Arrester pada 20 kv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Gardu distribusi merupakan salah satu komponen dari suatu sistem distribusi

yang berfungsi untuk menghubungkan jaringan ke konsumen atau untuk

mendistribusikan tenaga listrik pada konsumen tegangan menengah maupun

konsumen tegangan rendah. Sehingga gardu distribusi termasuk komponen

terpenting dalam suatu sistem distribusi. Komponen terpenting pada gardu

distribusi adalah trafo. Trafo tersebut berfungsi sebagai penurun tegangan

(step down transformer), yang menurunkan tegangan 20 kV (tegangan

menengah) menjadi 400/230 V (tegangan rendah). Karena trafo terhubung

dengan saluran udara 20 kV dan penempatannya di tempat terbuka sehingga

pada trafo dapat terjadi gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir secara

langsung atau sambaran petir tidak langsung (induksi). Sambaran petir akan

menimbulkan tegangan lebih yang tinggi melebihi kemampuan isolasi trafo

sehingga dapat menyebabkan kerusakan isolasi yang fatal. Untuk mencegah

terjadinya hal tersebut maka setiap pemasangan trafo distribusi 20 kV pada

setiap gardu distribusi selalu dilengkapi dengan lightning arrester. Pemasangan

lightning arrester pada setiap gardu berbeda penempatan atau kedudukannya.

Penempatan lightning arrester dapat mempengaruhi kinerja lightning arrester

tersebut dalam memproteksi trafo dan peralatan lainnya pada gardu distribusi.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

1.    Syarat untuk memenuhi pelaksanaan proyek akhir pada jurusan teknik elektro

program diploma di sekolah tinggi teknik PLN

2.    Untuk mengetahui bagaimana pengaruh dari pemasangan lightning arrester pada

gardu distribusi dalam memproteksi peralatan yang ada di gardu distribusi.

Adapun manfaat yang dapat diambil dari pembahasan proyek akhir ini adalah :

1.    Menambah pengalaman dalam bidang kelistrikan yaitu dengan cara

membandingkan teori yang didapat di bangku kuliah dengan praktek yang terjadi

di lapangan

2.    Memberikan sumbangan pikiran dan wawasan yang bermanfaat buat orang lain.

1.3 Rumusan Masalah

Dari latar belakang didapatkan permasalahan sebagai berikut :

1.    Bagaimana kinerja arrester dalam memproteksi peralatan yang terdapat dalam

gardu distribusi?

2.    Apa saja yang harus diperhatikan dalam pemilihan Lightning Arrester ?

1.4 Batasan Masalah

Sistem pengaman pada gardu distribusi memiliki banyak macam jenis

pengaman. Ruang lingkup permasalahanya sangat luas, agar dalam

pembahasannya tidak terlalu meluas maka perlu adanya pembatasan masalah.

 Pada laporan akhir ini penulis membatasi masalah dan mengambil pokok

penulisan tentang penggunaan lightning arrester sebagai pengaman gardu

distribusi.

1.5 Metodologi Penelitian

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:

a.    Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari berbagai sumber pustaka yang relevan

mendukung dalam penulisan tugas akhir ini.

b.    Studi Observasi

Terjun langsung ke lapangan untuk mempelajari obyek yang dipilih. Sehubungan

dengan hal-hal tersebut, dalam pencarian dan pengumpulan data-data dilakukan

dengan cara:

a.    Mengadakan wawancara dengan pihak yang bersangkutan

b.    Memadukan data hasil penelitian dengan teori yang ada.

c.    Studi Bimbingan

Dalam hal ini penulis melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan

dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Jurusan program DIII Teknik

Elektro STT PLN Jakarta dan teman-teman sesama mahasiswa.

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini akan dibagi dalam beberapa bagian sebagai

berikut :

BAB I        : PENDAHULUAN

Pembahasan mengenai pendahuluan yang menyangkut latar belakang, tujuan

dan manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, metodologi dan sistematika

penulisan.

BAB II       : GARDU DISTRIBUSI DAN SALURAN UDARA TEGANGAN

MENENGAH

Pada bab ini membahas tentang gardu distribusi dan saluran udara tegangan

menengah dan peristiwa sambaran petir.

BAB III      : PEMASANGAN LIGHTNING ARRESTER PADA GARDU

DISTRIBUSI

Pembahasan mengenai Lightning Arrester, jenis – jenisnya,dan  pemilihan

lightning arrester.

BAB IV     : PENUTUP

Pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan proyek akhir ini

BAB II

GARDU DISTRIBUSI DAN SALURAN UDARA TEGANGAN

MENENGAH

2.1 Gardu Distribusi

2.1.1 Umum

Pengertian umum Gardu Distribusi tenaga listrik yang paling dikenal adalah

suatu bangunan gardu listrik berisi atau terdiri dari instalasi perlengkapan hubung

bagi tegangan menengah (PHB-TM), transformator distribusi (TD) dan perlengkapan

hubung bagi tegangan rendah (PHB-TR) untuk memasok kebutuhan tenaga listrik

bagi para pelanggan baik dengan tegangan menengah (TM 20 kV) maupun

tegangan rendah (TR 220/380V).

2.1.2 Macam-macam gardu distribusi

Dilihat dari fungsinya, secara garis besar gardu distribusi dapat digolongkan

kedalam :

1.    Gardu umum

Gardu distribusi yang menyalurkan energi listrik untuk kepentingan umum.

Gambar 2.1 Gardu Distribusi Umum

2.    Gardu khusus

Gardu distribusi yang menyalurkan energy listrik untuk konsumen tunggal.

Gambar 2.2 Gardu Distribusi Khusus Pelanggan TM

3.    Gardu Hubung

Gardu hubung berfungsi menerima daya listrik dari gardu induk yang telah

diturunkan menjadi tegangan menengah dan menyalurkan atau membagi daya

listrik tanpa merubah tegangannya melalui jaringan distribusi primer (JTM)

menuju gardu atau transformator distribusi.

Gambar 2.3 Gardu Hubung (GH)

Lebih lanjut gardu distribusi umum dilihat dari konstruksinya dibagi menjadi :

1.    Gardu beton

Gardu distribusi jenis beton dibangun permanen pada lokasi yang telah

ditentukan. Umumnya gardu beton dibangun untuk konsumen khusus atau

daerah perkotaan yang sudah mantap planaloginya.

Seluruh komponen utama instalasi yaitu transformator dan peralatan

switching/proteksi, terangkai didalam bangunan sipil yang dirancang, dibangun

dan difungsikan dengan konstruksi pasangan batu dan beton (masonrywall

building).

Konstruksi ini dimaksudkan untuk pemenuhan persyaratan terbaik bagi

keselamatan ketenagalistrikan

Gambar 2.4 Bagan satu garis gardu distribusi beton.

2.    Gardu kios

Gardu tipe ini adalah bangunan prefabricated terbuat dari konstruksi baja, fiberglass

atau kombinasinya, yang dapat dirangkai di lokasi rencana pembangunan gardu

distribusi. Pada mulanya gardu kios ini dibuat dengan cara menutup semua

peralatan gardu seperti trafo, alat pemisah, pemutus dan perlengkapan TM/TR

lainnya dalam kios metal sehingga gardu ini juga dinamai dengan gardu metal

enclosed. Terdapat beberapa jenis konstruksi, yaitu kios kompak, kios modular dan

kios bertingkat. Gardu ini dibangun pada tempat-tempat yang tidak diperbolehkan

membangun gardu beton.

Karena sifat mobilitasnya, maka kapasitas transformator distribusi yang

terpasang terbatas. Kapasitas maksimum adalah 400 kVA, dengan 4 jurusan

tegangan rendah.

Gambar 2.5 Denah Gardu Kios

3.     Gardu Portal

Gardu portal adalah gardu trafo yang secara keseluruhan instalasinya dipasang

pada 2 buah tiang atau lebih.

Umumnya konfigurasi Gardu Tiang yang dicatu dari Saluran Udara Tegangan

Menengah (SUTM) adalah T section dengan peralata n pengaman Pengaman Lebur Cut-

Out (FCO) sebagai pengaman hubung singkat transformator dengan elemen pelebur

(pengaman lebur link type expulsion) dan Lightning Arrester (LA) sebagai sarana

pencegah naiknya tegangan pada transformator akibat surja petir.

Gambar 2.6 Gardu Portal

4.     Gardu Cantol

Pada gardu distribusi tipe cantol, transformator yang terpasang adalah transformator

dengan daya ≤ 100 kVA Fase 3 atau Fase 1. Transformator terpasang adalah jenis

CSP (Completely Self Protected Transformer) yaitu peralatan switching dan

proteksinya sudah terpasang lengkap dalam tangki transformator. Perlengkapan

perlindungan transformator tambahan LA (Lightning Arrester) dipasang terpisah

dengan penghantar pembumiannya yang dihubung langsung dengan badan

transformator. Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) maksimum

2 jurusan.

Gambar 2.7.  Gardu Tipe Cantol.

2.2 Transformator distribusi

2.2.1 Teori Dasar Transformator

Transformator adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energi listrik dari suatu rangkain listrik ke rangkaian listrik yang lain

melalui suatu gendengan/kopling magnit dan berdasarkan perinsip

elektromagnit.

Gambar 2.8. Transformator.

Transformator terdiri dari beberapa jenis yaitu transformator tegangan,

transformator arus, transformator distribusi, dan transformator daya.

transformator tegangan dan arus bisanya digunakan sebagai alat bantu

pengukuran dan sebagai alat bantu proteksi, yang penggunaanya bersama-

sama. sedangkan untuk pasokan beban menggunakan transformator distribusi

dan transformator daya.

2.2.2 Prinsip kerja transformator distribusi

Transformator merupakan suatu alat listrik / mesin listrik statis yang di

gunakan untuk mentransformasikan daya atau energi listrik arus bolak balik dari

tegangan menengah ke tegangan rendah atau sebaliknya pada frekuensi yang

sama melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi

elektromagnet.

Prinsip kerja Transformator adalah berdasarkan hukum ampere dan hukum

faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan

magnet dapat menimbulkan arus listrik, jika pada salah satu kumparan pada

Transformator diberi arus bolak balik maka jumlah garis gaya magnet berubah –

ubah akibatnya pada sisi primer terjadi induksi, sisi sekunder menerima garis gaya

magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah ubah pula, maka disisi sekunder

juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan.

Transformator daya berfungsi untuk menyalurkan energi listrik sekaligus

menaikan atau menurunkan tegangan. Misalnya transformator pada system

pembangkit tenaga listrik adalah untuk menaikan tegangan keluaran generator.

Selanjutnya energy listrik tersebut disalurkan melalui system transmisi ke gardu

induk. Pada transformator di gardu induk, tegangan tinggi di turunkan ke

tegangan menengah yang kemudian disalurkan ke gardu distribusi. Sedangkan

di gardu distribusi transformator berfungsi sebagai penurun tegangan dari

tegangan menengah 20 Kv ke tegangan rendah 380 v, sehingga bisa

dipergunakan oleh konsumen tegangan rendah.

2.3  Saluran Udara Tegangan Menengah

2.3.1 Umum

Jaringan distribusi yang tergelar di alam bebas dimana banyak gangguan –

gangguan listrik yang dialaminya seperti petir, pohon, atau binatang. Saluran

udara untuk dirancang dengan memperhatikan keperluan listrik dan mekanis.

Rancangan mekanis melibatakan tekanan dan perhitungan lentur, rancangan

penopang dan lengan-lengan pemegang. Penopang harus cukup kokoh untuk

menahan beban angin yang bekerja pada penopang, penghantar, isolator,

lengan pemegang dan lain-lain. Rancangan listrik melibatkan pemilihan

tegangan pemilihan saluran, pengaturan tegangan dan pemilihan alat

pengaman. Penentuan tata letak diusahakan agar mudah mendekati untuk

pengawasan dan pemeliharaan sedapat mungkin hendaklah dipasang didekat

jalan.

2.3.2 Proteksi Jaringan

Tujuan daripada suatu sistem proteksi pada saluran udara tegangan

menengah (SUTM) adalah mengurangi sejauh mungkin pengaruh gangguan

pada penyaluran tenaga listrik serta memberikan perlindungan yang maksimal

bagi operator, lingkungan dan peralatan dalam hal terjadinya gangguan yang

menetap (permanen).

Sistem proteksi pada SUTM memakai :

a.    Relai hubung tanah dan relai hubung singkat fasa‐fasa untuk kemungkinan

gangguan penghantar dengan bumi dan antar penghantar.

b.     Pemutus Balik Otomatis PBO (Automatic Recloser), Saklar Seksi Otomatis SSO

(Automatic Sectionaizer). PBO dipasang pada saluran utama, sementara SSO

dipasang pada saluran pencabangan, sedangkan di Gardu Induk dilengkapi

dengan auto reclosing relay.

c.     Lightning Arrester (LA) sebagai pelindung kenaikan tegangan peralatan akibat

surja petir. Lightning Arrester dipasang pada tiang awal/tiang akhir, kabel Tee–

Off (TO) pada jaringan dan gardu transformator serta pada isolator tumpu.

d.    Pembumian bagian konduktif terbuka dan bagian konduktif extra pada tiap‐tiap 4

tiang atau pertimbangan lain dengan nilai pentanahan tidak melebihi 10 Ohm.

e.     Kawat tanah (shield wire) untuk mengurangi gangguan akibat sambaran petir

langsung. Instalasi kawat tanah dapat dipasang pada SUTM di daerah padat

petir yang terbuka.

f.     Penggunaan Fused Cut–Out (FCO) pada jaringan pencabangan.

g.     Penggunaan Sela Tanduk (Arcing Horn)

2.4.  Sambaran Petir

-------

---+

---

-------------------------+++++++

----

-------------+

--

   Muatan negatif+ Muatan positif

++++AWANBUMIGambar 2.9.  Peristiwa terjadinya petir 

Petir adalah pelepasan muatan yang terjadi antara awan, dalam awan atau

antara awan dengan tanah. dimana dalam awan terdapat muatan positif dan

muatan negatif, jika muatan ini senama bertemu maka akan terjadi tarik

menarik  yang dapat menimbulkan lendakan/kilat diawan, begitu juga kalau

muatan negatif dan muatan positif dekat akan terjadi tolak menolak, juga akan

terjadi ledakan/kilat.

Bumi adalah sebagai gudang muatan positif maupun negatif, jika pelepasan

muatan dari petir dekat dengan bumi, maka akan terjadi sambaran petir kebumi.

Seperti terlihat pada gambar 2.9. diatas.

Bila petir mengenai langsung kepenghantar SUTM, kemungkinan besar

penghantar tersebut akan putus karena gelombang petir yang menimbulkan

tegangan impuls melebihi BIL (Basic Insulation Level) dari penghantar SUTM.

Kalau petir yang mengenai SUTM bukan sambaran langsung tetapi  induksi dari

petir, gerak dari gelombang petir itu menjalar ke segala arah dengan perkataan

lain terjadi gelombang berjalan sepanjang Jaringan yang menuju suatu titik lain

yang dapat menetralisir arus petir tersebut yaitu menuju ketitik pentanahan.

Kelebihan tegangan yang disebabkan petir disebabkan oleh sambaran

langsung atau sambaran tidak langsung (induksi) dapat dijelaskan sebagai

berikut:

            Sambaran Langsung

Sambaran langsung yang mengenai rel dan peralatan Peralatan adalah yang

paling hebat diantara gelombang berjalan lainnya yang datang ke Peralatan.

Sambaran langsung menyebabkan tegangan lebih yang sangat tinggi yang tidak

mungkin dapat ditahan oleh isolasi yang ada (> BIL)

            Sambaran Induksi

Bila terjadi sambaran kilat ke tanah di dekat saluran maka akan terjadi fenomena

transien yang diakibatkan oleh medan elektromagnetis dari kanal kilat.

Fenomena kilat ini terjadi pada kawat penghantar. Akibat dari kejadian ini timbul

tegangan lebih dan gelombang berjalan yang merambat pada kedua sisi kawat

tempat sambaran berlangsung. Tegangan induksi dapat berubah-ubah

tergantung dari keadaannya, secara umum besar tegangan lebih akibat

sambaran induksi antara 100 – 200 kV, muka gelombangnya (Wave front) lebih

dari 10 μs dan ekor gelombang  (wave tail) 50 – 100 μs, dimana gelombang ini

sebagai  ancaman bagi peralatan distribusi.

Bentuk gelombang surja petir (tegangan impuls) terlihat pada gambar

2.10.  dibawah ini, dengan Tf (waktu muka gelombang) , Tt (waktu ekor

gelombang)  dan  U (tegangan puncak). Untuk sambaran langsung besarnya

Tf  = 1.2 μs, Tf  = 50 μs dan tegangan puncak U = mendekati 300 kV,  sambaran

induksi besar Tf = 10 μs ,Tt = 50 – 100 μs dan U = 100 – 200 kV

Gambar 2.10. Tegangan impuls petir standar(IEC Publ.60-2,1973)

 Dimana : 

 Tf     =  waktu muka gelombang (OA)  (μs)   Tf   =  1,2 μs

Tt   =  waktu ekor gelombang (OB)  (μs)     Tt   =  50 μs

U    =  tegangan puncak (kV)

2.5           Tegangan Lebih dengan Frekuensi Jala-jala

Tegangan lebih dengan frekuensi jala-jala dibagi atas:

    Penutupan / pembukaan trafo yang tidak bersamaan

    Kenaikan tegangan dari fasa sehat pada waktu gangguan satu fasa ke tanah

pada sistem.

   Tegangan yang terjadi akibat beban lepas.

   Hubungan kabel tanpa beban

Meskipun banyak macamnya, tetapi pada umumnya tegangan abnormal yang

terjadi pada sistem tenaga listrik diperkirakan tidak sebesar surja petir dan surja

hubung, sehingga perencanaan isolasi peralatan kebanyakan didasarkan pada

kedua surja ini.

2.6           Kerusakan Akibat Kelebihan Tegangan

            Tegangan tembus luar (External Flashover) merusak isolator, bagian permukaan

peralatan. Ini disebabkan oleh amplitude gelombang datang.

            Tegangan tembus dalam ( Internal Flashover ), merusak isolasi utama dari

peralatan ketanah, merusak isolasi antara bagian-bagian dalam peralatan

(isolasi antara gulungan dari trafo). Ini disebabkan oleh kecuraman gelombang

datang.

      Tegangan tembus luar dan dalam ( Internal and External Flashover) yang

mungkin terjadi akibat osilasi yang terjadi pada peralatan. Ini disebabkan oleh

kecuraman gelombang datang dengan ekor gelombang yang panjang.

2.7           Penanggulangan Kelebihan Tegangan

Untuk memberikan perlindungan pada peralatan terhadap kelebihan

tegangan berupa surja petir maka dipasang alat pelindung (Protective Device).

Alat pelindung terhadap kelebihan tegangan berfungsi melindungi peralatan

sistem tenaga listrik dengan cara membatasi kelebihan tegangan yang datang

dan mengalirkan ke tanah. Berhubungan dengan fungsinya itu, maka alat

pelindung harus dapat menahan tegangan sistem dalam waktu yang tak terbatas

dan harus dapat melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan.

Alat pelindung yang baik mempunyai perbandingan perlindungan

atau protective ratio yang tinggi, yaitu perbandingan antara tegangan surja

maksimum yang diperbolehkan sewaktu pelepasan (discharge) dan tegangan

sistem maksimum yang ditahan sesudah pelepasan terjadi.

BAB III

PEMASANGAN LIGHTNING ARRESTER PADA GARDU

DISTRIBUSI

3.1         Lightning Arrester

Lightning arrester adalah suatu alat yang digunakan untuk melindungi

peralatan listrik terhadap sambaran petir. Dipasang pada atau dekat peralatan

yang dihubungkan dari fasa konduktor ke tanah. Lightning arrester membentuk

jalan yang mudah dilalui petir atau surja, sehingga tidak timbul tegangan lebih

yang tinggi pada peralatan. Jalan pintas tersebut harus sedemikian rupa

sehingga tidak mengganggu aliran daya sistem 50 Hz. Pada kerja normal,

lightning arrester berfungsi sebagai isolator dan bila terkena sambaran petir akan

berlaku sebagai konduktor yang mengalirkan petir ke bumi. Setelah petir hilang,

lightning arrester harus cepat kembali menjadi isolator, sehingga pemutus

tenaga (PMT) tidak sempat membuka. Pada kondisi normal (tidak terkena petir),

arus bocor lightning arrester tidak boleh melebihi 2 mA. Apabila melebihi angka

tersebut berarti kemungkinan besar lightning arrester mengalami kerusakan.

Gambar 3.1. Lightning Arrester

Pemasangan lightning arrester yang dipergunakan untuk mengamankan

transformator tenaga:

(a)                                                             (b)   

Gambar 3.2. a) pemasangan lightning arrester yang salah. b) pemasangan

lightning arrester yang benar.

            Pemasangannya seperti gambar 3.2.a diatas adalah salah karena kalau terjadi

gelombang berjalan karena petir di penghantar SUTM, akan mengakibatkan

pantulan antara penghantar yang masuk ke transformator tenaga dan arrester.

         Pemasangan seperti terlihat pada gambar 3.2.b adalah betul, kalau terjadi

gelombang berjalan dari petir di penghantar SUTM, maka ada choping dari

arrester sehingga tegangan petir menjadi kecil yang masuk ke trafo, choping

arrester dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini. Sebaiknya kawat tanah dari

kabel di sambung dengan kawat pentanahan dari arrester, kalau terjadi

gelombang petir hasil choping dari arrester yang masih masuk kesistem masih

dibawah BIL trafo maupun generator, dan pengaman generator terutama  AVR

tidak sempat bekerja Chopping oleh Arrester. dimana pada Arrester mengalir arus petir.Gelombang petirteg petirWaktu (s) 

      

Gambar 3.3. Tegangan Impuls Petir Di Choping Oleh Arrester

3.1.1     Jenis Lightning Arrester

Lightning arrester terdiri dari dua jenis yaitu jenis Ekspulasi dan jenis

Tahanan Tak Linear.

1.    Expulsion Type Lightning Arrester (Protector Tube)

Arrester ini merupakan tabung yang terdiri dari :

         Dinding tabung yang terbuat dari bahan yang mudah menghasilkan gas jika

dilalui arus (bahan fiber).

         Sela batang (external series) yang biasanya diletakkan pada isolator porselin,

untuk mencegah arus mengalir dan membakar fiber pada tegangan jala-jala

setelah gangguan diatasi.

         Sela pemutus bunga api diletakkan didalam tabung salah satu elektroda

dihubungkan ketanah.

Gambar 3.4.  Elemen-elemen lightning arrester jenis ekspulsi

Setiap kawat phasa mempunyai tabung pelindung. Pada waktu tegangan

terpa melalui sela batang dan sela bunga api maka impedansi tabung akan

menjadi rendah sehingga arus terpa dan arus sistem mengalir ketanah.

Tegangan diantara saluran dengan tanah turun setelah tembus terjadi.

Bagaimanapun arus yang mengalir akan membakar fiber dan menghasilkan

gas yang bergerak cepat kearah lubang pembuangan dibagian bawah

arrester.Tekanan gas ini akan mematikan bunga api pada saat arus melalui titik

nol pertamanya. Waktu pemadaman busur api ini hanya setengah atau satu

siklus sehingga RRV (Rate of Recovering Voltage) lebih lambat dari rate of

rise kekuatan dielektrik isolasi. Beda waktu ini cukup pendek untuk dapat dibaca

oleh rele pelindung sehingga CB (Circuit Breaker) tetap bekerja (tertutup) dan

pelayanan daya tidak terganggu. Segera setelah gas ditekan keluar dan api

menjadi padam sistem dapat bekerja kembali dengan normal.

1. Kelemahan dan kerugian lightning arrester type expulsi

         Terbatas pada sistem yang mempunyai besar arus sistem kurang dari 1/3 dari

besarnya arus terpa. Karena arus yang sangat besar menyebabkan fiber habis

terbakar dan arus yang terlalu kecil tidak mampu menghasilkan cukup gas pada

tabung untuk mematikan busur  api.

         Karena setiap arrester bekerja, permukaan tabung akan rusak karena terbakar

maka arrester ini mempunyai batasan pada jumlah operasinya dimana arrester

ini masih dapat berfungsi dengan baik.

         Walaupun termasuk pemotong terpa yang murah karena kemampuannya

memotong arus ikutan namun sama sekali tidak cocok untuk perlindungan

peralatan-peralatan gardu yang mahal karena V-T (Tegangan – Waktu)

karakteristiknya yang buruk.

2. Pemakaian lightning arrester jenis Expulsi:

         Umumnya dipakai untuk melindungi isolator transmisi. V-T karakteristik  dari

arrester ini lebih datar daripada isolator sehingga dapat mudah dikoordinasikan

untuk melindungi isolator dari tembus permukaan.

         Dipakai pada tiang transmisi sebelum memasuki peralatan untuk memotong

arus terpa yang datang sehingga berfungsi mengurangi kerja dari arrester di

gardu.

         Pada trafo-trafo kecil di pedesaan dimana pemotong petir tipe tahanan tak linear

sangat mahal dan pemakaian sela batang akan memberikan perlindungan yang

cukup.

         Pada tiang transmisi tertentu yang sangat tinggi (misalnya penyeberangan

sungai) dimana kemungkinan disambar petir cukup tinggi.

3. Jenis-jenis lightning arrester type expulsi:

         Jenis Transmisi digunakan pada jaringan transmisi untuk melindungi isolator

         Jenis Distribusi digunakan untuk melindungi trafo pada jaringan-jaringan

distribusi dan peralatan-peralatan distribusi.

2.    Non Linear Type Lightning Arrester  (Arrester Tipe Tahanan Tak Linear).

1. Jenis Silicon Carbide ( SiC)

Arrester ini terdiri dari beberapa sela yang tersusun seri dengan piringan-

piringan tahanan, dimana tahanan ini mempunyai karakteristik sebagai berikut:

harga tahanannya turun dengan cepat pada saat arus terpa mengalir sehingga

tegangan antara terminal arrester tidak terlalu besar dan harga tahanan naik

kembali jika arus terpa sudah lewat sehingga memotong arus ikutan pada titik

nol pertamanya. Sela api (sparks gap) dan tahanan disusun secara seri dan

ditempatkan didalam rumah porselen kedap air sehingga terlindung dari

kelembapan, pengotoran dan hujan.

Distribusi tegangan yang tidak merata diantara celah sela api (sparks gap)

menimbulkan masalah.Untuk mengatasi ini dipasang kapasitor dan tahanan non

linear paralel dengan sela api.Pada daerah tegangan yang lebih tinggi kapasitor

dan tahanan linear dihubungkan dengan paralel dengan badan celah. Bila

tegangan lebih menyebabkan loncatan bunga api pada celah-celah yang

diserikan, arus akan sangat tinggi untuk mempercepat redanya tegangan lebih.

Tegangan tertinggi yang akan muncul pada penangkal petir adalah tegangan

loncatan atau tegangan yang terjadi pada tahanan tak linear pada saat lonjakan

arus mengalir. Tegangan loncatan bunga api terendah dari penangkal

disebut tegangan loncatan pulsa bunga api seratus persen (Maximum 100%

Impulse Spark Over Voltage). Tegangan yang dibangkitkan tahanan non linear

pada saat arus loncatan mengalir disebut tegangan residu. Semakin rendah

harga-harga ini semakin baik tingkat perlindungan pada peralatan.

Arus bocor yang mengalir melalui tahanan dalam dalam keadaan operasi

normal dari sistem tidak melebihi 0,1 mA. Arus ini sudah cukup untuk

mempertahankan temperature dibagian dalam arrester lima derajat lebih tinggi

dari temperature sekeliling sehingga mencegah masuknya uap air kebagian

dalam arrester.Gambar arrester jenis ini diperlihatkan pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Elemen-elemen arrester jenis Silicon Carbide

2. Jenis Metal Oxide ( MOV)

 

Gambar 3.6  Elemen-elemen arrester jenis Metal Okside

Arrester jenis Metal Oxide hanya terdiri dari unit-unit tahanan tak linear yang

terhubung satu sama lainnya tanpa memakai sela percik pada setiap unit.

Untuk arrester jenis Metal Oxide material tahanan tak linear pada dasarnya

keramik yang dibentuk dari oksida seng ( ZnO) dengan penambahan oksida lain.

Bahan ini telah banyak dipakai untuk perlindungan rangkaian-rangkaian yang

bekerja pada beberapa kV sampai dengan tegangan transmisi. Karena derajad

ketidaklinearan yang tinggi, bahan ini memungkinkan penyederhanaan dalam

desain dan dapat memperbaiki penampilan dalam lingkungan tertentu.

3. Jenis-jenis lightning arrester tipe tahanan tak linear

         Jenis Gardu (Station Type) , jenis ini merupakan penangkap petir paling efisien

dan mahal yang umumnya digunakan untuk melindungi peralatan-peralatan

penting pada gardu-gardu besar ( sistem dengan tegangan diatas 70 kV).

         Jenis Hantaran (Line Type) , jenis ini lebih murah dan digunakan untuk

melindungi gardu dengan tegangan kerja dibawah 70 kV.

         Penangkap petir jenis gardu untuk melindungi motor/generator, digunakan untuk

sistem dengan tegangan 2,2  kV sampai 15 kV.

        Penangkap petir sekunder (Secondary Arrester) berguna untuk melindungi

peralatan-peralatan tegangan rendah dengan tegangan kerja sistem antara 120

V sampai 750 V.

3.1.2     Tingkat Pengenal Dari Lightning Arrester (Rating Lightning Arrester)

1.    Tegangan nominal atau tegangan pengenal

  (Nominal Voltage Arrester) adalah tegangan dimana arrester masih dapat

bekerja sesuai dengan karakteristiknya. Arrester tidak dapat bekerja pada

tegangan maksimum sistem yang direncanakan, tetapi mampu memutuskan arus

ikutan dari sistem secara efektif. Tegangan pengenal dari arrester harus lebih

tinggi dari tegangan phasa sehat ketanah, jika tidak demikian maka arrester akan

melewatkan arus ikutan sistem terlalu besar yang menyebabkan arrester rusak

akibat beban lebih termis (thermal overloading). Tegangan tertinggi sebagai

berikut:

         Tegangan sistem tertinggi (system highest voltage), umumnya diambil harga

110% dari harga tegangan nominal sistem.

            Koefisien pentanahan , didefenisikan sebagai perbandingan antara tegangan

rms phasa sehat ke tanah dalam keadaan gangguan pada tempat dimana

arrester dipasang, dengan tegangan rms phasa ke phasa tertinggi dari sistem

dalam keadaan tidak ada gangguan. Jadi tegangan pengenal dari arrester

(arrester rating) adalah tegangan rms phasa ke phasa x 1.10 x koefisien

pentanahan.

            Sistem yang ditanahkan langsung  koefisien pentanahannya 0.8.Arrester disebut

arrester 80%. Sistem yang  tidak  ditanahkan langsung koefisien pentanahannya

1,0 .Arrester ini disebut arrester 100%.

2.    Arus Pelepasan Nominal ( Nominal Discharge Current )

Adalah arus pelepasan dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu

yang digunakan untuk menentukan kelas dari arrester sesuai dengan  :

           Kemampuan melewatkan arus

           Karakteristik Perlindungan

Bentuk gelombang arus pelepasan tersebut adalah :

a.    Menurut standar Inggris/Eropa (IEC) 8 μs / 20 μs

b.    Menurut standar Amerika 10 μs/ 20 μs dengan kelas

         Kelas Arus 10 kA untuk perlindungan Peralatan besar dengan frekuensi

sambaran petir yang cukup tinggi dengan tegangan sistem diatas 70 kV.

         Kelas arus 5 kA untuk tegangan sistem dibawah 70 kV

         Kelas 2,5 kV untuk gardu-gardu kecil dengan tegangan sistem dibawah 22 kV.

         Kelas arus 1,5 kA untuk melindungi trafo-trafo kecil.

3.    Tegangan Percik Impuls 100 % ( 100 % Impulse Spark Over Voltage)

Adalah tegangan gelombang impuls tertinggi yang terjadi pada terminal

arrester sebelum arrester itu bekerja. Bentuk gelombang impuls petir seperti

gambar 3.7 adalah 1,2 μs/ 50 μs. Hal ini menunjukkan bahwa jika tegangan

puncak terpa petir yang datang mempunyai harga yang lebih tinggi atau sama

dengan tegangan percik minimum dari penangkal petir maka penangkap petir ini

akan bekerja memotong terpa petir tersebut dan mengalirkan ke tanah.

Gambar 3.7. Tegangan impuls petir standar(IEC Publ.60-2,1973)

4.    Tegangan Sisa (Residual Voltage dari dischargeVoltage)/ Tegangan Kerja

Adalah tegangan yang timbul diantara terminal arrester pada saat arus

pelepasan mengalir ke tanah.Tegangan sisa dan tegangan nominal dari suatu

arrester tergantung kepada kecuraman gelombang arus yang datang (di/dt

dalam A/ μs) dan amplitudo dari arus pelepasan. Untuk menentukan tegangan

sisa ini digunakan impuls arus sebesar 8 μs/20 μs (standar IEC) dengan harga

puncak arus pelepasan 5 kA dan 10 kA.Untuk harga arus pelepasan yang lebih

tinggi maka tegangan sisa ini tidak akan naik lebih tinggi lagi. Hal ini disebabkan

karena karakteristik tahanan yang tidak linear dari arrester.

Umumnya tegangan sisa tidak akan melebihi BIL (Basic Insulation Level  =

Tingkat Isolasi Dasar  = TID) dari peralatan yang dilindungi walaupun arus

pelepasan maksimum mencapai 65 kA hingga 100 kA.

5.    Arus Pelepasan  Maksimum (Maximum  Discharge Current )

Adalah arus terpa maksimum yang dapat mengalir melalui penangkap petir

setelah tembusnya sela seri tanpa merusak atau merubah karakteristik dari

arrester.

6.    Tegangan Percikan Frekuensi Jala-jala ( Power Frequency Spark Over

Voltage)

Arrester tidak boleh bekerja pada gangguan lebih dalam (internal over

voltage) dengan amplitude yang rendah karena dapat membahayakan sistem.

Untuk alasan ini maka ditentukan tegangan percikan frekuensi jala-jala

minimum.

         Menurut standar Inggris tegangan percikan jala-jala minimum = 1.6  x   tegangan

pengenal arrester.

         Menurut Standar IEC (International Electrotechnical Commision)  tegangan

percikan jala-jala minimum adalah = 1.5 x tegangan pengenal arrester.

7.    Tegangan Percikan Akibat Pensaklaran (Spark Over Voltage by Switching

Over Voltages)

Tegangan percik pada celah seri akibat terkenal gangguan tegangan lebih

oleh proses pensaklaran oleh peralatan penghubung (switchgear).Karakteristik

gelombang impuls surja hubung dinyatakan dengan 250 / 2500 μs.

3.2   Koordinasi Isolasi

Korelasi antara kemampuan isolasi peralatan listrik dengan alat pelindung

(protective device) sehingga isolasi dari peralatan terlindung dari bahaya

tegangan lebih. Tujuan koordinasi isolasi ini adalah untuk menciptakan suatu

sistem yang bagian-bagiannya, masing-masing dan satu sama lain mempunyai

ketahanan isolasi yang sedemikian rupa sehingga dalam setiap kondisi operasi

kualitas pelayanan / penyediaan tenaga listrik dapat dicapai  dengan biaya

seminimum mungkin.

Koordinasi isolasi yang baik akan mampu menjamin :

             Bahwa isolasi peralatan akan mampu menahan tegangan kerja sistem yang

normal dan tegangan tidak normal yang mungkin timbul dalam sistem.

            Bahwa isolasi peralatan akan gagal hanya jika terjadi tegangan lebih luar.

            Bahwa jika kegagalan terjadi maka hanya pada tempat-tempat yang

menimbulkan kerusakan paling minimum.

Masalah koordinasi isolasi pada sistem tenaga menyangkut hal-hal sebagai

berikut:

1.    Penentuan Isolasi Hantaran

Penentuan isolasi dari hantaran harus mempertimbangkan kemungkinan

terjadinya tegangan lebih petir (surja petir), tegangan lebih switching dan

tegangan lebih dengan frekuensi jala-jala. Dengan bertambahnya pengetahuan

akan fenomena petir maka dimungkinkan untuk menentukan keandalan sistem

berdasarkan parameter-parameter petir yang telah diketahui tersebut.Isolasi

hantaran udara harus cukup tinggi untuk mencegah terjadi kegagalan oleh surja

hubung dan tegangan lebih frekuensi jala-jala dengan memperhitungkan

pengaruh lingkungan/alam yang dapat menurunkan tegangan tembus dari

isolator.

Dalam praktek umumnya isolator hantaran udara masih dinaikkan harga

tahanan isolasinya dengan cara menambah beberapa piringan isolator lagi untuk

mencegah kemungkinan isolator rusak. Isolasi hantaran udara tidak

berhubungan langsung dengan tingkat isolasi peralatan didalam gardu.

Walaupun demikian sangat menentukan didalam koordinasi isolasi karena

tegangan tembus impuls pada isolator hantaran udara menentukan tegangan

impuls tertinggi yang masuk ke gardu berupa gelombang berjalan.

2.    Tingkat Isolasi Dasar  Peralatan Peralatan

Tingkat Isolasi Dasar (Basic Insulation Level) merupakan daya tahan terhadap

tegangan impuls standar yang masih dapat ditahan isolasi. Sebagian besar

peralatan peralatan seperti transformator, pemutus daya, saklar pemisah,

transformator arus, transformator tegangan dibuat dengan tingkat isolasi yang

sama. Kecuali transformator yang diproduksi dengan tingkat isolasi yang lebih

rendah dengan alasan ekonomis dan transformator umumnya dilindungi

langsung oleh arrester.

Karena letaknya yang dekat dengan transformator, maka sebagian dari

peralatan di gardu akan terletak diluar daerah lindung dari arrester. Daerah

lindung ditentukan oleh: ketahanan isolasi dari peralatan, tegangan kerja dari

penangkap petir dan jarak antara penangkap petir dengan peralatan tersebut.

Peralatan – peralatan yang terletak diluar dari daerah lindung penangkap petir

akan diberikan Tingkat Isolasi Dasar yang satu tingkat lebih tinggi.Pada

umumnya tingkat isolasi dari peralatan gardu seperti pemutus daya busbar,

saklar pemisah, trafo pengukuran mempunyai T.I.D 10 % lebih tinggi dari TID

trafo.Tingkat isolasi antara kutub-kutub pada saklar pemisah yang terbuka harus

10-15 % lebih tinggi dari tingkat isolasi kutub tersebut ke tanah.

3.3         Pemilihan Lightning Arrester

Untuk penyederhanaan dalam pemilihan lightning arrester ditentukan

langkah-langkah sebagai berikut :

1.    Penentuan besarnya tegangan lebih satu phasa ke tanah atau tegangan lebih

akibat kerja sistem yang tidak normal pada lokasi dimana arrester dipasang.

Tegangan lebih ini akibat gangguan satu phasa ke tanah dapat menyebabkan

kenaikan tegangan phasa sehat lainnya. Besarnya tegangan ini tergantung dari

karakteristik sistem dan jenis pentanahan sistem pada waktu gangguan terjadi.

2.    Perkiraan besarnya tegangan pengenal arrester pada frekuensi jala-jala. Jika

tegangan tinggi sistem dan koefisien pentanahan sudah diketahui maka

tegangan pengenal dari arrester sudah dapat dihitung secara kasar. Tegangan

pengenal tidak boleh lebih rendah dari perkalian kedua harga diatas. Misal:

Tegangan sistem 20 kV ditanahkan efektif maka tegangan pengenal  (110 % x

20 kV) x 0,8 = 17.6 kV. Tegangan pengenal standar untuk sistem 20 kV adalah

17,6 kV.

3.    Memilih besarnya arus impuls yang diperkirakan akan dilepas melalui

arrester. Untuk penangkap petir yang dipasang digardu berlaku :

                              ................................................................(3.1)          

dimana  :

   =  arus pelepasan arrester

  = tegangan gelombang datang/berdasarkan jumlah isolator terpasang.

  =  tegangan sisa /tegangan residual.

Z  = impedansi saluran.

4.    Tegangan Pelepasan (Tegangan Kerja/Sisa Arrester) adalah karakteristik yang

paling penting dari arrester untuk perlindungan di Peralatan. Tegangan kerja

penangkap petir ada dibawah T.I.D peralatan yang dilindungi, maka dengan

faktor keamanan yang cukup perlindungan peralatan yang optimum dapat

diperoleh. Tegangan kerja tergantung pada  arus pelepasan arrester dan

kecuraman gelombang datang. Tegangan kerja arrester akan naik dengan

naiknya arus pelepasan tetapi kenaikan ini sangat dibatasi oleh tahanan tak

linear dari arrester.

5.    Faktor perlindungan adalah besar perbedaan tegangan antara T.I.D dari

peralatan yang dilindungi dengan tegangan kerja dari arrester. Pada waktu

menentukan tingkat perlindungan peralatan yang dilindungi oleh penangkap petir

umumnya diambil harga 10 % diatas tegangan kerja arrester tujuannya untuk

mengatasi kenaikan tegangan pada kawat penghubung dan toleransi pabrik.

Besarnya faktor perlindungan ini umumnya lebih besar atau sama dengan 20 %

dari TID peralatan arrester  yang dipasang dekat dengan peralatan yang

dilindungi.

Contoh:

Tegangan kerja arrester untuk sistem 220 kV adalah 649 kV perlindungan ini

ditambah 10 % untuk kawat penghubung, toleransi pabrik dan lain-lain sehingga

tingkat perlindungan arrester menjadi 713 kV, pilih TID peralatan sebesar 950

kV. Faktor perlindungan = (950 – 713 ) kV = 237 kV. Faktor perlindungan ini lebih

besar dari 20% dari TID peralatan, sehingga arrester ini sudah memberi faktor

perlindungan yang baik.

6.    Jarak Lindung Arrester

Jarak lindung dari arrester ke peralatan yang dilindungi (dalam hal ini adalah

transformator) adalah :

 .......................................................................(3.2)

dimana    :

 L    =  Jarak antara arrester dengan peralatan yang dilindungi (m)

    =  Tegangan ketahanan terhadap gelombang impuls dari   peralatan yang

dilindungi (kV)

           =    tegangan kerja arrester (kV)

 du/dt =  Kecuraman dari gelombang yang datang (kV/μs) nilai  berkisar antara

1000 kV/μs - 2000 kV/μs.

   V    =   kecepatan  propagasi geombang tegangan lebih ; 300 m/ μs untuk

saluran udara, 150  m/ μs untuk kabel.

7.    Lokasi Pemasangan Arrester

 Umumnya alat-alat pelindungan harus diletakkan sedekat mungkin dengan

peralatan yang akan dilindungi, terutama pada ujung distribusi dimana

terdapat  gardu atau trafo.

Karena biaya yang mahal maka tidak mungkin memasang arrester pada

setiap peralatan di gardu untuk melindungi peralatan tersebut.  Hal ini tidak perlu

dilakukan karena ada faktor perlindungan dari alat pelindungan dari arrester,

oleh karena itu hanya peralatan yang penting saja yang dilengkapi dengan

arrester. Transformator merupakan peralatan yang paling mahal dan yang paling

penting pada sebuah gardu. Jika trafo rusak maka perbaikan / pergantiannya

akan mahal, membutuhkan waktu yang lama, dan juga kerugian akibat

terputusnya daya cukup besar.

Selain itu trafo adalah ujung terminal dari suatu transmisi, tempat paling

sering terjadi pemantulan gelombang. Pada sistem diatas 220 kV TID dari

transformator dapat diperendah pada batas-batas yang diizinkan untuk

memperkecil biaya isolasi. Karena alasan-alasan tersebut diatas maka arrester

pada peralatan umumnya dipasang pada terminal trafo daya.

Arrester berfungsi sebagai by-pass di sekitar lokasi yang membentuk jalan

dengan mudah dilalui oleh tegangan lebih ke sistim pentanahan sehingga tidak

menimbulkan tegangan lebih yang tidak merusak peralatan isolasi listrik. By-pass

ini sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran frequensi 50 Hz.

Pada keadaan normal arrester berlaku sebagai isolator, bila timbul gangguan

surja, alat ini berfungsi sebagai konduktor yang tahanannya relative rendah agar

dapat mengalirkan arus yang tinggi ke tanah. Setelah surja hilang, arrester

dengan cepat kembali menjadi isolasi.

3.4          Posisi Pemasangan Lightning Arrester

1.            Pemasangan Lightning Arrester sebelum FCO

Keuntungannya :

         Pengamanan terhadap surja petir tidak dipengaruhi oleh kemungkinan FCO

putus.

Kerugiannya :

         Kegagalan LA memadamkan sistem penyulang

         Penghantar LA lebih panjang

2.            Pemasangan Lightning Arrester setelah FCO

Keuntungan :

         Jika LA rusak atau gagal, FCO putus tidak memadamkan sistem

SUTM

Kerugiannya :

         fuse link rentan terhadap surja petir

Untuk saluran udara sangat panjang, pemasangan LA sesudah FCO dapat

dipertimbangkan dengan menggunakan fuse link type – H.

Untuk saluran udara pendek, pemasangan LA sebelum FCO lebih baik

sebagai pilihan

BAB IV

PENUTUP

Kesimpulan :

Lightning arrester merupakan suatu alat yang digunakan untuk melindungi

peralatan listrik terhadap sambaran petir.

Pada kerja normal, lightning arrester berfungsi sebagai isolator dan bila terkena

sambaran petir akan berlaku sebagai konduktor yang mengalirkan petir ke bumi.

         Lightning arrester terdiri dari dua jenis yaitu jenis Ekspulasi dan jenis Tahanan

Tak Linear.

         Dengan pertimbangan masalah gangguan pada SUTM, Pemasangan Lightning

Arester dapat saja dipasang sebelum atau sesudah FCO .

HTTP://REZA-FAUZAN.BLOGSPOT.COM/