PERCOBAAN I

PENGARUH PETIR TERHADAP JARINGAN DISTRIBUSI

1.1. Dasar Teori

Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik

antara awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan

mengumpulnya uap air di dalam awan. Ketinggian antara permukaan atas dan

permukaan bawah pada awan dapat mencapai jarak sekitar 8 km dengan

temperatur bagian bawah sekitar 60 oF dan temperatur bagian atas sekitar - 60 oF.

Akibatnya, di dalam awan tersebut akan terjadi kristal-kristal es. Karena di dalam

awan terdapat angin ke segala arah, maka kristal-kristal es tersebut akan saling

bertumbukan dan bergesekan sehingga terpisahkan antara muatan positif dan

muatan negatif.

Pemisahan muatan inilah yang menjadi sebab utama terjadinya sambaran

petir. Pelepasan muatan listrik dapat terjadi di dalam awan, antara awan dengan

awan, dan antara awan dengan bumi tergantung dari kemampuan udara dalam

menahan beda potensial yang terjadi.

Petir yang kita kenal sekarang ini terjadi akibat awan dengan muatan

tertentu menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan

bertambah besar, maka muatan induksi pun makin besar pula sehingga beda

potensial antara awan dengan bumi juga makin besar. Kejadian ini diikuti pelopor

menurun dari awan dan diikuti pula dengan adanya pelopor menaik dari bumi

yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah terjadi apa yang dinamakan

petir.

Panjang kanal petir bisa mencapai beberapa kilometer, dengan rata-rata 5

km. Kecepatan pelopor menurun dari awan bisa mencapai 3 % dari kecepatan

cahaya. Sedangkan kecepatan pelepasan muatan balik mencapai 10 % dari

kecepatan cahaya.

1.2. Tujuan Percobaan

Adapaun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui dan memahami pengaruh petir terhadap jaringan distribusi

2. Mengetahui pengaruh impedansi jaringan terhadap gelombang petir

1.3. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai

berikut:

1. 1 unit personal computer

2. Software ATP-Emtp

3. Software Microsoft Word

1.4. Gambar Rangkaian

Adapaun gambar rangkaian yang dipakai dalam percobaan ini adalah

sebagai berikut:

a. Saat gangguan pertama

Gambar rangkaian posisi gangguan pertama

b. Saat gangguan kedua

Gambar rangkaian posisi gangguan kedua

c. Saat gangguan ketiga

Gambar rangkaian posisi gangguan ketiga

1.5. Langkah Percobaan

Adapaun langkah percobaan yang dilakukan dalam melakukan percobaan

ini adlah sebagai berikut:

a. Dihidupkan komputer dan dijalankan program ATP Draw

b. Kemudian klik file dan pilih new sehingga terbuka jendela baru

c. Dimasukkan komponen dengan menggunakan klik kanan pada jendela

baru

d. Untuk komponen kabel, digunakan RLC Pilih parameter 1 fasa

e. Kemudian disusun dan diisi parameter komponen dengan nilai R=0,216

ohm/meter, L=0.000669 ohm/meter dan C=2.9E-5, kemudian panjang

dari komponen

f. Diambil parameter surja(Heldier) dan masukkan komponen dengan nilai

50000

g. Kemudian disetting EMTP dengan setingan waktu Tmax = 0,01 dan

deltamax = 1x10e6

h. Dijalankan modul dengan menggunakan tombol F2

i. Hasil simulasi dilihat dengan menggunakan Plotter

j. Dimasukkan dalam gambar hasil percobaan

k. Dilakukan pengulangan dengan penempatan petir yang berbeda

l. Hasil percobaan dimasukkan pada gambar hasil percobaan

1.6. Data Hasil Percobaan

Adapun hasil data dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

a. Saat gangguan pertama

Grafik dari ranggkaian posisi gangguan pertama

b. Saat gangguan kedua

Grafik dari rangkaian posisi gangguan kedua

c. Saat gangguan ketiga

Grafik dari rangkaian posisi gangguan ketiga

1.7. Analisa data

Adapun analisa yang didapat dari percoba ini adalah sebagai berikut:

Dalam gambar rangkaian digunakan probe sebagai untuk melihat keluaran

tegangan yang dihasilkan, penghubung dengan panjang 500m ketiap-tiap line Z

dengan parameter nilai R= 0,216 ohm/meter; L= 0,000669 ohm/meter; dan C=

2.9E-5, serta tegangan gangguan petir sebesar 50000 V.

a. Pada saat gangguan pertama

Pada titik (XX0003)

Pada saat posisi gangguan pada titik (XX0003) atau pada pusat

gangguan diperoleh nilai tegangan puncak sebesar 50 KV atau sama

dengan tegangan gangguan dari sambaran petir, ini terjadi dalam waktu 1

x 10-6 detik, gangguan terjadi dalam jangka waktu 0,55 detik

pada titik (XX0002)

Pada titik (XX0002) diperoleh tegangan puncak pada titik tersebut

adalah 44,93 KV dalam waktu 14 x 10-6 detik gangguan ini terjadi dalam

jangka waktu 0,55 detik

pada titik (XX0004)

Pada titik (XX0004) diperoleh tegangan puncak pada titik tersebut

adalah 55,67 KV dalam waktu 0,55 x 10-3 detik. gangguan ini terjadi

dalam jangka waktu 0,55 detik

Pada titik (XX0006)

Pada titik (XX0006) diperoleh tegangan puncak pada titik tersebut

adalah 56,4 KV dalam waktu 12 x 10-6 detik. Gangguan ini terjadi dalam

jangka waktu 0,62 x 10-3 detik.

Pada titik (XX0002)

Pada titik (XX0002) diperoleh tegangan puncak pada titik tersebut

adalah 44,9 KV dalam waktu 14 x 10-6. Gangguan ini terjadi dalam

jangka waktu 0,6 x 10-3detik.

Pada titik (XX0001)

Pada titik (XX0001) diperoleh tegangan puncak pada titik tersebut

adalah 45,5 KV dalam waktu 16 x 10-6. Gangguan ini terjadi dalam

jangka waktu 0,54 x 10-3detik.

1.8. Kesimpulan dan Saran

1.8.1. Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan ini adalah sebagai

berikut:

1. Tegangan akan semakin tinggi dari titik gangguan sambaran petir

PERCOBAAN II

PENGGUNAAN ARRESTER PADA JARINGAN DISTRIBUSI

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Arrester

Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik menyalurkan

energinya melalui saluran transmisi udara dimana saluran transmisi tenaga

listrik yang terpasang di udara ini sangatlah rentanterhadap gangguan yang

disebabkan oleh sambaran petir. Sambaran petir ini akan

menghasilkangelombang berjalan (Surja Tegangan) pada saluran transmisi

dan pada akhirnya dapat masuk kepusat pembangkit tenaga listrik. Oleh

alasan ini, dalam pusat pembangkit tenaga listrik harusdilengkapi

dengan lightening arrester (penangkal petir).

Gelombang berjalan (surja tegangan) selain dihasilkan oleh

gangguan petir, juga dapatterjadi karena adanya pembukaan dan penutupan

pemutus tenaga listrik (Open Closing Circuit Breaker) atau adanya

switching pada jaringan tenaga listrik. Pada sistem Tegangan Ekstra Tinggi

(TET) yang besarnya di atas 350 kV (500 kV untuk standar tranmisi udara

tegangan ekstra tinggi/SUTET di Indonesia), surja tegangan ini lebih

banyak disebabkan oleh switching tenaga listrik padajaringan dibandingkan

yang disebabkan oleh gangguan petir.

Saluran udara yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan

bagian instalasi pusat pembangkit listrik yang paling rawan sambaran petir

dan karenanya harus diberi lightning arrester. Selain itu, lightning arrester

harus berada di depan setiap transformator dan harus terletak sedekat

mungkin dengan transformator. Hal ini perlu karena pada petir yang

merupakan gelombang berjalanmenuju ke transformator akan melihat

transformator sebagai suatu ujung terbuka (karenatransformator mempunyai

isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga gelombang pantulannya akan saling

memperkuat dengan gelombang yang datang. Berarti transformator dapat

mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surja yang

datang. Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arrester harus dipasang

sedekat mungkin dengan transformator.

Lightening arrester ini akan bekerja pada tegangan tertentu di atas

dari tegangan operasi yang berfungsi untuk membuang muatan listrik dari

surja petir dan berhenti beroperasi pada tegangan tertentu di atas tegangan

operasi agar tidak terjadi arus pada tegangan operasi. Perbandingan dua

tegangan ini disebut juga rasio proteksi arrester. Tingkat isolasi bahan

arrester harus berada di bawah tingkat isolasi bahan transformator agar

apabila sampai terjadi flashover, maka flashover diharapkan terjadi pada

arrester dan tidak pada transformator.

Rating arus arrester ditentukan dengan mempelajari statistik petir

setempat. Misalnya di suatu tempat mempunyai data statistik yang

menyatakan probabilitas petir yang terbesar adalah 15 killo ampere (kA),

maka rating arrester yang dipilih adalah 15 kA. 

2.1.2. Prinsip Kerja Arrester

  Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh

petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Pada

kondisi normal arrester berlaku sebagai isolasi tetapi bila timbul surja,

arrester berlaku sebagai konduktor yang berfungsi melewatikan aliran arus

yang tinggi ke tanah. Setelah itu hilang arrester harus dengan cepat kembali

menjadi isolator.

Pada pokoknya arrester ini terdiri dari dua unsure yaitu : 1. Sela api

(spark gap); 2. Tahanan kran (valve resistor). Keduanya dihubungkan secara

seri. Batas atas dan bawah dari tegangan percikan ditentukan oleh tegangan

sistem maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Sering

kali masalah ini dapat dipecahkan hanya dengan mengeterapkan cara – cara

khusus pengaturan tegangan (voltage control) oleh karena itu sebenarnya

arrester terdiri dari tiga unsure diantaranya yaitu :

1. Sela api (spark gap)

2. Tahanan kran (valve resistor)

3. Tahanan katup dan system pengaturan atau pembagian tegangan

(grading system)

Jika hanya melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan karena

gangguan dengan tidak memperdulikan akibatnya terhadap pelayanan,

maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan terjadinya percikkan

pada waktu tegangannya mencapai keadaan bahaya.

Dalam hal ini, tegangan system bolak – balik akan tetap

mempertahankan busur api sampai pemutus bebannya dibuka. Dengan

menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka mungkin apinya

dapat dipadamkan. Tetapi bila tahanannya mempunyai harga tetap, maka

jatuh tegangannya menjadi besar sekali sehingga maksud untuk

meniadakan tegangan lebih tidak terlaksana, dengan akibat bahwa maksud

melindungi isolasi pun gagal.

Oleh sebab itu dipakailah tahanan kran (valve resistor), yang

amempunyai sifat khusus bahwa tahanannya kecil sekali bila tegangannya

dan arusnya besar. Proses pengecilan tahanan berlangsung cepat sekali

yaitu selama teganngan lebih mencapai harga puncaknya. Tegangan lebih

dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastic dari pada tahanan sehingga

jatuh tegangannya dibatasi meskipun arusnya besar.

Bila tegangan lebih habis dan tinggal tegangan normal, tahanannya

naik lagi sehingga arus susulannya dibatasi kira – kira 50 ampere. Arus

susulan ini akhirnya dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan

sistemnya mencapai titik nol yang pertama sehingga alat ini bertindak

sebagai sebuah kran yang menutup arus, dari sini didapatkan nama tahanan

kran.

Pada arrester modern pemandangan arus susulan yang cukup besar

(200 – 300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini,

maka baik amplitude maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan

pemadamannya dapat dilakukan sebelum tegangan system mencapai harga

nol.

Dapat ditambahkan bahwa arus susulan tidak selalu terjadi tiap kali

arrester bekerja, ada tidaknya tergantung dari saat terjadinya tegangan

lebih. Hal ini dapat dimengerti karena arus susulan itu justru dipadamkan

pada arus nol yang pertama atau sebelumnya.

2.1.3. Syarat Pemasangan Lightening Arrester

Sebelum melakukan instalasi lightening arrester, ada beberapa

persyaratan yang harus dipenuhi, diantaranya adalah:

a. Tegangan percikan (sparkover voltage) dan tegangan pelepasannya

(discharge voltage), yaitu tegangan pada terminalnya pada waktu pelepasan,

harus cukup rendah, sehingga dapat mengamankan isolasi peralatan.

Tegangan percikan disebut juga tegangan gagal sela (gap breakdown

voltage) sedangkan tegangan pelepasan disebut juga tegangan sisa (residual

voltage) atau jatuh tegangan (voltage drop) Jatuh tegangan pada arrester = I

x R Dimana

I = arus arrester maksimum (A)

R = tahanan arrester (Ohm)

a. Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat bekerja terus

seperti semula. Batas dari tegangan system dimana arus susulan ini masih

mungkin, disebut tegangan dasar (rated voltage) dari arrester.

2.1.4.  Jenis-Jenis Arrester

Adapun jenis-jenis arrester di kelompokan menjadi dua yaitu

sebabagai berikut:

a. Arrester jenis ekspulsi (expulsion type) atau tabung pelindung (protector

tube)

b. Arrester katup (valve type)

Untuk jenis arrester sendiri terdiri dari beberapa jenis seperti di bawah ini:

1.  Arrester jenis ekspulsi atau tabung pelindung.

Pada prinsipnya terdiri dari sela percik yang berada dalam tabung serat dan

sela percik yang berada diluar diudara atau disebut juga sela seri lihat pada

gambar. Bila ada tegangan surja yang tinggi sampai pada jepitan arrester kedua

sela percik, yang diluar dan yang berada didalam tabung serat, tembus seketika

dan membentuk jalan penghantar dalam bentuk busur api. Jadi arrester menjadi

konduktor dengan impedansi rendah dan melalukan surja arus dan arus daya

system bersama – sama. Panas yang timbul karena mengalirnya arus petir

menguapkan sedikit bahan tabung serat, sehingga gas yang ditimbulkannya

menyembur pada api dan mematikannya pada waktu arus susulan melewati titik

nolnya.

Arus susulan dalam arrester jenis ini dapat mencapai harga yang tinggi

sekali tetapi lamanya tidak lebih dari 1 (satu) atau 2 (dua) gelombang, dan

biasannya kurang dari setengah gelombang. Jadi tidak menimbulkan gangguan.

Arrester jenis ekspulasi ini mempunyai karakteristik volt – waktu yang lebih baik

dari sela batang dan dapat memutuskan arus susulan. Tetapi tegangan percik

impulsnya lebih tinggi dari arrester jenis katup. Tambahan lagi kemampuan untuk

memutuskan arus susulan tergantung dari tingkat arus hubung singkat dari system

pada titik dimana arrester itu dipasang. Dengan demikian perlindungan dengan

arrester jenis ini dipandang tidak memadai untuk perlindungan transformator

daya, kecuali untuk system distribusi. Arrester jenis ini banyak juga digunakan

pada saluran transmisi untuk membatasi besar surja yang memasuki gardu induk.

Dalam penggunaan yang terakhir ini arrester jenis ini sering disebut sebagai

tabung pelindung.

2. Arrester jenis katup

Arrester jenis katup ini terdiri dari sela pecik terbagi atau sela seri yang

terhubung dengan elemen tahanan yang menpunyai karakteristik tidak

linier.Tegangan frekwensi dasar tidak dapat menimbulkan tembus pada sela seri.

Apabila sela seri tembus pada saat tibanya suatu surja yang cukup tinggi, alat

tersebut menjadi pengahantar. Sela seri itu tidak bias memutuskan arus susulan.

Dalam hal ini dibantu oleh tak linier yang mempunyai karakteristik tahanan kecil

untuk arus besar dan tahanan besar untuk arus susulan dari frekwensi dasar

terlihat pada karakteristik volt ampere.

Arrester jenis katup ini dibagi dalam tiga jenis yaitu :

Arrester katup jenis gardu (station)

Arrester katup jenis saluran (intermediate)

Arrester katup jenis distribusi untuk mesin – mesin (distribution)

a. Arrester katup jenis gardu

Arrester katup jenis gardu ini adalah jenis yang paling effisien dan juga

paling mahal. Perkataan “ gardu “ disini berhubungan dengan pemakaiannya

secara umum pada gardu induk besar. Umumnya dipakai untuk melindungi alat –

alat yang mahal pada rangkaian – rangkaian mulai dari 2400 volt sampai 287 kV

dan tinggi.

b. rrester katup jenis saluran

Arrester jenis saluran ini lebih murah dari arrester jenis gardu . kata “saluran”

disini bukanlah berarti untuk saluran transmisi. Seperti arrester jenis gardu,

arrester jenis saluran ini dipakai untuk melindungi transformator dan pemutus

daya serta dipakai pada system tegangan 15 kV sampai 69 kV.

c.  Arrester katup jenis distribusi untuk mesin – mesin

Arrester jenis distribusi ini khusus melindungi mesin – mesin berputar seperti

diatas dan juga melindungi transformator dengan pendingin udara tanpa minyak.

Arrester jenis ini dipakai pada peralatan dengan tegangan 120 volt sampai 750

volt.

2.2. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui dan memahami pengaruh arrester terhadap petir pada

jaringan distribusi

2. Mengetahui pengaruh impedansi jaringan terhadap gelombang petir

2.3. Alat dan Bahan

Adapaun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai

berikut:

1. Komputer

2. Software ATP-Emtp

3. Software Microsoft Word

2.4. Gambar Rangkaian