ANALISIS PENGARUH DIAMETER DAN PANJANG ELEKTRODA

PENTANAHAN ARESTER TERHADAP PERLINDUNGAN TEGANGAN

LEBIH

OLEH :

SYAIFUDDIN NAJIB

D 400 060 049

JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2012

ABSTRAKSI

Untuk melindungi peralatan listrik tersebut perlu adanya suatu perlindungan maksimal

sehingga gangguan dapat diminimalisir. Diperlukan adanya pemasangan kawat atau elektroda

yang terhubung langsung ke tanah untuk pengamanan peralatan tersebut. Pemasangan ini

dilakukan untuk memotong tegangan surja dan mengalirkannya ke tanah. Adapun kemampuan

kerja alat ini juga dipengaruhi oleh kecuraman muka gelombang surja yang menuju peralatan.

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan diameter dan

panjang elektroda pentanahan arrester terhadap pemotongan tegangan pelepasan surja dan dapat

mengetahui pengaruh diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester terhadap tegangan

kerja arester

Penelitian dilakukan pada bulan Agustus 2011 di gardu induk 150 kV Jajar, diawali

dengan pengambilan data berupa name plate tranformator, arrester, tahanan pentanahan arrester

dan penghantar yang digunakan. Kemudian dihitung rating tegangan arrester, dan parameter

yang akan digunakan dalam simulasi menggunakan software PSCAD. Setelah itu parameter

dimasukkan kedalam rangkaian uji sampai mendapatkan hasil yang diinginkan.

Hasil yang diperoleh dari penelitian yaitu: Apabila semakin besar diameter dan panjang

elektroda pentanahan maka semakin kecil tegangan pemotongan pelepasan akibat surja petir.

Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin besar pula

tegangan kerja maksimal akibat surja petir. Rata – rata tegangan kerja maksimum pada arus petir

10 kA – 80 kA adalah 258.95 kV dan Rata – rata tegangan pemotongan maksimum pada arus

petir 10kA - 80 kA adalah 3316.75 kV

Kata kunci : petir, arrester, gardu induk, PSCAD

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Untuk menyalurkan daya listrik dari pusat pembangkit ke konsumen diperlukan suatu

sistem jaringan tenaga listrik yang dituntut untuk memiliki effisiensi yang tinggi dalam

pelayanannya kepada konsumen. Sistem pengiriman tenaga listrik ke pusat-pusat beban

dalam hal ini konsumen melalui saluran udara mempunyai resiko kemungkinan terkena petir,

baik sambaran langsung sambaran yang mengenai saluran transmisi yang terhubung dengan

peralatan tersebut maupun sambaran tak langsung sambaran di daerah luar saluran transmisi

yang kemudian menimbulkan induksi.

Lonjakan tegangan yang besar yang jauh di atas amplitude tegangan sistem akan

terjadi jika saluran terkena sambaran petir. Hal ini mengakibatkan kerusakan terhadap

peralatan. Dalam kaitannya dengan perlindungan peralatan terhadap tegangan lebih maka

dikenal adanya koordinasi lokal. Koordinasi tersebut dinyatakan dalam bentuk langkah-

langkah yang diambil untuk menghindarkan kerusakan pada peralatan listrik yang

disebabkan tegangan lebih dan membatasi tegangan tersebut.

Untuk melindungi peralatan listrik tersebut perlu adanya suatu perlindungan

maksimal sehingga gangguan dapat diminimalisir. Diperlukan adanya pemasangan kawat

atau elektroda yang terhubung langsung ke tanah untuk pengamanan peralatan tersebut.

Pemasangan ini dilakukan untuk memotong tegangan surja dan mengalirkannya ke tanah.

Adapun kemampuan kerja alat ini juga dipengaruhi oleh kecuraman muka gelombang surja

yang menuju peralatan. Walaupun peralatan tersebut sudah diproteksi dengan pentanahan

arrester, namun kenyataannya masih terjadi kerusakan pada peralatan tersebut.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian yang akan penulis lakukan yaitu :

1. Dapat mengetahui hubungan diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester

terhadap pemotongan tegangan pelepasan surja

2. Dapat mengetahui pengaruh diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester

terhadap tegangan kerja arester

A. Landasan Teori

Petir

Petir merupakan hasil pemisahan muatan listrik secara alami di dalam awan badai,

proses pelepasan muatan ini akan berupa kilat cahaya dan suara gemuruh yang biasa disebut

petir. Petir lebih sering terjadi antara pusat muatan satu dengan pusat muatan lainnya di

dalam awan, sedangkan antara pusat muatan di dalam awan dengan pusat muatan di

permukaan bumi jarang terjadi.

Petir terjadi disebabkan oleh adanya konsentrasi muatan karena perbedaan tekanan

udara dan temperatur yang menyebabkan pergerakan udara ke atas. Pergerakan udara keatas

ini akan membawa uap air sampai pada ketinggian tertentu dimana temperatur udara sangat

dingin. Uap air tersebut terkonsentrasi dan berubah menjadi titik-titik air seperti yang

ditunjukkan pada gambar 1, kumpulan dari titik-titik air ini disebut awan (Comulo Nimbus).

Awan ini lebarnya bisa mencapai puluhan kilometer dan terdiri dari sejumlah besar sel-sel

awan yang berdiri sendiri dengan ketinggian sekitar 7,5 km sampai dengan 18 km. Secara

garis besar ada dua jenis awan badai yang membangkitkan muatan listrik statik, yaitu:

a. Awan badai panas (heat storm clouds).

b. Awan badai frontal (frontal storm clouds).

Di dalam awan yang bermuatan positif adalah kristal es sedangkan yang bermuatan

negatif adalah titik-titik air. Distribusi partikel-partikel tersebut secara normal memberikan

peningkatan muatan negatif didasar awan. Peningkatan muatan negatif didasar awan

mengakibatkan peningkatan muatan positif diatas tanah. Akibatnya antara tanah dan dasar

awan terdapat beda potensial yang tinggi. Apabila gradien potensial tersebut sedemikian

besar, maka berakibat terjadinya proses tembus pada resistansi udara, sehingga

menimbulkan suatu peluahan petir

METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat

Penelitian dilakukan pada bulan Agustus 2011 di PT. PLN (PERSERO) P3B JB REGION

JAWA TENGAH DAN DIY UPT.SURAKARTA untuk observasi, dilanjutkan dengan

perhitungan dan analisis menggunakan software PSCAD selama 1 bulan di rumah.

B. Peralatan Utama dan Pendukung

Peralatan yang digunakan untuk penelitian antaralain :

a. Perangkat keras (hardware) yaitu seperangkat PC (Personal Computer) yang digunakan

untuk menjalankan program PSCAD 4.2, dengan spesifikasi sebagai berikut :

1. Processor Intel Pentium IV 3.0 GHz.

2. Memory 2GB.

3. Motherboard Gigabyte

4. Vganvidia 512MB

b. Perangkat lunak (software) yaitu program paket PSCAD 4.2 yang digunakan untuk

analisa lightning arrester.

c. Printer untuk mencetak hasil analisa

C. Tahap penelitian

Dalam penyusunan tugas akhir ini, metode penelitian yang akan di lakukan diantaranya:

1. Studiliteratur

Studi literature adalah kajian penulis atas referensi-referensi yang ada baik

berupa buku, karya-karya ilmiah, dan melalui internet, serta media massa yang

berhubungan dengan penulisan laporanini.

2. Observasi

Pengumpulan data dengan cara melihat langsung keadaan objek di lapangan

3. Konsultasi Bimbingan

Konsultasi dilakukan dengan dosen pembimbing yang telah diminta oleh penulis

dan konsultasi bimbingan dilakukan selama proses penyusunan Tugas Akhir

Diagram Alir Penelitian

tidak

ya

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

a. Alur penelitian dimulai dengan studi literature dilanjutkan dengan mengumpulkan

data yang diperlukan, setelah data sudah siap langkah selanjutnya menghitung

rating tegangan arrester, kemudian membuat permodelan system menggunakan

StudiLiteratur

Mulai

Penelitiandanpengu

mpulan data

Penulisan laporan

Selesai

Apakah

simulasi

berhasil?

Pemilihan diameter dan panjang

elektroda pentanahan arrester

Pemodelan system menggunakan software

PSCAD

software PSCAD, lalu disimulasikan hingga mendapat hasil yang diinginkan, dan

yang terakhir yaitu pembuatan laporan tugas akhir.

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Data

Data diperoleh dari gardu induk 150 kV jajar, data yang dibutuhkan diantaranya

karakteristik komponen yang terpasang pada gardu induk. Data tersebut akan digunakan sebagai

nilai dasar untuk mengisi parameter pada simulasi lightning arrester menggunakan software

PSCAD 4.2. Data dinyatakan dalam tabel dan gambar sebagai berikut:

Tabel 4.1 Data Lightning Arrester

Jurusan Phasa Merk Type No. seri

Voprs

(kV)

Arus

Discharge

(kA)

Trafo 60

MVA R

BBC

HML150

HA

5010098 150 10

Trafo 60

MVA S

BBC HML150

HA

5010099 150 10

Trafo 60

MVA T

BBC HML150

HA

5010100 150 10

Panjang arrester keseluruhan = 1.7m

B. AnalisaMenggunakan PSCAD 4.2

Simulasi lightning arrester dapat menggunakan model arrester pada PSCAD ditunjukkan

pada gambar 4.1

Gambar 4.1 Model arrester pada PSCAD

Parameter yang digunakan untuk pemodelan arrester 150 kV dengan panjang arrester

d=1.7m dan jumlah kolom parallel n=1 dapat dihitung sebagai berikut:

L0 = 0.2d/n

= 0.34 μH

C = 100n/d

= 58.8 pF

L1 = 15d/n

= 25.5 μH

R = 65d/n

= 110,5 ohm

Dari hasil perhitungan diatas maka parameter arrester dapat dimasukan seperti pada

gambar 4.2

Gambar 4.2 Model Arrester setelah parameter dimasukan

C. Resistansi pentanahan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2 sebagai

berikut :

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 2 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×200 ( In

4.200

2.54 – 1) = 7.96 × 4.75 = 37.81

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 4 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×400 ( In

4.400

2.54 – 1) = 3.98 × 5.44 = 21.65

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 6 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×600 ( In

4.600

2.54 – 1) = 2.65 × 5.85 = 15.50

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 8 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×800 ( In

4.800

2.54 – 1) = 1.99 × 6.13 = 12.19

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 2 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×200 ( In

4.200

1.905 – 1) = 7.96 × 5.04 = 40.11

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 4 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×400 ( In

4.400

1.905 – 1) = 3.98 × 5.73 = 22.80

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 6 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×600 ( In

4.600

1.905 – 1) = 2.65 × 6.13 = 16.24

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 8 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×800 ( In

4.800

1.905 – 1) = 1.99 × 6.42 = 12.77

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 2 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×200 ( In

4.200

1.27 – 1) = 7.96 × 5.44 = 43.30

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 4 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×400 ( In

4.400

1.27 – 1) = 3.98 × 6.13 = 24.39

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 6 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×600 ( In

4.600

1.27 – 1) = 2.65 × 6.54 = 17.33

Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 8 meter

adalah :

R = 10000

2×3.14×800 ( In

4.800

1.27 – 1) = 1.99 × 6.83 = 13.58

Tabel variasi tahanan pentanahan arester

Diameter Panjang Resistansi

( cm ) (m) ( ohm )

5.08 2 37.81

5.08 4 21.65

5.08 6 15.50

5.08 8 12.19

3.81 2 40.11

3.81 4 22.80

3.81 6 16.24

3.81 8 12.27

2.54 2 43.30

2.54 4 24.39

2.54 6 17.33

2.54 8 13.59

Tabel Hasil Simulasi Arrester Menggunakan PENUTUP

Diameter

(cm)

Panjang

(m)

Resitansi

(ohm)

I Petir Max

(kA)

V Petir

Max

(kV)

V Kerja max

(kV)

V Pemotongan

max (kV)

5.08 2 37.81 10 864.8919 248.1509 616.7225

5.08 4 21.65 10 864.4391 248.1916 616.2287

5.08 6 15.50 10 864.2582 248.2078 616.0313

5.08 8 12.19 10 864.1587 248.2167 615.9229

5.08 2 37.81 40 3307.7996 260.9878 3046.8048

5.08 4 21.65 40 3305.1630 261.0087 3044.1467

5.08 6 15.50 40 3304.1093 261.0171 3043.0845

5.08 8 12.19 40 3303.5301 261.0217 3042.5007

5.08 2 37.81 80 6562.4801 267.6132 6294.8521

5.08 4 21.65 80 6556.9012 267.6576 6289.2283

5.08 6 15.50 80 6554.6719 267.6752 6286.9811

5.08 8 12.19 80 6553.4464 267.6850 6285.7458

3.81 2 40.11 10 864.9537 248.1454 616.7901

3.81 4 22.80 10 864.4723 248.1886 616.2650

3.81 6 16.24 10 864.2802 248.2058 616.0554

3.81 8 12.27 10 864.1611 248.2165 615.9255

3.81 2 40.11 40 3308.1605 260.9849 3047.1683

3.81 4 22.80 40 3305.3569 261.0072 3044.3421

3.81 6 16.24 40 3304.2376 261.0161 3043.2139

3.81 8 12.27 40 3303.5441 261.0209 3042.6036

3.81 2 40.11 80 6563.2430 267.6071 6295.6211

3.81 4 22.80 80 6557.3114 267.6543 6289.6418

3.81 6 16.24 80 6554.9434 267.6731 6287.2548

3.81 8 12.27 80 6553.4762 267.6847 6285.7758

2.54 2 43.30 10 865.0386 248.1377 616.8827

2.54 4 24.39 10 864.5181 248.1845 616.3149

2.54 6 17.33 10 864.3125 248.2029 616.0906

2.54 8 13.59 10 864.2010 248.2129 615.9690

2.54 2 43.30 40 3308.6548 260.9810 3047.6666

2.54 4 24.39 40 3305.6233 261.0051 3044.6107

2.54 6 17.33 40 3304.4259 261.0146 3043.4036

2.54 8 13.59 40 3303.7761 261.0198 3042.7487

2.54 2 43.30 80 6564.2889 267.5988 6296.6753

2.54 4 24.39 80 6557.8750 267.6498 6290.2100

2.54 6 17.33 80 6555.3416 267.6699 6287.6562

2.54 8 13.59 80 6553.9670 267.6808 6286.2705

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pembahasan maka didapat kesimpulan sebagai berikut:

1. Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin kecil

tegangan pemotongan pelepasan akibat surja petir

2. Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin besar

pula tegangan kerja maksimal akibat surja petir

3. Rata – rata tegangan kerja maksimum pada arus petir 10 kA – 80 kA adalah 258.95 kV

B. Saran

1. Pihak PLN harus memperhatikan terminal arrester, agar arrester selalu berfungsi dengan

baik

2. Perlu diperhatikan ukuran elektroda yang digunakan pentanahan arester sehingga tidak

terjadi kerusakan pada peralatan yang dilindungi

Untuk penelitian selanjutnya, agar diperoleh perbandingan yang lebih luas maka perlu

dilakukan penelitian terhadap beberapa rating yang berbeda-beda, sehingga diperoleh

informasi yang lebih menggambarkan secara keseluruhan. Juga perlu dilakukan pengujian

untuk karakteristik lainnya sehingga diperoleh keterangan yang lebih banyak mengenai

mengenai jenis ini baik untuk kepentingan studi maupun aplikasi.

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, A. 1975, “TeknikTeganganTinggi”,PradnyaParamita, Jakarta.

2. Arismunandar, A. 1997, “TeknikTenagaListrik”, Jilid III, PradnyaParamita,

Bandung.

3. Arismunandar, A. 1993, “TeknikTenagaListrik”,JilidII, PradnyaParamita, Jakarta.

4. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/19/jtptunimus-gdl-s1-2008-anasyusufn-917-

2-bab2.pdf

5. L. Tobing, Bonggas. 2003, “PeralatanTeganganTinggi”,GramediaPustakaUtama,

Jakarta.

6. Muthumuni, Dharshana. 2005, “Pscad Getting-Started Tutorials”,Manitoba

HVDC Research Centre Inc, Canada.

7. Winnipeg. 2008, “Applications of PSCAD® / EMTDC™”, Manitoba HVDC

Research Centre Inc, Canada.

8. www.abb.com/arresteronline/EXLIM-P.pdf