MAKALAH KEANDALAN SISTEM TENAGA LISTRIKDisusun Oleh :Denny Firmansyah Z (1115031023)

Fakultas Teknik

Jurusan Teknik Elektro

Universitas Lampung

2014BAB I

PENDAHULUAN1.1 Latar belakangPemadaman listrik yang terlalu sering dengan waktu padam yang lama dan tegangan listrik yang tidak stabil, merupakan refleksi dari keandalan dan kualitas listrik yang kurang baik, dimana akibatnya dapat dirasakan secara langsung oleh pelanggan.

Sistem tenaga listrik yang andal dan energi listrik dengan kualitas yang baik atau memenuhi standar, mempunyai kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat modern karena peranannya yang dominan dibidang industri, telekomunikasi, teknologi informasi, pertambangan, transportasi umum, dan lain-lain yang semuanya itu dapat beroperasi karena tersedianya energi listrik. Perusahaan-perusahaan yang bergerak diberbagai bidang sebagaimana disebutkan diatas, akan mengalami kerugian cukup besar jika terjadi pemadaman listrik tiba-tiba atau tegangan listrik yang tidak stabil, dimana aktifitasnya akan terhenti atau produk yang dihasilkannya menjadi rusak atau cacat.

Negara-negara yamg memiliki sistem pembangkit, transmisi dan distribusi energi listrik dengan teknologi dan peralatan mutakhir serta manajemen yang baik seperti Amerika Serikat, Jepang, Perancis dan negara-negara maju lainnya benar-benar memberikan perhatian khusus terhadap keandalan dan kualitas listrik karena pengaruhnya yang krusial terhadap roda perekonomian.

BAB II

ISI

Pengertian Keandalan Sistem Tenaga Listrik

Keandalan Sistem Tenaga Listrik merupakan kemampuan sebuah sistem tenaga listrik yang terdiri dari Pusat Pembangkit Listrik, Saluran Transmisi, dan Sistem Distribusi untuk melaksanakan suatu fungsi sesuai standar (tanpa kegagalan) dalam keadaan yang ditentukan untuk jangka waktu tertentu.

Dari definisi diatas untuk melakukan analisa kestabilan terhadap keandalan suatu system maka terdapat empat unsur yang penting di analisa.a. Probabilitasb. Kecukupan performancec. WaktuSecara umum sistem tenaga listrik terdiri dari:

1. Pusat Pembangkit Listrik (Power Plant); Yaitu tempat energi listrik pertama kali dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (prime mover) dan generator yang membangkitkan listrik. Biasanya di pusat pembangkit listrik juga terdapat gardu induk (GI). Peralatan utama pada gardu induk antara lain: Transformer, yang berfungsi untuk menaikkan tegangan generator (11,5 kV) menjadi tegangan transmisi / tegangan tinggi (150 kV) dan juga peralatan pengaman dan pengatur. Jenis pusat pembangkit yang umum antara lain: PLTA (Pusat Listrik Tenaga Air), PLTU (Pusat Listrik Tenaga Uap), PLTG (Pusat Listrik Tenaga Gas), PLTN (Pusat Listrik Tenaga Nuklir).

2. Saluran Transmisi (Transmission Line); Berupa kawat-kawat yang di pasang pada menara atau tiang dan bisa juga melalui kabel yang di pendam di bawah permukaan tanah, saluran transmisi berfungsi menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit, yang umumnya terletak jauh dari pusat beban, ke gardu induk penurun tegangan yang memiliki transformer penurun tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan distribusi (menengah). Saluran transmisi ini mempunyai tegangan yang tinggi agar dapat meminimalkan rugi-rugi daya (power losses) disaluran. Contoh dari saluran transmisi di Indonesia adalah : SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi, dengan tegangan kerja 70--150 kV), SUTET (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi, dengan tegangan kerja 500 kV).

3. Sistem Distribusi; Yang merupakan sub-sistem tersendiri yang terdiri dari: Pusat Pengatur Distribusi ( Distribution Control Centre, DCC ) , Saluran tegangan menengah (6 kV dan 20 kV, biasa juga disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, Gardu Distribusi (GD) tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah (380 V, 220 V) yang menghasilkan tegangan kerja/tegangan jala-jala untuk industri dan konsumen perumahan.Pentingnya Keandalan dan Kualitas Listrik

Pemadaman listrik yang terlalu sering dengan waktu padam yang lama dan tegangan listrik yang tidak stabil, merupakan refleksi dari keandalan dan kualitas listrik yang kurang baik, dimana akibatnya dapat dirasakan secara langsung oleh pelanggan.

Sistem tenaga listrik yang andal dan energi listrik dengan kualitas yang baik atau memenuhi standar, mempunyai kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat modern karena peranannya yang dominan dibidang industri, telekomunikasi, teknologi informasi, pertambangan, transportasi umum, dan lain-lain yang semuanya itu dapat beroperasi karena tersedianya energi listrik. Perusahaan-perusahaan yang bergerak diberbagai bidang sebagaimana disebutkan diatas, akan mengalami kerugian cukup besar jika terjadi pemadaman listrik tiba-tiba atau tegangan listrik yang tidak stabil, dimana aktifitasnya akan terhenti atau produk yang dihasilkannya menjadi rusak atau cacat.

Negara-negara yamg memiliki sistem pembangkit, transmisi dan distribusi energi listrik dengan teknologi dan peralatan mutakhir serta manajemen yang baik seperti Amerika Serikat, Jepang, Perancis dan negara-negara maju lainnya benar-benar memberikan perhatian khusus terhadap keandalan dan kualitas listrik karena pengaruhnya yang krusial terhadap roda perekonomian.Parameter-Parameter yang Menentukan Keandalan dan Kualitas Listrik

Ukuran keandalan dan kualitas listrik secara umum ditentukan oleh beberapa parameter sebagai berikut:1. Frekuensi dengan satuan hertz (Hz); Yaitu jumlah siklus arus bolak-balik (alternating current, AC) per detik. Beberapa negara termasuk Indonesia menggunakan frekuensi listrik standar, sebesar 50 Hz.

Frekuensi listrik ditentukan oleh kecepatan perputaran dari turbin sebagai penggerak mula. Salah satu contoh akibat dari frekuensi listrik yang tidak stabil adalah akan mengakibatkan perputaran motor listrik sebagai penggerak mesin-mesin produksi di industri manufaktur juga tidak stabil, dimana hal ini akan mengganggu proses produksi.

Gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem frekuensi:a. Penyimpangan terus-menerus (Continuous Deviation); frekuensi berada diluar batasnya pada saat yang lama (secara terus-menerus), frekuensi standar 50 Hz dengan toleransi 0,6 Hz ------ (49,4 50,6 Hz)b. Penyimpangan sementara (Transient Deviation); penurunan atau penaikkan frekuensi secara tiba-tiba dan sesaat.

2. Tegangan atau voltage dengan satuan volt (V); Tegangan yang baik adalah tegangan yang tetap stabil pada nilai yang telah ditentukan. Walaupun terjadinya fluktuasi (ketidak stabilan) pada tegangan ini tidak dapat di hindarkan, tetapi dapat di minimalkan.Gangguan pada tegangan antara lain :a.Fluktuasi Tegangan; seperti: Tegangan Lebih (Over Voltage), Tegangan Turun (Drop Voltage) dan tegangan getar (flicker voltage)

Tegangan lebih pada sistem akan mengakibatkan arus listrik yang mengalir menjadi besar dan mempercepat kemunduran isolasi (deterioration of insulation)sehingga menyebabkan kenaikan rugi-rugi daya dan operasi, memperpendek umur kerja peralatan dan yang lebih fatal akan terbakarnya peralatan tersebut. Peralatan-peralatan yang dipengaruhi saat terjadi tegangan lebih adalah transformer, motor-motor listrik, kapasitor daya dan peralatan kontrol yang menggunakan coil/kumparan seperti solenoid valve, magnetic switch dan relay. tegangan lebih biasanya disebabkan karena eksitasi yang berlebihan pada generator listrik (over excitation), sambaran petir pada saluran transmisi, proses pengaturan atau beban kapasitif yang berlebihan pada sistem distribusi.

Tegangan turun pada sistem akan mengakibatkan berkurangnya intensitas cahaya (redup) pada peralatan penerangan; bergetar dan terjadi kesalahan operasi pada peralatan kontrol seperti automatic valve, magnetic switch dan auxiliary relay; menurunnya torsi pada saat start (starting torque) pada motor-motor listrik. Tegangan turun biasanya disebabkan oleh kurangnya eksitasi pada generator listrik (drop excitation), saluran transmisi yang terlalu panjang, jarak beban yang terlalu jauh dari pusat distribusi atau peralatan yang sudah berlebihan beban kapasitifnya.

b.Tegangan Kedip (Dip Voltage); adalah turunnya tegangan (umumnya sampai 20%) dalam perioda waktu yang sangat singkat (dalam milli second). Penyebabnya adalah hubungan singkat (short circuit) antara fasa dengan tanah atau fasa dengan fasa pada jaringan distibusi. Tegangan kedip dapat mengakibatkan gangguan pada: stabilisator tegangan arus DC, electromagnetic switch, variable speed motor, high voltage discharge lamp dan under voltage relay.

c.Harmonik Tegangan (Voltage Harmonic); adalah komponen-komponen gelombang sinus dengan frekuensi dan amplitudo yang lebih kecil dari gelombang asalnya (bentuk gelombang yang cacat).Tegangan harmonik dapat mengakibatkan: panas yang berlebihan, getaran keras, suara berisik dan terbakar pada peralatan capacitor reactor (power capacitor); meledak pada peralatan power fuse (power capacitor); salah beroperasi pada peralatan breaker; suara berisik dan bergetar pada peralatan rumah tangga (seperti TV, radio, lemari pendingin dsb.); dan pada peralatan motor listrik, elevator dan peralatan-peralatan kontrol akan terjadi suara berisik, getaran yang tinggi, panas yang berlebihan dan kesalahan operasi. Kontribusi arus harmonik akan menyebabkan cacat (distorsi) pada tegangan, tergantung seberapa besar kontribusinya.Cara mengurangi pengaruh tegangan harmonik yang terjadi pada sistem adalah dengan memasang harmonic filter yang sesuai pada peralatan-peralatan yang dapat menyebabkan timbulnya harmonik seperti arus magnetisasi transformer, static VAR compensator dan peralatan-peralatan elektronika daya (seperti inverter, rectifier, converter, dsb.)

d.Ketidak seimbangan tegangan (Unbalance Voltage); umumnya terjadi di sistem distribusi karena pembebanan fasa yang tidak merata.

Gangguan-gangguan tegangan sebagaimana dijelaskan diatas dapat menyebabkan peralatan-peralatan yang menggunakan listrik, beroperasi secara tidak normal dan yang paling fatal adalah kerusakan atau terbakarnya peralatan.

3. Interupsi atau Pemadaman Listrik; Interupsi ini dapat dibedakan menjadi:a. Pemadaman yang direncanakan (Planned Interruption/scheduled interruption); adalah pemadaman yang terjadi karena adanya pekerjaan perbaikan atau perluasan jaringan pada sistem tenaga listrik.b. Pemadaman yang tidak direncanakan (Unplanned Interruption); adalah pemadaman yang terjadi karena adanya gangguan pada sistem tenaga listrik seperti hubung singkat (short circuit).

Parameter-parameter yang menentukan keandalan dan kualitas listrik sebagaimana dijelaskan diatas adalah sesuatu yang meyakinkan (measureable) dan dapat diminimalkan dengan cara mengkoreksi terhadap konfigurasi dan peralatan pada sistem, manajemen serta sumber daya manusia yang handal dari perusahaan yang menjual energi listrik.Keandalan PembangkitForced Outage Rate(FOR) adalah suatu faktor yang menggambarkan keandalan unit pembangkit. Dalam sistem interkoneksi yang terdiri dari banyak unit pembangkit, maka keandalan unit-unit pembangkit yang beroperasi dibandingkan dengan beban yang harus dilayani menggambarkan keandalan sistem tersebut.

Ada angka yang menggambarkan berapa besar probabilitas unit-unit pembangkit yang beroperasi tidak mampu melayani beban. Angka probabilitas ini dalam bahasa Inggris disebut"loss of load probability"atau biasa disingkatLOLP. Gambar 1 menggambarkan secara kualitatif besarnya LOLP untuk suatu sistem, yaitu:

LOLP = p x t

keteranganp : menggambarkan probabilitas sistem dapat menyediakan daya sebesar b.t : menggambarkan lamanya garis tersedianya daya sebesar b memotong kurva lama beban dari sistem.

Grafik 1. Penggambaran LOLP = pxt dalam hari per tahun pada kurva lama beban.

Nilai LOLP biasanya dinyatakan dalam hari per tahun."Makin kecil nilai LOLP, makin tinggi keandalan sistem. Sebaliknya, makin besar nilai LOLP, makin rendah keandalan sistem, karena hal ini berarti probabilitas sistem tidak dapat melayani beban yang makin besar."

Nilai LOLP dapat diperkecil dengan menambah daya terpasang atau menurunkan nilai Forced Outage Rate (FOR) unit pembangkit, karena dua langkah ini dapat memperkecil probabilitas daya tersedia b pada gambar 1 menjadi terlalu rendah sehingga memotong kurva lama beban dengan nilai t yang lebih lama.

Penentuan besarnya nilai LOLP dari suatu sistem harus mempertimbangkan besarnya peran penyediaan tenaga listrik pada sistem tersebut atau dengan kata lain berapa besar kerugian yang dialami pemakai energi listrik (konsumen) apabila terjadi interupsi atau gangguan penyediaan pasokan energi listrik.

Misalnya dalam sitem yang berupa sebuah PLTD dengan bebeapa unit pembangkit yang memasok tenaga listrik kesebuah pabrik. LOLP dari sistem ini ditentukan dengan mempertimbangkan berapa kerugian yang timbul apabila pabrik mengalami gangguan pasokan tenaga listrik, yang dinyatakan dalam Rupiah per kWh terputus.

Pada sistem yang besar seperti sistem tenaga listrik yang dikelola oleh PLN, penentuan nilai LOLP ini haruslah mempertimbangkan harga Rupiah per kWh terputus secara nasional. Hal ini disebabkan karena dengan terputusnya pasokan tenaga listrik dari PLN, berarti menimbulkan kerugian nasional.

Standar PLN mengenai LOLP adalah 3 hari per tahun untuk sistem interkoneksi Jawa (JAMALI) hari dan 5 hari per tahun untuk sistem di luar Jawa.Keandalan Sistem DistribusiKeandalan sebuah sistem distribusi pada dasarnya ditentukan oleh halhal sebagai berikut :

Konfigurasi dari sistem distribusi

Keandalan masing masing komponen yang menyusun sistem distribusi tersebut.

Pengaturan operasi saluran distribusi

Sistem distribusi dengan konfigurasi tertentu dapat lebih andal dari sistem distribusi konfigurasi lain, walaupun masingmasing mempunyai komponen yang sama. Makin andal suatu konfigurasi, maka biayanya juga semakin mahal. Hal ini misalnya dapat dilihat pada sistem konfigurasi radial dan sistem konfigurasi spindle, dimana sistem konfigurasi spindle lebih andal, karena dilengkapi dengan gardu hubung dan express feeder sehingga memungkinkan gardu distribusi salah satu feeder disuplai oleh express feeder, tetapi dengan sendirinya investasi yang harus ditanamkan lebih mahal yaitu untuk biaya gardu hubung dan express feeder terse but. Sedangkan keandalan dari masing masing komponen distribusi tersebut dapat dilihat dari kegagalan yang terjadi dari komponen itu sendiri.

Terjadinya kegagalan komponen distribusi dapat disebabkan oleh beberapa faktor yang antara lain

a)Faktor dalam : yaitu kegagalan yang terjadi karena kondisi komponen itu sendiri seperti sarnbungan kabel yang tidak sernpurna, isolasi buruk dan lainlain.

b)Faktor luar: yaitu kegagalan yang terjadi diluar seperti tingginya kelembaban pada gardu, pencemaran udara, dan lainlain.

Disamping halhal yang tersebut diatas tadi, ada pula faktorfaktor diluar sistem distribusi yaitu terjadinya gangguan pada transmisi sehingga akan mempengaruhi keandalan sistem distribusi yang telah mempunyai keandalan yang tinggi sekalipun.

Parameter Keandalan Sistem DistribusiUntuk menentukan keandalan sebuah sistem distribusi tenaga listrik, terlebih dahulu memahami beberapa pengertian dasar yang berkaitan dengan keandalan yaitu gangguan pemutusan daya dan laju kegagalan.

GangguanMenggambarkan keadaan suatu komponen pada saat komponen itu tidak dapat melaksanakan fungsinya disebabkan adanya beberapa kejadian yang berhubungan secara langsung dengan komponen itu.

Suatu gangguan pada sistem. distribusi dapat menyebabkan pemutusan pelayanan dalam waktu singkat maupun lama tergantung konfigurasi sistem distribusi yang bersangkutan.

Gangguan ini. dapat dibedakan atas tiga bagian yaitu gangguan paksa transient, gangguan paksa menetap dan gangguan terjadual.

Gangguan paksa transientadalah gangguan komponen yang penyebabnya dapat diatasi segera. oleh komponen itu sendiri, sehingga kornponen yang gagal tersebut segera berfungsi kembali. Waktu pemutusan pelayanan terjadi relatif singkat.

Gangguan paksa menetapadalah gangguan pada komponen yang penyebabnya tidak dapat dengan segera diatasi oleh komponen itu sendiri, tetapi harus diperbaiki atau diganti untuk mengembalikan fungsinya yang semula. Waktu pemulihan akibat gangguan ini cukup lama.

Gangguan terjadwaladalah gangguan yang disebabkan oleh komponen sistem yang sengaja dilepas dari pelayanan pada periode waktu yang telah ditentukan. Misalnya rehabilitasi atau pemasangan komponen baru. Gangguan jenis ini masih dapat ditunda, diluar keadaan ini disebut gangguan paksa.Pemutusan dayaAdalah terhentinya penyaluran catu daya pada konsumen atau fasilitas lainnya yang diakibatkan satu atau lebih komponen yang terganggu dari konfigurasi sistem

Laju kegagalanAdalah banyaknya kegagalan yang terjadi persatuan waktu, biasanya dalam kegagalan pertahun

Ketersediaan adalah rata-rata jangka panjang rasio antara jangka waktu suatu produk atau sistem bisa menjalankan fungsinya terhadap jangka waktu totalnya. Sebagai contoh jika suatu peralatan hanya berhenti bekerja selama satu jam setiap tahunnya maka peralatan tersebut mempunyai ketersediaan (8759/8760) atau 0,999886 (99,9886 persen).

Ketersediaan 99,999 persen artinya dalam satu tahun hanya padam 5,3 menit (315 detik) per tahunnya. Konsep ketersediaan tidak membedakan antara padam sekali selama 5,3 menit dalam setahun, atau dalam setahun padam 315 kali selama satu detik, atau dalam 20 tahun padam selama 1,77 jam. Akan tetapi jelas bahwa walaupun ketersediaannya sama, pengaruhnya pada konsumen akan berbeda.

Laju kegagalan () menyatakan jumlah kegagalan dalam suatu interval waktu tertentu, biasanya dinyatakan dengan jumlah kegagalan per satuan waktu. Sedangkan MTBF (Mean Time Between Failure) adalah waktu rata-rata di antara dua kegagalan. Dalam banyak analisis, laju kegagalan biasanya dinyatakan tetap (tidak berubah terhadap waktu). Untuk peralatan elektronik, asumsi ini biasanya cukup memadai dan bisa diterima. Jika laju kegagalan dianggap tetap maka

(1)Peralatan elektronik biasanya mempunyai laju kegagalan yang relatif tetap. Peralatan mekanik, karena ada keausan, laju kegagalannya biasanya naik dengan berjalannya waktu. MTTR (Mean Time To Repair) adalah waktu rata-rata yang diperlukan untuk memperbaiki suatu kegagalan. Dalam praktek, kadang-kadang perhitungan MTTR tidak hanya mencakup waktu yang diperlukan untuk memperbaiki peralatan tetapi juga waktu yang diperlukan untuk persiapan, memanggil ahlinya, mendatangkan barang, dan sebagainya.

Berdasarkan definisi MTBF dan MTTR maka ketersediaan atauavailabilitybisa dituliskan sebagai

(2)Keandalan ataureliability(R) menyatakan peluang bahwa suatu produk atau sistem bisa menjalankan fungsinya selama suatu periode waktu tertentu. Jelas bahwa keandalan merupakan fungsi waktu. Semakin panjang periode waktunya maka semakin rendah peluang suksesnya. Secara umum, keandalan bisa dituliskan sebagai(3)Dari sini jelas bahwa ada lima faktor yang penting dalam membicarakan keandalan, yaitu: MTBF, MTTR, ketersediaan, keandalan, dan waktu. Lima faktor ini saling berhubungan. Yang tidak jelas di sini adalah apa pengaruh waktu pada ketersediaan. Secara umum, ketersediaan tidak dipengaruhi waktu. Akan tetapi jelas bahwa keandalan dipengaruhi oleh waktu. Tabel 1 memperlihatkan apa pengaruh waktu pada keandalan. Walaupun tiga kasus yang dibahas mempunyai ketersediaan yang sama, keandalan tiga kasus tersebut jelas berbeda. Sistem yang gagal 315 kali dalam setahun mempunyai keandalan sama dengan nol setelah satu tahun. Sistem yang gagal sekali dalam setahun mempunyai keandalan 36,78% dalam setahun. Sedangkan sistem yang gagal sekali dalam dua puluh tahun mempunyai keandalan 95,12% setelah satu tahun. Keandalan sistem turun menjadi 36,78% setelah umurnya sama dengan nilai MTBF-nya. Dengan kata lain, informasi ketersediaan saja tidaklah cukup untuk menilai bagus tidaknya suatu sistem.

Konsep lain yang sering salah dalam belajar keandalan adalah MTBF. Jika suatu alat atau produk mempunyai MTBF = 876.000 jam sering sekali dianggap mempunyai umur minimum 876.000 jam (100 tahun) sebelum rusak. Dalam praktek, bisa jadi alat tersebut hanya mempunyai umur 15 tahun. Dengan kata lain, sebenarnya hubungan antara MTBF dan umur sering tidak terlalu jelas.BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari makalah keandalan sisten tenaga listrik ini ialah :

1. Kemampuan suatu sistem tenaga listrik untuk melakukan kerja sesuai dengan fungsinya, tanpa adanya gangguan atau kegagalan dalam jangka waktu tertentu.2. Secara umum sistem tenaga listrik terdiri dari pembangkitan, saluran transmisi, dan sistem distribusi.

3. Parameter dari keandalan suatu sistem tenaga listrik ialah tegangan dan frekuensi yang stabil, serta banyaknya interupsi atau pemadaman listrik.

DAFTAR PUSTAKAhttp://dunia-listrik.blogspot.com/2009/05/keandalan-pembangkit.htmlhttp://www.anneahira.com/format-penulisan-makalah.htmhttp://imadudd1n.wordpress.com/2009/11/03/155/