Pada akhir tahun 1960-an telah diadakan study bersama antara industriawan-

industriawan, IEEE dan General Electric Company.

Study tersbut dilakukan berdasarkan pendekatan Scale-model yang dikenal sebagai teknik

model nanosccoild dan pendekatan monte carlo untuk menentukan parameter-parameter

dari sambaran petir study ini menggunakan model skala dari beberapa type struktur

saluran distribusi untuk menentukan metodologi dari pengaman petir.

Dalam study tersebut telah diamati berbagai metode pengaman petir meliputi penggunaan

lighting arrester pada seluruh phasa, arrester-arrester pada tiang-tiang (dead ends), kawat

tanah dan proteksi yang hanya pada phasa tengah dari saluran tiga phasa.

Hasil utama dari study ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan lighning arrester

pada seluruh phasa pada interval tertentu , ternyata lebih baik dari pada menggunakan

kawat tanah atau dengan menggunakan pengaman hanya pada phasa teratas.

GAMBAR : Trafo dan Arrester.

Arrester dekat trafo dipasang sedekat mungkin ke trafo. Arrester pengaman trafo digardu

induk disisi 20 Kv yang ditanahkan tak effektif (netral ditanahkan dengan tahanan).Jarak

arrester dengan trafo maksimum 6mm (SPLN 7-1978) jenis arrester yang biasa dipakai

jenis kutub (valve arrester) dan jenis tabung tidak (Expulsion) untuk janis arrester tabung

ledak ini perlu diperhatikan hal berikuti ini :

Alat ini mempunyai pengaman yang lebih baik, khususnya pada saluran yang mempunyai

tingkat gangguan yang rendah.

Alat ini khususnya baik digunakan pada saluran dipedesaan (rural) yang dilayani oelh

gardu yang kecil.Yang menjadi persoalan dari teknik ini adalah setiap terjadi spark-over

terjadi perubahan (erosi) pada tabung sehingga memberikan nilai yang berubah-ubah pada

tingkat spark-over.Sesudah 5 atau 6 kali alat ini beroperasi, ketahanan impuls isolasi dari

L A ini akan dengan mudah menjadi tinggi dari ketahanan impuls isolasi peralatan yang

diamankan.Dengan demikian alat L A ini tidak dapat lagi memberikan pengamanan yang

memadai.

Spesifikasi arrester yang dipakai untuk JTM 20 kV adalah 18 kV 5 kA pada sisi 20 kV

trafo hubung bintang ditanahkan 24 kV5 kA seri A (pada sisi 20 kV trafo

distribusi ,hubungan delta maupun phasa satu dari system delta 24 kV, 10kA untuk

jaringan pada sisi 20 kV trafo daya (GI).

9.1.5. Arrester pada Trafo Distribusi.

Terminal pentanahan arrester diinterkoneksikan dengan terminal pentanahan tanki trafo

dan terminal pentanahan netral trafo (netral ditanahkan langsung).Jika ditanahkan

bersama maka arus surya yang mengalir ke tanah melalui suatu impedansi (z)

menyebabkan drop tegangan pada impedansi tersebut sehingga tegangan tinggi pada

kumparan primer trafo.

Karena kumparan sekunder dan tanki mempunyai beda potensial terhadap tanah.maka

timbul beda potensial diantara kedua kumparan dan diantara kumparan primer dan tanki

lihat gambar 7.8 Jika ditanahkan bersama maka akan menurunkan drop tegangan pada

impedansi tersebut diatas yaitu menghilangkan beda potensial yang dihasilkan oleh drop

tegangan pada impedansi tersebut diatas yaitu menghilangkan beda potensial yang

dihasilkan oleh drop tegangan pada impedansi tanah lihat gambar 7.9.

Jika terinterkoneksi (solid) antara tanki dan titik pentanahan bersama tidak diizinkan

dapat digunakan celah antara titik pentanahan dan netral kumparan sekunder.Lihat

gambar 7.10.Hal ini menyebabkan arus surya dilewatkan melalaui beberapa impedansi

pentanahan pararel dan behaya terhadap kerusakan isolasi diminimalkan, walaupun dalam

kondisi arus surya besar dan impedansi pentanahan tinggi.

Arrester dipasang pada tiap kawat / penghantar baik trafo 3 phasa maupun satu phasa

untuk system Y , ditanahkan lihat gambar 7.11.Untuk system ∆ (segitiga) arrester pada

jaringan tak ditanahkan. Tegangan pada arrester adalah tegangan phasa-phasa ; jika salah

satu penghantar mengalami gangguan phasa tanah dan arrester pada tiap kawat diisi

primer seperti ditunjukkan pada gambar 7.12.

GAMBAR :Pengamanan dengan arrester tanpa interkoneksi terminal pentanahan.

GAMBAR : Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi terminal pentanahan (solid).

GAMBAR : Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi pentanahan lewat celah (gap).

GAMBAR : Hubungan arrester pada system bintang ditanahkan.

GAMBAR : Pemakaian arrester pada sysem segi-tiga (delta).

9.1.6. Arrester Pada Rekloser (PBO)

Arrester dipasang sedekat mungkin ke PBO di kedua sisi (sisi sumber dan beban ) pada

tiap penghantar phasa dan pertimbangan lain seperti pada trafo.Jika dari segi ekonomis

arrester dipasang hanya pada satu sisi.maka arrester sebaiknya dipasang pada sisi sumber

PBO.Surya petir pada sisi sumber dapat menyebabkan flash over pada bushing sisi

sumber dan mengakibatkan gangguan fasa tanah yang mana harus diamankan oleh PBO

cadangan.Suatu arrester pada sisi sumber akan mengamankan surnya disisi nya sendiri

mengamankan arus ikutan frekwensi daya (50 Hz).

Jika bushing sisi beban dikenali petir dari sisi beban .PBO berfungsi secara normal untuk

menginteruosi dan mengamankan arus ikutan frekwensi daya bila PBO dipakai pada GI

arrester mengamankan sisi sumber tiap phasa , karenanya hanya satu arrester per phasa

diperlukan pada sisi beban.

9.1.7. Arrester Pada Kapasitor Distribusi

Pemakaian pada kapasitor ini juga memerlukan pertimbangan faktor-faktor yang sama

seperti jarak sedikit mungkin bangku kapasitor dan interkoneksi pentanahan seperti pada

trafo.Arrester surya direkomendasikan untuk semua instalasi kapasitor berikut yaitu

bangku kapasitor hubungan delta, bangku bintang netral ditanhakan bercelah, bangku

kapasitor hubungan bintang netral tak ditanahkan dan bangku saklar.arrester juga

direkomendasikan untuk semua hubungan bintang netral ditanahkan secara solid (batang)

bangku tiga phasa dengan pengenal 500 KV AR atau lebih kecil.

Arrester harus dipasang pada sisi sumber saklar kapasitor dari semua bangku kapasitor

yang mempunyai saklar pengatur faktor daya. Lokasi ini umum dan praktis, dan ini

diperlukan karena ada kemungkinan timbul tegangan lebih dari pukulan balik saklar.

9.1.8. Arrester Pengaman Lebur (PL).

Arrester dipasang pada sisi primer Pengaman Lebur (PL) agar jika terjadi surja petir, arus

surja petir mengalir ke arrester terus ke tanah, tidak melalui PL, sehingga PL tidak lebur /

putus.

Gambar : Hubungan arrester yang direkomondasikan untuk sisi beban dibagian primer

PL.

9.1.9. Arrester pada SUTM.

Penempatan arrester pada jaringan dilaksanakan sebagai berikut :

Arrester sedapat mungkin dipasang pada titik percabangan dan pada ujung-ujung saluran

yang panjang, baik saluran utama maupun saluran percabangan, jarak arrester yang satu

dan yang lain tidak boleh lebh dari 500 meter. Jika terdapat kabel tanah sebagai bagian

dari sistem, arrester sebaiknya dipasang pada ujung kabel. Arrester yang dipasang pada

tiap kawat fasa.

9.1.10. Arrester SKTM.

Saluran kabel bawah tanah tahan terhadap gangguan petir jika saluran kabel bawah tanah

mulai dari generator sampai pelanggan. Akan tetapi jika SKTM digabung dengan SUTM,

maka petir dapat masuk ke SKTM melalui SUTM tiang naik.

Jadi arrester harus dipasang pada tiang naik dan di tiap kawat fasa.

Gambar 14 : Tegangan pada SKTM akibat sambaran petir pada SUTM

9.2 KEGAGALAN PENGAMANAN DAN SEBAB-SEBABNYA.

Pengaman tegangan lebih yang terbaik adalah arrester jika pengaman terpasang tapi alat

yang diamankan juga mengalami kerusakan saat terkena sambaran petir baik langsung

maupun tidak langsung disebabkan oleh kekurangan, antara lain :

a. Arrester.

1. Sambungan kawat arrester pada terminal arrester tidak baik (tidak cukup

kencang).

2. Sambungan kawat arrester pada kawat fasa jaringan tidak baik ( tidak cukup

kencang )

3. Sambungan kawat arrester ke terminal tanah arrester tidak baik (tidak cukup

kencang)

4. Sambungan kawat pentanahan arrester yang satu dengan kawat pentanahan

arrester lain tidak baik ( tidak cukup kencang).

5. Sambungan kawat pentanahan arrester dengan kawat batang / batang pentanahan

tidak baik ( tidak cukup kencang ).

6. Tahanan pentanahan arrester lebih besar dari 1 ohm.

7. Jarak arrester terlalu jauh dari trafo.

8. Jarak panjang arrester pada tiang yang satu dengan arrester pada tiang yang lain

terlalu jauh.

9. Arrester tidak bekerja optimal, yaitu walaupun tidak ada petir menyambar

langsung maupun tidak langsung, langsung arrester bekerja. Atau jika ada

sambaran dan arrester bekerja tapi alat yang diamankan juga rusak, ini disebabkan

oleh jarak celah arrester tidak sesuai atau arrester sudah rusak, karena itu perlu

diganti dengan yang baik/baru. Jika arrester meledak karena terkena sambaran

langsung atau tidak langsung baik pada JTM maupun pada arrester maka berarti

arrester tidak dapat bekerja, tidak dapat merubah dirinya menjadi penghantar lagi

jadi arrester harus diganti.

b. Bila turun (trafo, isolator, bushing) Rodgap/Sparkgap.

1. Posisi dan jarak antara rod gap pada terminal sekunder trafo GI maupun pada

terminal primer trafo distribusi perlu dikembangkan ke posisi dan jarak semula

yang benar.

2. Rod gap perlu dibersihkan dari akumulasi kotoran/polusi bushing : tua, kotor,

retak rambut dan lain-lain.

Isolator.

Kotor, jadi perlu dibersihkan dari akumulasi kotoran / polusi.

Retak/pecah, perlu diganti.

Trafo :

Trafo sudah tua/isolasi kumparan menurun tahanan isolasinya.

Minyak trafo kotor, banyak mengandung bahan konduktif, endapan karbon dan

uap/air.

Kawat tanah :

- Jarak kawat tanah dari kawat fasa kurang dari standar ( sudut perlindungan

maksimum 45o ).

- Kawat tanah mengendor.

- Terjadi perubahan konstruksi JTM karena gangguan alam, tiang miring,

dll.

- Pentanahan kawat tanah tidak sempurna ( lebih besar dari 1 ohm )

misalnya sambungan pada konnektor longgar, elektroda bumi berkarat,

perubahan kondisi tanah, dll.

b. Perencanaan salah yaitu penempatan pengaman, jenis/ukuran pengaman,

koordinasi isolasi salah pemilihan dan survey tahanan tanah tidak akurat.

c. Pemeliharaan tidak baik pada jaringan, trafo, penghantar maupun pada alat

pengaman.

1. Pemilihan Arrester

Untuk penyederhanaan dalam pemilihan 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.

Tegangan kerja arrester :UA = Tegangan rms phasa ke phasa x 1.10 x koefisien pentanahanUA = 20 x 1.10 x 0.8 = 17.6 utk system yg ditanahkan langsungUA = 20 x 1.10 x 1 = 22.2 kV utk system yg ditanahkan tidak langsung

3) Memilih besarnya arus impuls yang diperkirakan akan

dilepas melalui arrester. Untuk penangkap petir yang dipasang digardu berlaku :

tegangan system 20 kV, maka In = 10 kA, kelas normal duty

4) Tegangan Pelepasan (Tegangan Kerja/Sisa Arrester)

Ini 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.

Menurut standard Inggris (B.S) : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.6 x 20 = 32 kVMenurut standard IEC : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.5 x 20 = 30 kV (masih lebih kecil dari existing LA 40 kV – Cooper)

5) Faktor perlindungan

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 :

L=U t−U a

2dudt

V

............................................................................(3.6)

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

U t = Tegangan ketahanan terhadap gelombang impuls dari peralatan

yang dilindungi (kV)

aU = 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 transmisi 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.

Jenis-jenis Arester [F.H.Kreuger,1992]

a. Open Spark Gaps arrester

b. An Improvement arrester dihasilkan dari SiC.

Untuk tegangan Sistem 20 kVI. Pemilihan arrester

3. Tegangan percikan frekuensi jala-jalaMenurut standard Inggris (B.S) : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.6 x 20 = 32 kVMenurut standard IEC : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.5 x 20 = 30 kV (masih lebih kecil dari existing LA 40 kV – Cooper)4. Tegangan kerja impuls arresterlihat table 3 Maximum Impulse Sparkover Test Voltage untuk kelas 5 kA, ULA = 80 kV (existing LA 39 kV, lebih baik)5. Tegangan sisa arresterLihat table 4 Maximum Residula Voltage utk kelas 5 kA, UR = 64 kV6. Arus pelepasan maksimum arresterLihat table point III.6, utk kelas 5 kA : Imax = 65 kA

II. Jarak lindung arrester

BIL trafo < 500 kV _ UT = 110 kVdi/dt = 30 kA/ms (local)G = 300 ohm (rata-rata)maka :L = (UT – ULA).V/(2.dU/dt) =L = (110 - 80).300/(2.300.30) = 0.5 m JARAK LINDUNG ARRESTER