## Rekonfigurasi Jaringan Distribusi Listrik Universitas Andalas Untuk Memperbaiki Indeks Energy Not Supplied
Shaumi Novila Asri, Adrianti * dan Muhammad Nasir Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas
* Corresponding author, e-mail: adrianti@eng.unand.ac.id
Abstrak —  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memperbaiki  keandalan  jaringan  distribusi  listrik  Universitas Andalas  dengan  rekonfigurasi  jaringan.  Perhitungan  keandalan  dilakukan  menggunakan  metode  blok diagram  seri-paralel.  Parameter  keandalan  yang  dihitung  yaitu  laju  kegagalan,  annual  downtimes  serta Energy Not Supplied (ENS). Rekonfigurasi dilakukan dengan fokus pada titik-titik beban yang memiliki indeks  ENS  yang  terbesar.  Titik-titik  beban  tersebut  direkonfigurasi  dengan  memindahkan  supply dayanya ke gardu yang lebih dekat dengan penambahan saluran baru. Akibatnya bentuk jaringan berubah menjadi  konfigurasi  loop,  tetapi  pada  saat  beroperasi  jaringan  tetap  dalam  konfigurasi  radial.  Dari rekonfigurasi  yang  diusulkan,  nilai  ENS  sistem  distribusi  Universitas  Andalas  berhasil  diturunkan  dari nilai  tertinggi  315,191  kWjam/tahun  menjadi  142,864  kWjam/tahun.  Sehingga  lama  dan  frekuensi pemadaman listrik di titik-titik beban berhasil dikurangi yang pada akhirnya diharapkan dapat membantu meningkatkan produktivitas di Universitas Andalas
Kata Kunci : Energy not supplied, keandalan, rekonfigurasi, jaringan distribusi
Abstract — This research aims to improve the reliability of electrical distribution networks of Universitas Andalas  using  network  reconfiguration.  Reliability  calculation  is  carried  out  using  series-parallel  block diagram. The calculated reliability indexes are failure rates, annual down times and energy not supplied (ENS).  The  reconfiguration  is  focused  for  load  points  that  have  highest  ENS.  For  these  load  points, reconfiguration was done by transferred their power supply to nearer distribution substation by installed new  feeders.  As  a  result,  the  distribution  network  changes  it  shape  into  loop  configuration,  although during  operation  it  still  has  radial  configuration.  The  reconfiguration  has  been  success  in  reducing  the ENS  values  of  Universitas  Andalas  distribution  network.  The  highest  load  point’s  ENS  i.e.  315,191 kWh/year  has  been  reduced  into  142,864  kWh/year.  Therefore,  frequency  and  duration  of  electricity outage at load points have been reduced and its implication can increase the productivity  in Universitas Andalas.
Keywords : Energy not supplied, reliability, reconfiguration, distribution network

## Pendahuluan
Jaringan  distribusi  listrik  Universitas  Andalas (Unand) disuplai dari feeder 20 kV PLN melalui 3 gardu  hubung  yaitu  gardu  Keperawatan,  gardu Teknik  dan  gardu  Kedokteran.  Saat  ini  sebagian besar  beban  terhubung  ke  gardu  Keperawatan. Akibatnya beberapa titik beban berada cukup jauh dari gardu keperawatan sehingga tingkat keandalannya rendah.
Disamping itu konfigurasi radial yang digunakan pada jaringan distribusi Unand menyebabkan  tidak  mungkin  dilakukan  manuver jaringan saat salah satu titik di jaringan mengalami gangguan.  Akibatnya  waktu  pemadaman  akan sangat  tergantung  pada  lamanya  perbaikan  yang dilakukan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memperoleh
konfigurasi  baru  jaringan  listrik  Unand  yang memiliki indeks keandalan yang lebih baik. Indeks keandalan  yang  digunakan  adalah  frekuensi pemadaman/laju  kegagalan  ( failure  rate ),  waktu perbaikan  ( repair  time ),  lama  pemadaman, tahunan ( annual down time ) dan besar energi yang tidak tersalurkan (ENS, Energy Not Supplied ).
Ada  berbagai  indeks  keandalan  system distribusi  tenaga  listrik  yang  umum  digunakan seperti  indeks  berorientasi  pelanggan  (SAIDI, SAIFI,  CAIDI,  ASAI,  ASUI),  indeks  yang berorientasi  energi  (ENS)  serta  frekuensi  dan durasi  [1-3].  Frekuensi  dan  durasi  serta  ENS dipilih  sebagai  indeks  yang  digunakan  pada penelitian  ini  karena  lebih  cocok  untuk  distribusi listrik  di  Unand  dibandingkan  indeks  yang berorientasi  pelanggan.  Hal  ini  karena  jika  dilihat
dari  jumlah  pelanggan,  maka  jaringan  Unand hanya  dibayai  oleh  satu  pelanggan  yaitu Universitas Andalas.
Terdapat  berbagai  metoda  perhitungan  yang telah  digunakan  untuk  analisa  keandalan  sistem distribusi [1,  2, 4].  Namun  yang  paling  sederhana adalah  metoda  diagram  blok.  Dengan  metoda diagram  blok  dapat  dihitung failure  rate dan repair  time  sistem secara  langsung.  Hal  ini  tidak dapat  diperoleh  jika  menggunakan  metoda  seperti Fault  tree  analysis dan Bayesian  network [5,  6]. Metoda  diagram  blok  juga  tidak  membutuhkan banyak  data  dan  proses  perhitungan  jika dibandingkan  dengan  metoda  seperti  Markov process    [7]  dan  Monte  Carlo  [8].  Sehingga  pada penelitian  ini  dipilih  metoda  diagram  blok  untuk perhitungan indeks keandalan.
Rekonfigurasi diharapkan menghasilkan jaringan yang tidak lagi radial sehingga saat terjadi gangguan  dapat  dilakukan  manuver  saluran  pada titik-titik  beban  yang  mengalami  pemadaman sehingga akan mendapat suplai melalui jalur lain.

## Keandalan Jaringan Distribusi
Analisis keandalan jaringan distribusi biasanya cukup sederhana sehingga bisa dianalisa menggunakan  diagram  blok  keandalan  ( reliability block diagram ). Langkah-langkah analisa keandalan dengan diagram blok keandalan  yaitu : menetapkan  kriteria  kegagalan,  memodelkan diagram  blok  keandalan,  menganalisis  modus kegagalan dan perhitungan keandalan sistem [9].
Kriteria  kegagalan  yang  digunakan  adalah beban  gagal  mendapat  pasokan  daya  listrik  dari jaringan distribusi. Semakin lama durasi terputusnya  pasokan  listrik  ini  semakin  rendah keandalannya.  Semakin  besar  daya  rata-rata sebuah  titik  beban,  semakin  besar  pula  jumlah energi  yang  tidak  dapat  disalurkan  untuk  suatu satuan waktu.
Jaringan  distribusi  dari  gardu  hubung  hingga titik beban dimodelkan dengan diagram blok yang komponen-komponennya  terhubung  seri  atau parallel  atau  gabungan  keduanya  tergantung konfigurasi  jaringan.  Pada  jaringan  yang  murni radial, komponen-komponen jaringan akan terhubung  secara  seri.  Sedangkan  pada  jaringan loop ,  diagramnya  akan  merupakan  gabungan  seri dan paralel.
Definisi  komponen  terhubung  seri  secara keandalan  adalah  jika  salah  satu  komponen mengalami kegagalan, maka sistem akan otomatis
gagal.  Untuk  komponen  yang  terhubung  parallel, kegagalan  salah  satu  komponen  tidak  akan mengakibatkan sistem menjadi gagal. Sistem baru akan  gagal  jika  semua  komponen  yang  terhubung parallel  mengalami  kegagalan.    Contoh  sederhana dua  komponen  terhubung  seri  diberikan  oleh Gambar  1. Failure  rate sistem  ini  diberikan  oleh persamaan (1).
Gambar 1. Konfigurasi seri
𝜆 𝑠 = 𝜆 𝐴 + 𝜆 𝐵 (1)
Dimana 𝜆 𝑠 = failure rate sistem seri 𝜆 𝐴 = failure rate komponen A 𝜆 𝐵 = failure rate komponen B
Untuk  n  komponen  terhubung  seri,  maka failure rate sistem ( 𝜆 𝑠 ) adalah
𝜆 𝑠 = ∑ 𝜆 𝑖 𝑛 𝑖=1 (2)
dan repair time sistem ( 𝑟 𝑠 ) adalah
𝑟 𝑠 = ∑ 𝜆 𝑖 𝑟 𝑖 𝑛 𝑖=1 𝜆 𝑠 (3)
Dimana 𝜆 𝑖 = failure rate komponen i 𝑟 𝑖 = repair time komponen i
Annual down time dari sistem ( 𝑈 𝑠 ) dapat dihitung dengan
𝑈 𝑠 = 𝜆 𝑠 𝑟 𝑠 (4)
Untuk  jaringan  distribusi  yang  terhubung loop , dalam  kondisi  normal  tetap  bekerja  secara  radial, namun  jika  terjadi  gangguan  akan  mempunyai jalur  cadangan  yang  bisa  dimanuver  untuk mempertahankan  pasokan  daya  ke  titik  beban. Konfigurasi  ini  disebut  juga  konfigurasi standby (Gambar  2).  Perhitungan failure  rate dan repair time sistem stand by diberikan oleh persamaan (5) dan persamaan (6) [10].
𝑀𝑇𝑇𝐹 = ∑ 1 𝜆 𝑖 𝑛 𝑖=1 (5)
Dimana MTTF = mean time to failure
Gambar 2. Konfigurasi standby
𝑟 𝑠 = 1 ∑ 1 𝑟𝑖 𝑛 𝑖=1 (6)
Energy  Not  Supplied  (ENS)  adalah  indeks  yang digunakan  dalam  perhitungan  keandalan.  ENS adalah  jumlah  total  energi  listrik  yang  tidak tersalurkan  oleh  system  dalam  satu  tahun. Persamaan matematisnya dapat ditulis:
𝐸𝑁𝑆 =   𝐿 𝑎(𝑖) . 𝑈 𝑖 (7)
Dimana 𝐿 𝑎(𝑖) = beban rata-rata di titik beban i 𝑈 𝑖 = annual  down  time ,  yaitu  total  waktu  dalam setahun titik beban i tidak mendapat suplai daya.
Kegagalan  titik  beban  untuk  mendapat  suplai daya disebabkan oleh berbagai moda kegagalan/kerusakan  yang  mungkin  dialami  oleh setiap  komponen  penyusun  jaringan  distribusi. Data failure  rate dan repair  time untuk  setiap moda  kegagalan  komponen-komponen  jaringan diambil dari data statistik tempat lokasi studi. Jika data  tersebut  tidak  tersedia,  dapat  digunakan  data statistik  dari  komponen  yang  serupa  dari  tempat lain.  Misalnya  data  statistik  yang  dikumpulkan oleh IEEE [11].
Berdasarkan  diagram  blok  dan  data  komponen dapat dihitung indeks keandalan untuk setiap titik beban.  Secara  teoritis  beban  yang  berada  lebih jauh  dari  gardu  hubung  akan  memiliki  indeks keandalan  lebih  rendah  dari  pada  beban  yang dekat  dengan  gardu  hubung.  Hal  ini  disebabkan jumlah  komponen  yang  menyusun  diagram  blok titik  beban  lebih  banyak  sehingga  kemungkinan gangguannya akan lebih tinggi.

## Metoda
Penelitian diawali dengan perhitungan keandalan  titik-titik  beban  tegangan  menengah  di
jaringan distribusi listrik Unand. Dari perhitungan indeks  keandalan  ENS  akan  diperoleh  titik-titik beban  yang  memiliki  keandalan  rendah  (ENS tinggi).  Titik-titik  tersebut  menjadi  kandidat  yang perlu  diperbaiki  tingkat  keandalannya  dengan rekonfigurasi jaringan.
Untuk perhitungan keandalan, setiap
komponen  jaringan  distribusi  dimasukkan  dalam pemodelan  blok  diagram.  Karena  tidak  ada  data statistik  gangguan  dari  komponen  jaringan distribusi  unand  yang  dapat  digunakan,  pada penelitian  ini  digunakan  data failure  rate dan repair time dari data IEEE [11] Single  line diagram  jaringan  distribusi  Unand ditunjukkan oleh Gambar 3. Suplai daya dari PLN diterima melalui gardu Kedokteran (gardu dokter), gardu Teknik (gardu teknik) dan gardu Keperawatan (gardu rawat). Gardu hubung Rumah Sakit Unand tidak diikutsertakan dalam penelitian ini  karena  berdasarkan  analisa,  efek  posisinya yang  cukup  jauh  dari  titik  beban  lain,  tidak  dapat membantu perbaikan keandalan.
Karena  di  kampus  Unand  terdapat  3  gardu hubung, maka dimungkinkan untuk memindahkan suplai titik-titik beban ke gardu hubung lain untuk memperbaiki  keandalan.  Titik-titik  beban  dengan keandalan rendah akan dihubungkan dengan gardu hubung  lain  yang  cukup  dekat  sehingga  memiliki dua  suplai  daya  yang  salah  satunya  merupakan cadangan  (terhubung  dengan  saklar  normally open).  Jalur  dengan  tingkat  keandalan  yang  lebih tinggi  dipilih  sebagai  jalur  untuk  kondisi  normal, sedangkan  yang  berkeandalan  lebih  rendah sebagai  cadangan.  Sehingga  diperoleh  titik  beban yang  dalam  kondisi  operasi  tetap  berkonfigurasi radial,  namun  jika  terjadi  gangguan  dapat dipindahkan  ke  jalur  lain  sehingga  pasokan  daya tetap  dapat  diterima.  Akibat  rekonfigurasi  ini, kapasitas  trafo  dan  saluran  perlu  kajian  ulang karena kapasitasnya mungkin tidak sesuai lagi.

## Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan  hasil  perhitungan  keandalan  titik- titik  beban,  diperoleh  nilai  ENS  sebelum rekonfigurasi  seperti  ditunjukkan  pada  Tabel  1. Dari  Tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  titik-titik  beban yang  rendah  tingkat  keandalannya  adalah  MIPA, Pertanian,  Peternakan  serta  PKM.  Keempat  titik beban  ini  mendapat  suplai  dari  gardu  Fakultas Keperawatan  dan  berada  pada  bagian  ujung jaringan.
Gambar 3. Single line diagram jaringan distribusi Unand sebelum rekonfigurasi
Tabel 1. Hasil perhitungan nilai keandalan titik-titik beban sebelum rekonfigurasi
Titik beban Beban (KW) λ (gangguan/tahun) r (jam/gangguan) U (jam/tahun) ENS (kwh/tahun) Keperawatan 118 0,01735 26,11668 0,45312 53,469 ISIP 156 0,02554 26,51071 0,67721 94,132 Peternakan 139 0,03235 22,01452 0,71222 111,106 PKM 268 0,04070 23,01815 0,93693 124,612 Pertanian 233 0,04094 22,92346 0,93838 218,643 MIPA 133 0,05177 22,71817 1,17609 315,191 Teknik 199 0,01735 26,11668 0,45312 90,172 Kedokteran 226 0,01735 26,11668 0,45312 102,406
Untuk  rekonfigurasi  jaringan,  keempat  tititk beban  ini  akan  dipindahkan  suplainya  ke  gardu lain  sehingga  tidak  lagi  berada  diujung  jaringan. Beban  MIPA  dan  pertanian  serta  perternakan dipindahkan  ke  gardu  Teknik,  sementara  beban
PKM  dihubungkan  ke  gardu  Kedokteran  untuk memperoleh back up.
Saluran  lama  yang  menghubungkan  beban- beban ini ke gardu Keperawatan tetap dipertahankan  namun  ditambahkan  saklar  .
Sehingga semua titik beban memiliki hubungan ke tiga  gardu  akibat  adanya  koneksi  melalui  bus PKM dan bus MIPA. Single line diangram setelah rekonfigurasi ditunjukkan pada gambar 4.
Akibat  rekonfigurasi  ini,  komponen  baru  yang ditambahkan ke jaringan distribusi Unand yaitu : a. Saluran 11 (Kab 11) yang menghubungkan sisi 20  KV  gardu  teknik  dengan  gardu  MIPA. Saklar normally open (SW1) ditempatkan pada saluran antara Peternakan dan Pertanian. Saklar
normally  closed  (SW2)  ditempatkan  pada saluran  antara  MIPA  dengan  Teknik.  Panjang saluran 11 ini adalah 926 meter.
b. Saluran  12  (Kab  12)  menghubungkan  antara gardu Kedokteran dengan PKM yang dilengkapi dengan saklar normally open (SW3).
Saluran  antara  bus  Peternakan  dan  bus Keperawatan dilengkapi dengan saklar normally closed (SW4). Panjang saluran 12 ini adalah 439 meter.
Gambar 4. Single line diagram jaringan distribusi Unand setelah rekonfigurasi
Rekonfigurasi  ini  juga  mengharuskan  Unand untuk  menambah  kontrak  dayanya  pada  gardu Teknik  dan  Kedokteran.  Besar  daya  yang dibutuhkan  oleh  kedua  gardu  ini  tergantung  pada kondisi jaringan/manuver jaringan yang dilakukan.
Berdasarkan  berbagai  skenario  gangguan  di jaringan  yang  mungkin  terjadi,  maka  akan diperoleh  berbagai  kondisi.  Setiap  kondisi  ini
kemudian  disimulasikan  aliran  dayanya  dengan software  ETAP  untuk  pengecek  level  tegangan dan  dayanya.  Kebutuhan  daya  maksimum  pada tiap  gardu  hubung  ditunjukkan  pada  tabel  2. Terlihat  kontrak  daya  di  gardu  teknik  dan  gardu kedokteran  harus  dinaikkan  jika  konfigurasi  yang diusulkan akan direalisasikan.
Tabel 2. Kapasitas Daya pada Gardu Hubung Gardu Daya Gardu (kW) Sebelum rekonfigurasi (kontrak) Maksimum Daya  Setelah rekonfigurasi Keperawatan 1700 1330 Teknik 425 1330 Kedokteran 425 833
Berdasarkan  analisa  aliran  daya,  diperoleh  bahwa besar  arus  maksimum  yang  mungkin  mengalir pada setiap saluran masih berada dalam batas kuat hantar  arus  saluran.  Sehingga  tidak  ada  kabel
saluran  yang  perlu  diganti.  Selanjutnya,  efek penambahan  koneksi  dari  gardu  Kedokteran  ke beban  PKM  adalah  dibutuhkannya  pembangunan gardu  di  PKM  untuk  menggantikan  gardu  tiang yang  ada  sebelumnya  guna  memfasilitasi  dua suplai daya yang dapat diterima titik beban PKM.
Nilai  indeks  keandalan  titik-titik  beban  setelah rekonfigurasi dihitung menggunakan diagram blok. Perbandingan  indeks  keandalan  titik-titik  beban sebelum  dan  sesudah  rekonfigurasi  ditunjukkan pada grafik di Gambar 5 sampai 7.
Gambar 5. Perbandingan failure rate titik beban sebelum dan sesudah rekonfigurasi
Gambar 6. Perbandingan annual downtimes titik-titik beban sebelum dan sesudah rekonfigurasi
Gambar 7. Perbandingan ENS sebelum dan sesudah rekonfgurasi
Dari grafik pada Gambar 5 sampai 7 dapat dilihat bahwa  indeks  keandalan  ( failure  rate,  annual downtimes dan  ENS)  setelah  rekonfigurasi  sudah lebih  baik  dari  pada  sebelum  rekonfigurasi.  Pada Gambar  5, failure  rate ke  empat  titik  beban  yang paling  tidak  andal  (Peternakan,  Pertanian  MIPA dan PKM) sudah berhasil diturunkan secara sangat signifikan.  Begitu  juga  dengan  nilai annual downtimes di  grafik  Gambar  6.  Pada  Gambar  7, nilai  ENS  keempat  titik  beban  juga  turun  sangat signifikan.
ENS MIPA yang sebelum rekonfigurasi  memiliki  nilai  terbesar  yaitu 315,191kWh/tahun dapat  diturunkan  menjadi 142,684  kWh/tahun.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa rekonfigurasi  yang  dilakukan  sudah  berhasil memperbaiki keandalan jaringan distribusi Universitas Andalas.

## Kesimpulan
Rekonfigurasi  jaringan  distribusi  dilakukan dengan menambahkan dua saluran baru sehingga  bentuk  konfigurasi  jaringan  distribusi menjadi  konfigurasi  loop  tetapi  pada  saat beroperasi  jaringan  tetap  dalam  konfigurasi radial.  Rekonfigurasi  jaringan  distribusi  listrik Universitas  Andalas  telah  berhasil  dilakukan sehingga nilai indeks keandalan ENS titik beban terbesar  yaitu  titik  beban  MIPA  yang  awalnya 315,191  kWh/tahun  turun  menjadi  142,864 kWh/tahun.  Lama  pemadaman  beban  tertinggi
sudah  turun  dari  1,176  jam  pertahun  menjadi 0,532 jam pertahun.
.

## Daftar Pustaka
[1] G. T. Heydt and T. J. Graf,
"Distribution System Reliability
Evaluation Using Enhanced Samples in a Monte Carlo Approach," IEEE
Transactions on Power Systems, vol. 25, pp. 2006-2008, 2010. [2] A. A. Chowdhury and D. O. Koval, Eds., Power Distribution System Reliability, Practical Methods and applications (IEEE press series on power engineering. New Jersey: John Willey & Sons, 2009. [3] R. Billinton and R. N. Allan, Eds.,
Reliability Evaluation of Power System . New York: Plenum Press, 1996.
[4] I. S. Ilie, I. Hernando-Gil, and S. Z. Djokic, "Reliability equivalents of LV and MV distribution networks," in Energy Conference and Exhibition (ENERGYCON), 2012 IEEE International , 2012, pp. 343-348.
[5]
R. Billinton and R. N. Allan,
Reliability Evaluation of Engineering
System: Concepts and Techniques , second ed. New York: Plenum Press, 1992.
[6] H. Langseth and L. Portinale,
"Bayesian Networks in Reliability,"
Reliability Engineering and Safety, vol.
92, pp. 92-108, 2007.
[7] P. M. Anderson, G. M. Chintaluri, S.
M. Magbuhat, and R. F. Ghajar, "An improved reliability model for redundant protective systems-Markov models," Power Systems, IEEE Transactions on, vol. 12, pp. 573-578,
1997.
[8] D. Vose, Quantitative Risk Analysis: A
Guide to Monte Carlo Simulation Modelling . Chichester: John Willey &
Sons, 1997.
[9] M. El-Metwally, M. El-Shimy, A.
Mohamed, M. Elshahed, and A. Sayed, "Reliability assessment of wind turbine operating concepts using reliability block diagrams (RBDs)," in 2017 Nineteenth International Middle East Power Systems Conference (MEPCON) , 2017, pp. 430-436.
[10] R. Denning, "Applied R&M Manual for Defence Systems," MoD, Abbey Wood, 2012.
[11] "IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and
Commercial Power Systems (Gold
Book)," IEEE Std 493-1997 [IEEE Gold Book], pp. 1-464, 1998.

## Biodata Penulis
Shaumi  Novila  Asri ,  menyelesaikan  pendidikan Sarjana  Teknik  Elektro  di  Universitas  Andalas pada tahun 2018
Adrianti , menyelesaikan pendidikan S1 dan S2 di Universitas  Sriwijaya  dan  Institut  Teknologi Bandung.  S3  diselesaikannya  tahun  2015  di University  of  Strathclyde,  Glasgow,  Inggris.  Saat ini  bekerja  sebagai  dosen  di  Jurusan  Teknik Elektro,  Universitas  Andalas.  Bidang  penelitian meliputi  Proteksi  Sistem  Tenaga,  Keandalan Sistem  Tenaga,  Risk  Assessment  dan  Stabilitas Sistem Tenaga.
Muhammad  Nasir ,  menyelesaikan  pendidikan sarjana di Universitas Hasanuddin dan magister di Institut  Teknologi  Bandung.  Bekerja  sebagai dosen  di  Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas Andalas.  Bidang  penelitian  meliputi  proteksi sistem  tenaga,  analisa  sistem  tenaga  dan  energi management.