studi pengaruh konfigurasi 1 peralatan pada saluran...

STUDI PENGARUH KONFIGURASI

PERALATAN PADA SALURAN DISTRIBUSI

20 KV TERHADAP PERFORMA

PERLINDUNGAN PETIR MENGGUNAKAN

SIMULASI ATP/EMTP

Oleh :

Augusta Wibi Ardikta

2205.100.094

1

Dosen Pembimbing :

1. I Gusti Ngurah Satriyadi H. ST.,MT.

2. Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST,M.Sc.

Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

PENDAHULUAN

2



Latar Belakang3

Tingkat kelembaban dan curah hujan yang tinggi di Indonesia menyebabkan potensi sambaran petir yang lebih besar.

Tegangan lebih akibat induksi petir merupakan salah satu penyebab terjadinya gagal isolasi pada suatu sistem tenaga listrik jika magnitude tegangannya melebihi BIL (Basic Insulation Level) peralatan isolasi serta komponen sistem tenaga listrik yang dipakai

Pemodelan sambaran petir pada saluran distribusi tegangan menengah bertujuan untuk meningkatkan upaya perlindungan saluran distribusi terhadap adanya gangguan berupa tegangan lebih.

Permasalahan4

Bagaimana membuat pemodelan sambaran petir terhadap

jaringan distribusi tegangan menengah dengan menggunakan

simulasi ATP-EMTP.

Bagaimana pengaruh arus puncak petir, letak sambaran petir,

waktu muka dan waktu ekor tegangan impuls terhadap

tegangan puncak induksi petir.

Batasan Masalah

1. Petir diasumsikan menyambar di dekat saluran distribusi

tegangan menengah dengan besar arus puncak petir tipe

heidler yang berkisar antara 20–120 kA.

2. Jarak antar tiang distribusi adalah 500 meter.

3. Model menara yang digunakan adalah model JMarti.

4. Simulasi sistem menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP.

5

Tujuan6

Membuat pemodelan tegangan lebih akibat induksi petir pada

saluran distribusi tegangan menengah.

Analisa perhitungan tegangan puncak akibat induksi petir pada

saluran distribusi tegangan menengah berdasarkan hasil simulasi

ATP-EMTP.

Analisa pengaruh arus puncak petir, letak sambaran petir, waktu

muka dan waktu ekor tegangan impuls terhadap tegangan

puncak induksi petir.

SISTEM DISTRIBUSI DAN

FENOMENA PETIR

7



Deskripsi Sistem Tenaga Listrik

8

Sistem Distribusi

1. Distribusi Primer

Saluran distribusi primer menghubungkan antara gardu induk dengan

saluran distribusi tegangan rendah. Mempunyai rating tegangan 20 kV

a. Sistem Loop

b. Sistem Radial

c. Sistem Mesh

d. Sistem Spindel

2. Distribusi Sekunder

Menghubungkan antara distribusi primer dengan konsumen. Mempunyai

rating tegangan 220/380 V

9

Klasifikasi Tegangan Lebih

10

APERIODIK

CONTOH : TEGANGAN LEBIH PETIR

SEBAB LUAR (EXTERNAL OVER VOLTAGE)

CONTOH : TEGANGAN LEBIH PETIR

TEGANGAN

LEBIH

BERDASARKAN

SEBABNYA

SEBAB DALAM (INTERNAL OVER VOLTAGE)

CONTOH : TEGANGAN LEBIH SWITCHING

BERDASARKAN

BENTUKNYA

PERIODIK

CONTOH : TEGANGAN LEBIH TEMPORER

PETIR

SAMBARAN LANGSUNG

CONTOH : PADA KAWAT FASA

SAMBARAN TIDAK LANGSUNG

CONTOH : INDUKSI KAWAT FASA

SWITCHING

CONTOH :

- PEMUTUSAN ARUS HUBUNG SINGKAT

- PEMUTUSAN ARUS PADA PENGHANTAR TERBUKA

- PEMISAHAN DARI TRAFO BEBAN NOL

- PENYAMBUNGAN ATAU PEMUTUSAN BEBAN

TEMPORER

CONTOH : GANGGUAN KAWAT FASA KE

TANAH

BERDASARKAN

SUMBER-

SUMBERNYA

Petir

Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan

muatan listrik antara awan dengan bumi.

Indonesia terletak di negara tropis yang sangat panas dan

lembab. Kedua faktor ini sangat penting dalam pembentukan

awan Cumulonimbus (Cb) penghasil petir.

11

Petir (2)

Peta Iso Keraunic Dunia

12

Petir(3)

Guruh per Tahun di Beberapa Negara

13

Negara Hari Guruh per tahun

Indonesia 180-260

Malaysia 180-260

Singapura 160-220

Thailand 90-200

Brazil 40-200

Argentina 30-80

Hongkong 9-100

Petir (4)

Jenis sambaran petir dibedakan menjadi:

1. Sambaran Langsung

apabila kilat menyambar langsung pada kawat fasa (untuk

saluran tanpa kawat tanah) atau pada kawat tanah (untuk

saluran dengan kawat tanah)

2. Sambaran Tidak Langsung (Sambaran Induksi)

merupakan sambaran titik lain yang letaknya jauh tetapi obyek

terkena pengaruh dari sambaran sehingga dapat menyebabkan

kerusakan pada obyek tersebut.

14

SAMBARAN PETIR TIDAK

LANGSUNG PADA SALURAN

DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH

15



Karakteristik Gelombang Surja Petir

Arus Petir

Sambaran petir pada suatu objek di bumi yang diikuti oleh

aliran arus petir yang tinggi dalam waktu singkat disebut arus

impuls petir. Kerusakan yang dapat ditimbulkan ditentukan

oleh parameter tertentu yaitu:

1. Arus puncak impuls petir

2. Kecuraman arus petir

3. Muatan listrik arus petir

4. Integral kuadrat arus impuls

16

Karakteristik Gelombang Surja Petir (2)

Kecepatan Pembangkitan berdasarkan Amplitudo Arus Petir

17

Arus Petir (kA) % terjadinya

20 45,52

40 30,48

60 15,51

80 5,35

>100 2,14

Karakteristik Gelombang Surja Petir (3)

Kecepatan Pembangkitan berdasarkan Waktu Tegangan

Impuls

18

Muka Gelombang

(μs)% terjadinya

0,5 34,27

1,0 26,22

1,5 18,18

2,0 12,59

>2,5 8,74

Gelombang Berjalan

Puncak (crest) gelombang, E (kV) yaitu amplitudo maksimum dari gelombang.

Waktu muka gelombang, t1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai

puncak. Dalam praktek ini diambil 10%E sampai 90%E.

Ekor gelombang, yaitu bagian di belakang puncak.

Waktu ekor gelombang, t2 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai titik

50%E pada ekor gelombang.

19

Persamaan Rusck

20

Persamaan tegangan puncak (maksimum) induksi petir:

Vmax = tegangan puncak (maksimum) induksi petir (Volt)

Ip = arus puncak petir (Ampere)

d = jarak antar menara distribusi (meter)

h = tinggi menara (meter)

v = kecepatan gelombang sambaran balik (m/s)

c = kecepatan cahaya (m/s)

Z0 = impedansi pada ruang hampa (ohm)

β = rasio antara kecepatan sambaran balik dan kecepatan cahaya

2

00max

5.01

1

2

11

d

hIZV 30

4

1Z

0

00

Persamaan Rusck

21

Model Petir dari Formula Rusck

Persamaan Rusck 22

0),(

),(

t

txiLRi

x

txu

),,0,(),(

),(

t

thxC

t

txuC

x

txi l

i

Persamaan Rusck

Model sambaran balik direpresentasikan sebagai

saluran petir yang vertikal dan lurus

Pertama Rusck melakukan evaluasi medan

elektromagnetik, lalu menghitung coupling medan

ke saluran.

23

Representasi Terjadinya Tegangan Induksi Petir

pada Saluran Distribusi24

Data Saluran Distribusi25

SIMULASI DAN ANALISA TEGANGAN

INDUKSI AKIBAT SAMBARAN PETIR

MENGGUNAKAN ATP/EMTP

26



Pemodelan pada ATP

27

Saluran Distribusi Tegangan Menengah Terdiri Dari:

1. Jaringan Distribusi Tegangan Menengah

2. Transformator Distribusi

Pemodelan pada ATP (2)

Asumsi: - Waktu tegangan impuls 1/60 µs

- ß sebesar 0.8

Data saluran: - Jarak antar tiang 500 meter

- Tinggi menara 33 meter

28


Parameter trafo distribusi (R)

29

Nama Elemen Jenis Elemen Nilai

R Tahanan 500 Ohm

R_1 Tahanan 558.5405 Ohm

R_2 Tahanan 3822.4695

Ohm

R_3 Tahanan 1 mikro Ohm

R_4 Tahanan 50 Ohm

R_5 Tahanan 3000 Ohm


Parameter trafo distribusi (C)

30

Nama

ElemenJenis Elemen Nilai

C_1 Kapasitor 0.0211 mikro F

C_2 Kapasitor 0.00303 mikroF






Parameter trafo distribusi (L)

31

Nama Elemen Jenis Elemen Nilai

L_1 Induktor 0.00856 mH




Model Petir

32

Model dari arus petir yang digunakan adalah tipe Heidler.

Gambar di bawah ini menunjukkan arus puncak petir 20 kA

dengan waktu impuls petir 1/60 μs.

(f ile V6.pl4; x-v ar t) v :LIGHT

0 5 10 15 20 25[us]0

1

2

3

4

5

6

7

8

[MV]

Pengaruh Arus Puncak Petir Terhadap Tegangan

Puncak Induksi Petir (1)33

(f ile arus.pl4; x-v ar t) v :XX0156

0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

20 kA


0 5 10 15 20 25[us]-600

-450

-300

-150

0

150

300

[kV]

50 kA


0 5 10 15 20 25[us]-700

-500

-300

-100

100

300

500

[kV]

75 kA




0 5 10 15 20 25[us]-800

-540

-280

-20

240

500

[kV]

90 kA


0 5 10 15 20 25[us]-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

[kV]

100 kA


0 5 10 15 20 25[us]-900

-700

-500

-300

-100

100

300

500

700

[kV]

120 kA



Arus

Puncak

Petir

Tegangan Puncak Induksi (kV)

Error (%)Teori Rusck

Simulasi ATP-

EMTP

20 66.816 43.495 34.9033

50 167.040 288.74 72.8568

75 250.561 382.95 52.83703

90 300.673 477.7 58.87692

100 334.081 525.29 57.23432

120 400.897 649.1 61.91191

Tabel Nilai Tegangan Lebih Akibat Induksi Petir

Berdasarkan Arus Puncak Petir

Pengaruh Letak Sambaran Petir Terhadap

Tegangan Puncak Induksi Petir37


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

2500 m

(f ile wes2.pl4; x-v ar t) v :XX0156

0 5 10 15 20 25[us]-60

-38

-16

6

28

50

[kV]

2000 m


0 5 10 15 20 25[us]-40

-25

-10

5

20

35

50

[kV]

1500 m


Tegangan Puncak Induksi Petir (2)38


0 5 10 15 20 25[us]-40

-20

0

20

40

60

[kV]

1000 m


0 5 10 15 20 25[us]-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]

500 m



Letak Tiang Tegangan Induksi (kV) Error (%)

Teori Rusck Simulasi ATP-

EMTP

E (500 m) 66.816 59.84 10.441

D (1000 m) 33.408 58.733 75.80444

C (1500 m) 22.272 45.944 106.285

B (2000 m) 16.704 44.07 163.8279

A (2500 m) 13.363 43.49 225.4446

Tabel Nilai Tegangan Puncak Induksi Petir Berdasarkan Letak Sambaran Petir



Gambar Grafik Perbandingan Tegangan Induksi Menurut Teori Rusck dan Simulasi

ATP-EMTP Berdasarkan Letak Sambaran Petir

Pengaruh Waktu Muka Tegangan Impuls Petir

Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir41


0 5 10 15 20 25[us]-70

-40

-10

20

50

80

[kV]

0.5 µs


0 5 10 15 20 25[us]-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]

0.8 µs


0 5 10 15 20 25[us]-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

[kV]

1.2 µs


Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (2)42


0 5 10 15 20 25[us]-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

[kV]

2 µs


0 5 10 15 20 25[us]-5000

-3750

-2500

-1250

0

1250

2500

3750

5000

[V]

3.5 µs


0 5 10 15 20 25[us]-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

[V]

5 µs


Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (3)

Waktu Muka (μs)Tegangan Puncak Induksi Petir

(kV)

0.5 74.941

0.8 54.33

1.2 34.589

2 14.389

3.5 4.308

5 1.577

43

Tabel Nilai Waktu Muka Tegangan Impuls dan Tegangan Puncak Induksi Petir

Saat Waktu Ekor 60 μs



Gambar Grafik Waktu Muka vs Tegangan Puncak Induksi Petir Saat Waktu Ekor 60 μs

Pengaruh Waktu Ekor Tegangan Impuls Petir

Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 45


0 5 10 15 20 25[us]-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

[kV]

30 µs


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

50 µs


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

75 µs




0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

120 µs


0 5 10 15 20 25[us]-50

-28

-6

16

38

60

[kV]

160 µs


0 5 10 15 20 25[us]-50

-28

-6

16

38

60

[kV]

200 µs


Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (3)

Waktu Ekor (μs) Tegangan Puncak Induksi Petir (kV)

30 38.178

50 42.203

75 45.166

120 48.972

160 51.131

200 52.88

47

Tabel 4.5 Nilai Waktu Ekor Tegangan Impuls dan Tegangan Puncak Induksi Petir Saat Waktu

Muka 1 μs



Gambar Grafik Waktu Ekor vs Tegangan Puncak Induksi Petir Saat

Waktu Muka 1 μs

Pengaruh Tinggi Tiang Terhadap Teganagn

Puncak Induksi Petir 49


0 5 10 15 20 25[us]-50

-35

-20

-5

10

25

40

[kV]

33 m


0 5 10 15 20 25[us]-50

-35

-20

-5

10

25

40

[kV]

40 m


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

50 m

Pengaruh Tinggi Tiang Terhadap Tegangan

Puncak Induksi Petir50


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]


0 5 10 15 20 25[us]-50

-28

-6

16

38

60

[kV]

60 m 70 m

Pengaruh Tinggi Tiang Terhadap Tegangan

Puncak Induksi Petir

Tinggi Tiang (m) Tegangan Puncak

33 34.17

40 37.9

50 43.25

60 49.5

70 53.68

51

Pengaruh Jarak Antar Tiang Terhadap Tegangan



0 5 10 15 20 25[us]-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]

100 m


0 5 10 15 20 25[us]-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]

300 m


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

500 m




0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

600 m


0 5 10 15 20 25[us]-50

-35

-20

-5

10

25

40

[kV]

800 m


0 5 10 15 20 25[us]-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

1000 m



Jarak Antar Tiang Tegangan Puncak Induksi Petir

100 54.37

300 52.432

500 47.235

600 41.244

800 31.948

1000 27.240

54

Pengaruh Tahanan Jenis Tanah Terhadap Tegangan


55


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]


0 5 10 15 20 25[us]-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]

20 ohm 30 ohm

40 ohm

Pengaruh Tahanan Jenis Tanah Tiang Terhadap

Tegangan Puncak Induksi Petir56


0 5 10 15 20 25[us]-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]


0 5 10 15 20 25[us]-60

-40

-20

0

20

40

60

[kV]

50 ohm 60 ohm

Pengaruh Tahanan Jenis Tanah Terhadap

Tegangan Puncak Induksi Petir

Tahanan jenis tanah Tahanan Jenis Tanah

20 43.61

30 48.064

40 53.83

50 56.22

60 59.23

57

Pengaruh Kawat Tanah Terhadap Tegangan



0 5 10 15 20 25[us]-60

-34

-8

18

44

70

[kV]

Sebelum pemasangan


0 5 10 15 20 25[us]-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

[kV]

Setelah pemasangan

Pengaruh Kawat Tanah Terhadap Tegangan


Sebelum Pemasangan Sesudah Pemasangan

60.2 43.61

59

KESIMPULAN

60



Kesimpulan (1)

61

1. Hubungan antara tegangan puncak induksi petir dengan arus puncak petir

adalah berbanding lurus. Nilai tegangan puncak induksi petir yang terkecil

terjadi pada saat arus puncak petir terendah (20 kA) yaitu 43.495 kV.

Sedangkan nilai tegangan puncak induksi petir terbesar terjadi pada saat

arus puncak petir tertinggi (200 kA) yaitu 649.1 kV.

2. Tegangan puncak induksi petir berbanding terbalik dengan letak sambaran.

Nilai tegangan puncak induksi petir yang terbesar terjadi pada jarak

sambaran terdekat dengan trafo distribusi (500 meter) yaitu 59.84 kV.

Sedangkan nilai tegangan puncak induksi terkecil terjadi pada jarak

sambaran terjauh dari trafo distribusi (2500 meter) yaitu 43.49 kV.

3. Hasil simulasi pada ATP-EMTP relevan dengan teori Rusck pada letak

sambaran maksimum sekitar 500 meter dari trafo distribusi dengan batasan

error 10%. Sementara untuk arus puncak, pengukuran yang relevan hanya

pada besaran arus puncak maksimum sekitar 20 kA dengan batasan error

sekitar 30%.

Kesimpulan (2)

62

4. Waktu muka tegangan impuls petir mempengaruhi nilai tegangan induksi

petir. Semakin cepat (kecil) waktu muka, semakin besar tegangan puncak

induksi petir. Hubungan antara waktu muka dengan besar tegangan induksi

petir berbanding terbalik. Waktu muka tegangan impuls menurut standar

adalah 1.2 µs.

5. Waktu ekor tegangan impuls petir juga mempengaruhi nilai tegangan

induksi petir. Semakin cepat (kecil) waktu ekor petir, semakin kecil

tegangan puncak induksi petir. Hubungan antara waktu ekor dengan besar

tegangan induksi petir berbanding lurus. Waktu ekor tegangan impuls

menurut standar adalah 50 µs.

6. Perlu pemasangan kawat tanah untuk mengurangi tegangan induksi akibat

sambaran petir pada saluran distribusi tegangan menengah.

Kesimpulan (3)

7. Parameter-paramater konfigurasi pada saluran yang perlu

diatur untuk meningkatkan performa perlindungan petir

sehingga dapat mengurangi tegangan induksi akibat sambaran

petir

a. Tinggi tiang rendah (standar minimal 15 m)

b. Tahanan jenis tanah yang kecil

c. Jarak antar tiang yang dekat

63

TERIMA KASIH

64



studi pengaruh konfigurasi 1 peralatan pada saluran...

Documents