik
Merujuk SPLN No. 59 Tahun 1985, Indeks Keandalan yakni sebuah besaran dalam perbandingan penampilan sistem distribusi. SPLN No. 59 Tahun 1985, lalu dijelaskan lagi dengan SPLN No 68-2 Tahun 1986. Indeks lama pemadaman rata-rata (SAIDI) dan indeks frekuensi pemadaman rata-rata (SAIFI) yakni dua indeks keandalan yang paling banyak dipakai pada sistem distribusi.
Mengacu SPLN No. 59 Tahun 1985, akan disajikan pada tabel 2.1 yakni angka keluar standar laju kegagalan jaringan distribusi.
Merujuk SPLN No 59 tahun 1985, indeks keandalan yakni besaran selaku pembanding penampilan sistem terdistribusi. SPLN No 59 tahun 1985, lalu dijelaskan kembali dengan SPLN No 68-2 tahun 1986. Dua indeks keandalan yang banyak dipakai pada jaringan distribusi yakni indeks Waktu Pemadaman Rata-rata (SAIDI) dan frekuensi pemadaman rata-rata (SAIFI). Merujuk nomor SPLN No 59 tahun 1985, tingkat kegagalan sistem distribusi standar diperlihatkan Tabel 2.1. (PLN, 1985) (PLN, Tingkat Jaminan Sistem Tenaga Listrik Bagian Dua: Sistem Distribusi, 1986)
9 Tabel 2.1 Standar Laju Kegagalan Berdasarkan SPLN Tahun 1985
Komponen Angka Keluar
Saluran udara 0.2/km/tahun
Kabel saluran bawah tanah 0.07/km/tahun
Pemutus tenaga 0.004/unit/tahun
Sakelar beban 0.003/unit/tahun
Sakelar pisah 0.003/unit/tahun
Penutup balik 0.005/unit/tahun
Penyambung kabel 0.001/unit/tahun
Trafo distribusi 0.005/unit/tahun
Pelindung jaringan 0.005/unit/tahun
Rel tegangan rendah (system spot network) 0.001/unit/tahun Sumber: SPLN No.59 Tahun 1985
Selaku perhitungan frekuensi pemadaman dibutuhkan tabel perkiraan angka keluar komponen sistem distribusi.
Merujuk SPLN No 68-2 Tahun 1986 dan SPLN No. 59 Tahun 1985 didapat rata-rata nilai frekuensi pemadaman berskor = 3,21 kali/tahun. Sedangkan terkait waktu lama pemadamannya (SAIDI) = 21,094 jam/tahun. Oleh karenanya didapat guna standar nilai CAIDI yakni 21,094 jam/tahun dibagi 3,21 kali/tahun berskor 6,57 jam/kali.
Bagi standar di PLN Area Pakam Rayon Delitua atas dasar Kontrak Manajemen UP3 Lubuk Pakam Tahun 2018, standar SAIDI berskor 185,64 menit/plg ataupun 3,094 jam/plg dengan waktu satu tahun dan standar SAIFI berskor 1,31 kali/plg. Dengan demikian standar CAIDI berskor 185,64 menit/plg dibagi 1,31 kali/plg yakni 141,71 menit/plg ataupun 2,36 jam/plg. (Hutasoit, 2019)
10 2.5 Komponen Prhitungan Keandalan
2.5.1 Laju Kegagalan
Laju kegagalan yakni rata-rata jumlah kegagalan untuk selang waktu pengamatan (T) tertentu. Terkait satu pengamatan, guna menyatakan nilainya tingkatan kegagalan yakni:
𝜆𝑖 = 𝑓
𝑇 (2.1)
Keterangan,
𝜆𝑖 = Laju kegagalan pada saluran i
𝑓 = Total kegagalan untuk selang waktu pengamatan 𝑇 = Selang waktu pengamatan
2.5.2 Durasi kegagalan
Durasi kegagalan yakni rata-rata durasi kegagalan sepanjang interval waktu observasi tertentu. Dalam satu pengamatan, guna menyatakan nilai durasi kegagalan yakni:
𝑈𝑖 = 𝑡
𝑇 (2.2)
Keterangan,
𝑈𝑖 = Durasi kegagalan pada saluran i 𝑇 = Selang waktu pengamatan 𝑡 = lama kegagalan
11 2.5.3 System Average Interruption Duration Index (SAIDI)
Indeks ini diartikan rata-rata durasi gangguan sistem per konsumen per satuan waktu pengamatan. Guna menentukan indeks yakni melalui persamaan:
𝑆𝐴𝐼𝐷𝐼 = 𝑃𝑒𝑟𝑘𝑎𝑙𝑖𝑎𝑛 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑑𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑑𝑎𝑚
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (2.3)
𝑆𝐴𝐼𝐷𝐼 =𝑈𝑖𝑁𝑖
𝑁𝑡 (2.4)
Keterangan,
𝑁𝑡 = Jumlah pelanggan yang dilayani keseluruhan 𝑈𝑖 = Durasi gangguan pada saluran i
𝑁𝑖 = Jumlah pelanggan pada saluran i
2.5.4 System Average Interruption Frequency (SAIFI)
Nilai indeks diartikan selaku jumlah rata-rata gangguan sistem per satuan waktu per pelanggan yang terlayani oleh sistem. Penentuan indeks dilaksanakan oleh persamaan berikut:
𝑆𝐴𝐼𝐹𝐼 =𝑃𝑒𝑟𝑘𝑎𝑙𝑖𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑗𝑢 𝑘𝑒𝑔𝑎𝑔𝑎𝑙𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑑𝑎𝑚
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (2.5)
𝑆𝐴𝐼𝐹𝐼 =𝜆𝑖𝑁𝑖
𝑁𝑡 (2.6)
12 Keterangan,
𝜆𝑖 = Laju kegagalan pada saluran i
𝑁𝑡 = Jumlah pelanggan yang dilayani keseluruhan 𝑁𝑖 = Jumlah pelanggan pada saluran i
2.6 MATLAB
MATLAB (MAtrix Lab) adalah bahasa pemrograman yang sangat tertutup dan peka huruf besar/kecil yang dikembangkan oleh MathWorks untuk digunakan dalam lingkungan komputasi numerik. Salah satu kelebihan dari MATLAB sendiri adalah kemampuannya untuk membuat grafik dengan efek visual terbaik.
MATLAB memiliki banyak alat untuk membantu memecahkan masalah dasar ini.
Inilah bagian alasan mengapa industri memakai MATLAB. Disamping itu, MATLAB mempunyai banyak library yang dapat digunakan dalam menyelesaikan masalah matematika, misalnya pembuatan simulasi fungsional, desain GUI dan pemodelan matematika. (Suparno, 2010)
2.7 Graphical User Interface (GUI)
GUI atau GUIDE (GUI generator) MATLAB adalah aplikasi tampilan MATLAB yang berisi perintah, tugas ataupun komponen program yang dapat memudahkan kemampuan user guna menyelenggarakan program di MATLAB.
Bagian-bagian pada GUI sebagai berikut:
1. Push Button berfungsi jika di klik akan menghasilkan tindakan 2. Radio button berfungsi untuk memilih opsi dari beberapa opsi
3. Slider berfungsi menerima masukan berupa angka pada range tertentu 4. Edit Text merupakan tombol yang berfungsi untuk meng input atau memodifikasi teks
5. Check Box ialah tombol kontrol untuk memilih satu atau lebih opsi dari beberapa opsi
13 6. Pop Up menu yakni tombol kontrol yang berfungsi demu pembukaan daftar opsi yang sudah ditentukan
7. Static Text merupakan tombol yang berfungsi untuk membuat teks label 8. List Box yakni tombol kontrol yang berfungsi untuk menampilkan semua item daftar, kemudian pengguna memilih salah satunya
9. Toggle Button merupakan sebuah tombol yang mirip dengan push button, hanya saja pada saat di klik tombol tersebut tidak bisa kembali ke posisi awal kecuali di klik lagi
10. Axes berfungsi guna menyajikan gambar ataupun grafik 11. Panel adalah kotak yang dipakai guna membuat kelompok area tertentu pada gambar yang akan dibuat
12. Button Group hampir mirip dengan panel, perbedaannya adalah button group berfungsi dalam mengklasifikasikan toggle button sama radio button.
2.7.1 Perancangan Graphical User Interface (GUI)
Command Windows adalah firmware dari MATLAB. MFile disediakan oleh MATLAB, yang dimaksudkan sebagai file yang berisikan kode program.
Ada 2 jenis mfile sebagai fungsi dan script. Tapi hanya menggunakan function.
Juga, command windows digunakan untuk memeriksa apakah kode program dapat dijalankan di M-file. Fungsi M-file mengikuti pada aturan tertentu, dan fungsi m- file memiliki banyak properti penting. Aturan dan properti M-File adalah sebagai berikut:
1. Pertama, MATLAB menjalankan fungsi m-file. MATLAB akan membuat file fungsi dterbuka dan perintah yang terkandung di dalamnya dikompilasikan menjadi representasi internal di memori, sehingga membuat eksekusi semua panggilan berikutnya makin cepat. Bilamana fungsi tersebut pun turut ada pemanggilan fungsi m-file lainnya, fungsi m-file yang disebut pun bisa dikompilasikan ke dalam memori
14 2. Setiap fungsi mempunyai workspace sendiri-sendiri yang tidaklah sama dengan workspace di MATLAB. Hubungan satunya-satunya dari ruang kerja MATLAB dan variabel dalam fungsi yakni variabel output dan input dalam fungsi tersebut. Apabila fungsi membuat nilai variabel input berubah, perubahan tersebut hanyalah terlihat oleh fungsi tersebut dan tidak akan berdampak pada ruang kerja di MATLAB
3. Fungsi bisa membagi variabel dengan fungsi lainnya. Jika variabel dapat dideklarasikan sebagai variabel global, ruang kerja di MATLAB bahkan dapat memanggil rekursi sendiri
4. Ketika fungsi M-file sampai di akhir dari M-file ataupun menemukan perintah return, itu akan menghentikan eksekusi dan kembali ke prompt. (Senen, Ratnasari, & Anggaini, 2019)
