I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST. MT Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST. M.Sc

• SUTT merupakan instalasi yang sering terjadi sambaran petir karena kontruksinya yang tinggi dan berada pada lokasi yang terbuka.

• Fenomena kegagalan perlindungan pada SUTT 150kV.

• Dilakukan simulasi kegagalan perlindungan dengan metode Monte-Carlo dan simulasi permodelan SUTT 150 kV menggunakan ATP/EMTP

• Analisa perhitungan untuk mendapatkan parameter perlindungan petir.

• Analisa pengaruh besar arus puncak akibat sambaran langsung.

• Analisa pemasangan arrester dan pengaruhnya terhadap sistem.

• Permodelan probabilitas sambaran petir dan permodelan SUTT

• Menghitung kegagalan perlindungan (shielding Failure).

• Mensimulasikan kemungkinan kegagalan perlindungan dengan menggunakan metode Monte-Carlo

• Mensimulasikan dan menganalisa saluran transmisi dengan menggunakan software ATP/EMTP.

• Mencakup koordinasi surja arrester di tegangan tinggi saluran udara 150 kV di GIS Tandes.

• Menganalisa kegagalan perlindungan terhadap sambaran langsung menggunakan teori two point method oleh J.G Anderson

• Permodelan probabilitas kegagalan perlindungan menggunakan metode Monte-Carlo.

• Petir diasumsikan menyambar kawat fasa A dengan besar arus puncak petir yang berkisar antara 10–30 kA.

Proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution). • Penyaluran energi listrik • Menyalurkan energi listrik dari satu tempat ke

tempat lain.

• Petir terjadi akibat perpindahan muatan negatif (elektron) menuju ke muatan positif (proton).

• Petir Awan ke Tanah (Cloud to Ground) • Petir Dalam Awan (Intercloud) • Petir Awan ke Awan (Cloud to Cloud) • Petir Awan ke Udara (Cloud to Air)

Petir Awan ke Tanah (Cloud to Ground)

9

Petir Dalam Awan (Intercloud)

10

Petir Awan ke Awan (Cloud to Cloud)

11

Petir Awan ke Udara (Cloud to Air)

12

Menurut terjadinya sambaran yaitu • Apabila petir menyambar langsung pada kawat

fasa (untuk saluran tanpa kawat tanah) atau pada kawat tanah (untuk saluran dengan kawat tanah).

• Bila terjadi sambaran petir ke tanah di dekat saluran maka akan terjadi gangguan yang diakibatkan oleh medan elektromagnetis dari petir.

Aslimeri, Teknik Transmisi Tenaga Listrik Jilid 2, 2008.

PT. PLN (Persero) P3B Region Jawa Timur dan Bali UPT Surabaya

17 PT. PLN (Persero) P3B Region Jawa Timur dan Bali UPT Surabaya

Pencarian Acak Dengan Nilai Target Pencarian Acak Tanpa Nilai Target Pencarian dilakukan hingga diperoleh nilai yang sama atau mendekati nilai target yang diberikan, sehingga akurasi pencarian ini ditentukan oleh kesamaan dengan nilai target. Pencarian Acak Tanpa Nilai Target Pencarian dilakukan hingga diperoleh nilai tertinggi, nilai terendah atau error terkecil, karena tanpa nilai target maka solusi saat ini selalu dibandingkan dengan solusi sebelumnya untuk menunjukkan akurasi dari solusi.

Metode Monte-Carlo pada simulasi ini digunakan untuk menentukan sambaran secara acak dimana jumlah sambaran yang mencakup luas tanah per kilometer persegi per tahun. Maka menggunakan pencarian acak tanpa dilai target.

Two Point Method untuk Perhitungan Lightning Performance pada Saluran Transmisi

Dengan menggunakan metode two point method untuk perhitungan lightning performance pada saluran transmisi dalam buku J.G. Anderson, kita dapat menghitung jarak sambaran maksimum dan minimum. Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut:

• Impedansi Surja Menara • Menentukan Tegangan Flashover • Perhitungan Arus Sambaran Minimum • Perhitungan Perlindungan Sempurna Terhadap Sambaran Petir. • Perhitungan Perlindungan Tidak

Sempurna Terhadap Sambaran Petir

22

Z0= 60 ln 2hReq

ln 2h𝑅𝑐

Dimana : 𝑍0 = Impedansi surja menara dengan korona(ohm). 𝑅𝑐 = Radius corona(m). Req= Radius penghantar ekivalen tunggal dari bundel penghantar fasa tanpa korona(m). ℎ = Tinggi rata-rata kawat fasa(m).

𝑽𝒄 𝟐 = 𝟖𝟐𝟖 × 𝑾 Dimana (𝑉𝑐)2 adalah tegangan kritis flashover saat 2μs dan (𝑉𝑐)6 adalah tegangan kritis flashover saat 6μs, dan W adalah panjang isolator (m). maka dipilih waktu awal sambaran 2μs sebagai standart yaitu 𝑉𝑐 2 = 𝑉𝑐.

23

𝑰𝒎𝒎𝒎 =𝟐.𝑽𝒄𝒁𝟖

Dimana : • 𝐼𝑚𝑚𝑚= Arus minimum yangmenyebabkan

kegagalan perlindungan(kA). • 𝑉𝑐 = Tegangan kritis flashover(kV). • 𝑍0 = Impedansi surja menara dengan

korona(ohm).

24

25

Jarak sambaran maksimum oleh Love dirumuskan :

𝑺𝒎𝒎𝒎 = 𝟏𝟖. 𝑰𝒎𝒎𝒎𝟖,𝟔𝟔 Dimana : • 𝑆𝑚𝑚𝑚= Jarak sambaran maksimum(m). • 𝐼𝑚𝑚𝑚 = Arus minimum kegagalan

perlindungan(kA).

26

Sambaran B setelah mencapai busur PQ, akan menyambar kawat fasa karena jaraknya ke kawat tanah dan bumi lebih besar dari jarak sambaran. Pada Gambar model elektrogeometri perlindungan tidak sempurna di atas.

28

29

Di asumsikan OP ≈ S𝑚𝑚𝑚 dimana jarak sambaran minimum pada pertengahan garis G 𝜙 terhadap titik P, maka kita dapat menentukan S𝑚𝑚𝑚 dengan persamaan.

𝑺𝒎𝒎𝒎 ≈ 𝑶𝑶 = 𝒀𝟖−𝑩𝒔𝟐 − 𝑩𝒔𝟐 + 𝑨𝒔.𝑪𝒔

𝑨𝒔

Dimana :

𝑌0 = 𝑌𝐺+𝑌𝜙2

Dimana persamaan garis: • 𝐴𝑠 = 𝑚2 −𝑚2𝛽 − 𝛽2 • 𝐵𝑠 = 𝛽(𝑚2 + 1) • 𝐶𝑠 = (𝑚2 + 1)

• 𝑚 = 𝑋𝜙−𝑋𝐺𝑌𝐺−𝑌𝜙

Dimana : • 𝑌0 = Selisih tinggi antara kawat fasa tertinggi dan kawat tanah. • m = Kemiringan garis OP terhadap garis G 𝜙 (m). • 𝛽 = Jarak sambaran petir ke bumi saluran tegangan tinggi(HV) adalah 1,0

• Tegangan kritis flashover (kV) dari rentengan isolator pada 2 μs 𝑽𝟏 𝟐 :

𝑽𝟏 𝟐 = 𝑽𝒄 = 𝟒𝟒𝟒,𝟖𝟒𝟒 𝒌𝑽 • Impedansi surja menara 𝒁𝟖 (ohm). 𝒁𝟖 = 𝟏𝟐𝟔,𝟐𝟔 𝛀 • Arus sambaran minimum, 𝑰𝒎𝒎𝒎(kA): 𝑰𝒎𝒎𝒎 = 𝟔,𝟒𝟐𝒌𝑨 • Jarak sambaran maksimum 𝑺𝒎𝒎𝒎 standar love : 𝑺𝒎𝒎𝒎 = 𝟑𝟒,𝟒𝟒 𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 • Nilai dari 𝑺𝒎𝒎𝒎 adalah 𝑺𝒎𝒎𝒎 ≈ 𝑶𝑶𝑺𝒎𝒎𝒎 = 𝟑𝟖,𝟔 𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎

Two Point Method

31

Berdasarkan hasil hitungan kita dapat memasukkan nilai 𝑺𝒎𝒎𝒎 untuk jarak sambaran maksimum (pada lingkaran biru)

Berdasarkan hasil simulasi jarak sambaran maksimum, pada Gambar hasil simulasi menunjukkan bahwa petir tidak ada yang masuk kedalam lingkaran artinya tidak terjadi kegagalan. Hal ini dipengaruhi oleh luasan area perlindungan. Semakin tinggi kawat tanah maka perlindungan akan semakin baik.

33

Berdasarkan hasil hitungan kita dapat memasukkan nilai 𝑺𝒎𝒎𝒎 untuk jarak sambaran maksimum (pada lingkaran biru)

Perlindungan elektrogeometri untuk area sambaran minimum (pada lingkaran merah). Pada Gambar diatas menunjukkan ada 3 titik yang terkena garis, terdapat 2 titik yang berada di dalam lingkaran perlindungan dan 1 titik berada dekat lingkaran perlindungan tetapi masih di luar lingkaran, artinya terdapat 2 kegagalan dan 1 kesuksesan perlindungan.

35

1,2/50μs

(f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) c:XX0009-X0048A 0 10 20 30 40 50 60[us]

0

2

4

6

8

10

[kA]

38 (f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) v :X0048A v :X0048B v :X0048C

0 5 10 15 20 25 30 35 40[us]-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

[MV]

(f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) v :BUS2A v :BUS2B v :BUS2C 0 5 10 15 20 25 30 35 40[us]

-300

-200

-100

0

100

200

300

[kV]

μs

• Berdasarkan perhitungan didapatkan untuk tipikal tower

di GIS tandes arus sambaran minimal untuk loncatan kegagalan perlindungan adalah sebesar 6,72 kA dengan jarak sambaran minimal adalah sebesar 30,6 meter dan jarak sambaran maksimal adalah sebesar 34,49 meter.

• Hsimulasi nilai rata-rata probabilitas sambaran ke tower adalah sebesar 0,02 dari 100 sambaran.

• Semakin besar arus puncak sambaran petir dan semakin lama tail time dari petir mengakibatkan kemungkinan terjadi flashover semakin besar, seperti pada saat arus puncak petir 30 kA.

• Untuk SUTT 150 kV Doble Circuit di GIS Tandes tegangan pada Busbar mencapai 230 kV pada Arus sambaran 30 kA.

• Dalam pemilihan sistem perlindungan petir eksternal

diperhatikan mengenai kondisi dan letak topografinya. • Software ATP-EMTP ini dapat digunakan untuk

melakukan simulasi dan menganalisa performa perlindungan sistem tidak hanya terhadap petir, tetapi juga untuk gangguan lain seperti pada saat terjadi switching impuls.

• Perlu diperhatikan nilai IKL dan perhitungan sambaran ke tanah dari suatu daerah pada saat akan membangun menara SUTT, agar dapat dihitung terlebih dahulu nilai jumlah kegagalan yang dapat ditimbulkan.

• Pemasangan arrester di dekat gardu induk sangat berguna untuk membatasi tegangan berlebih pada gardu induk akibat adanya arus surja.

1. Aslimeri., “Teknik Transmisi Tenaga Listrik Jilid 2” Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, 2008.

2. Kadir, Abdul., “Transmisi Tenaga Listrik”, UI – Press, 1998.

3. Mustofa, Arif., Diktat Kuliah “Proteksi Petir”, Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya, 2010.

4. Anderson, J.G., “Transmission Line Reference Book – 345kV and Above”, Electric Power Research Institute, Palo Alto, California, 1982.

5. Shahida, Noor., “Lightning simulation study on line surge arresters and protection design of simple structures”, Malaysia, 2008.