TUGAS ANALISIS

MAKALAH SEMINAR TUGAS AKHIR

FUAD HIDAYANTO - L2F 002 579

”PERHITUNGAN OUTAGE RATE AKIBAT SAMBARAN KILAT TIDAK

LANGSUNG PADA SALURAN DISTRIBUSI 20 KV (STUDI KASUS :

FEEDER SRL 4 GI SRONDOL)”

Disusun Oleh :

- Muhammad Addin B (21060111120009)

- Seno Yudho P. Ritonga (21060111120015)

- Tri Ujianto (21060111130059)

- Arif Setiawan (21060111130073)

- Rizky Pranata B (21060111130097)

- Ladislaus Risangpajar (21060111130109)

- Rainerus Alva Jati P. (21060111130102)

- Muhammad Hadyan Raif (21060111110124)

- Dony Prahasto (21060111110125)

- Henri Matius Naibaho (21060111140134)

- Aries Frananda Panjaitan (21060111140147)

- Lambertus Sinaga (21060111140156)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2014

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan energi listrik di Indonesia baik dalam bidang konsumsi

maupun dalam bidang produksinya semakin meningkat dari tahun ketahun.

Perkembangan yang pesat ini haruslah diikuti dengan perbaikan dalam bidang

mutu energi listrik yang dihasilkan. Dimana energi listik yang dihasilkan harus

berkualitas dan memiliki kehandalan yang tinggi, baik dari segi teknis maupun

ekonomis. Dari segi teknis yang menjadi parameter kebaikan energi listrik yaitu

tegangan, frekuensi dan kehandalan.

Tegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh suatu pembangkit harus

mempunyai besaran yang tertentu dengan suatu penyimpangan yang diijinkan.

Kehandalan merupakan angka yang menunjukkan kemampuan pembangkit

menyalurkan energinya ke konsumen dalam batas mutu yang diijinkan. Jadi

merupakan kontinyuitas pelayanan energi. Adanya gangguan yang terjadi pada

sistem akan mengakibatkan turunnya kesinanggungan penyaluran energi listrik.

Salah satu gangguan yang sering terjadi adalah gangguan tegangan lebih pada

daerah penyaluran baik transmisi maupun distribusi.

Kondisi daerah Indonesia yang mempunyai tingkat kerapatan kilat yang

tinggi dan curah hujan yang besar menyebabkan banyaknya gangguan yang terjadi

akibat sambaran kilat baik secara langsung maupun tidak langsung. Pada saluran

distribusi pengaruh sambaran kilat tidak langsung memegang peranan yang lebih

besar dibandingkan sambaran langsung. Terkait dengan hal ini maka perlu

dihitung besarnya angka keluaran akibat sambaran kilat tidak langsung yang

menunjukkan tingkat kehandalan sistem.

1.2 Tujuan

Tujuan dari penulisan analisa makalah seminar tugas akhir ini adalah

1. Mempelajari mengenai contoh dari penulisan makalah seminar tugas akhir.

2. Mengetahui perhitungan besarnya tegangan induksi yang dihasilkan oleh

sambaran kilat tidak langsung dan mengetahui angka keluarannya.

2

3. Mengetahui besarnya tegangan induksi dan outage rate pada feeder Srl 4

GI Srondol.

4. Memenuhi tugas mata kuliah “Gejala Medan Tinggi” yang diampu oleh

Bapak Abdul Syakur, ST. MT.

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penulisan makalah ini hanya membahas mengenai penelitian yang

dilakukan oleh penulis makalah seminar tugas akhir yang kami analisa. Adapun

batasan masalah pada makalah seminar TA tersebut adalah :

1. Jaringan yang digunakan adalah feeder utama Srl 4 GI Srondol 20 kV tiga

fasa, bukan pada feeder cabang.

2. Tidak dibahas jaringan satu fasa dan double circuit.

3. Perhitungan angka keluaran yang dilakukan akibat sambaran tidak

langsung saja, perhitungan akibat sambaran langsung tidak dilakukan.

4. Perhitungan tegangan induksi dan angka keluaran didasarkan pada metode

RUSCK.

5. Tidak dibahas mengenai sistem proteksi saluran.

6. IKL yang digunakan berdasarkan hasil pengamatan BMG (Badan

Geofisika dan Meteorologi) untuk wilayah semarang dan sekitarnya

sebesar 154 hari guruh / tahun.

1.4 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan penyusunan serta pemahaman terhadap topik yang

sedang dibahas, maka dibuat sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang permasalahan, tujuan, pembatasan masalah, dan

sistematika penulisan.

BAB II PEMBAHASAN

Berisi tujuan percobaan, dasar teori, pengujian alat, analisa

pembahasan, dan penutup.

BAB III PENUTUP

Berisi kesimpulan dan saran.

BAB II

3

PEMBAHASAN

2.1 Hasil Penelitian

Penelitian yang disusun oleh Fuad Hidayanto bertujuan untuk mengetahui

besarnya tegangan induksi yang dihasilkan oleh sambaran kilat tidak langsung dan

mengetahui angka keluaran (Outage Rate) pada feeder utama SRL 04 GI Srondol

20 kV tiga fasa. Penelitian dilakukan dengan menggunakan perhitungan tegangan

induksi dan angka keluaran didasarkan pada metode RUSCK. Perhitungan angka

keluaran (outage rate) didasarkan pada asumsi bahwa bila ada tegangan induksi

yang melebihi batas ketahanan impuls isolator (V50%) maka penghantar akan

terganggu. Dimana semakin kecil angka keluaran menunjukkan bahwa tingkat

kehandalan energi listrik semakin baik.

Berdasarkan metode RUSCK, diberikan persamaan sebagai berikut

…………… (2.1)

Harga c/co = 0,1 sampai 0,5 jadi

…………… (2.2)

Tegangan induksi pada saluran di titik yang jauh dari sambaran, yaitu saat x = ± ∞

maka diperoleh nilai

…………… (2.3)

di mana :

Vi = tegangan induksi pada kawat, dalam kV

Io = besar arus kilat, dalam kA

h = tinggi rata-rata di atas tanah, dalam m

y = jarak horizontal antara sambaran kilat dengan kawat, dalam m

4

Bila saluran itu dilengkapi dengan kawat tanah, maka besar tegangan induksi

pada kawat fasa adalah

…………… (2.4)

dimana :

V’i = tegangan induksi dengan kawat tanah, kV

Vi = tegangan induksi tanpa kawat tanah, kV

Z22 = impedansi surja sendiri , ohm

Z12 = impedansi surja bersama , ohm

h1 = tinggi rata-rata kawat fasa, meter

h2 = tinggi rata-rata kawat tanah, meter

R = tahanan pentanahan, ohm

Jumlah sambaran pada daerah Δy untuk panjang 100 km saluran,

ΔN = 0,015 IKL Δy .........………….(2.5)

dimana :

ΔN = Jumlah sambaran

IKL = Jumlah sambaran petir dalam 1 tahun

Δy = Bidang sambar , dalam m

Gambar 2.1 Saluran udara tegangan menengah dengan kawat tanah

Menurut persamaan (2.3), besar tegangan induksi kawat,

5

Supaya tegangan induksi sama atau melebihi ketahanan impuls isolasi V50%

Probabilitas arus yang demikian diperoleh dari persamaan

atau

Jadi jumlah sambaran pada bidang Δy yang dapat menimbulkan tegangan

melebihi V50% adalah,

Bila Δy dibuat kecil sekali, Δy berubah menjadi dy dan ΔNFL berubah

menjadi dNFL, dan setelah dilakukan integrasi dari ymin (=2h1,09) sampai ymaks (=

tak terhingga) untuk kedua sisi saluran diperoleh,

atau

………………………(2.6)

Persamaan (2.6) di atas adalah untuk keadaan tidak ada kawat tanah. Bila

ada kawat tanah maka menurut persamaan (2.4)

6

di mana :

FP = faktor perisaian

h = tinggi kawat fasa, m

y = jarak sambaran petir terhadap saluran, m

Dari persamaan

Jadi jumlah lompatan api adalah :

………… (2.7)

Tidak semua lompatan api dapat beralih menjadi busur apai atau

gangguan, dan besarnya gangguan itu tergantung dari besar probabilitas η.

Dengan demikian jumlah gangguan karena sambaran induksi adalah :

(a) Tanpa kawat tanah

(b) Dengan kawat tanah

di mana :

Ni = Angka keluaran (Outage rate) atau jumlah gangguan terinduksi

(gangguan per 100 km per tahun)

IKL = Jumlah sambaran petir dalam 1 tahun

FP = Faktor perisaian

h = Tinggi kawat fasa, dalam m

η = Probabilitas terjadinya busur api

V50% = Ketahanan impuls isolator (kV)

7

2.2 Flowchart Perhitungan Outrage Rate

Dalam makalahnya, penulis menggunakan bantuan program komputer

untuk melakukan perhitungan. Flowchart dari program komputer tersebut adalah

sebagai berikut :

Gambar 2.2 Flowchart Program

8

2.3 Program Perhitungan

Dalam perhitungan dengan menggunakan bantuan program komputer ini,

data yang perlu dimasukkan adalah sebagai berikut :

Konfigurasi tiang tipe C1A

- Tinggi kawat fasa (HF) : 12 m

- Tinggi kawat netral (HN) : 11 m

- Jari-jari kawat netral (JR) : 0,065 m

- Jarak pisah antar kawat fasa (A) : 0,8 m

- Panjang lengan tiang (B) : 1,4 m

- Tahanan pentanahan (R) : 7 ohm

IKL : 154

Arus Kilat : 30-60

Gambar 2.3 Form Input Data

Dari data yang telah dimasukkan, didapat hasil perhitungan :

9

Gambar 2.4 Form Perhitungan

10

2.4 Analisa Hasil Program

Dari program komputer tersebut kita juga dapat melihat grafik dari

gelombang induksi petir yang dianalisa.

2.4.1 Gelombang Tegangan Induksi Petir

Gambar 2.5 Grafik karakteristik tegangan induksi

Dari gambar 2.5 ditunjukkan harga tegangan induksi terhadap waktu

mengikuti fungsi eksponensial. Hal ini dikarenakan bentuk tegangan induksi

impuls petir menyerupai bentuk gelombang tipikal yang mempunyai persamaan.

dimana : E, a, b adalah konstanta.

11

2.4.2 Pengaruh Perubahan Arus Petir dan Jarak Sambar terhadap

Besarnya Tegangan Induksi

Gambar 2.6 Grafik hubungan tegangan induksi dengan jarak sambaran

Dari gambar 2.6 ditunjukkan bahwa harga tegangan induksi berbanding

lurus dengan besarnya arus kilat. Sedangkan dengan jarak tempat terjadinya

sambaran kilat adalah berbanding terbalik.

12

2.4.3 Pengaruh Konduktor Netral Terhadap Besarnya Tegangan Induksi

Petir

Gambar 2.7 Grafik perbandingan tegangan induksi dengan kawat netral dan tanpa kawat netral

Dari gambar 2.7 ditunjukkan bahwa harga tegangan induksi dengan kawat

netral lebih kecil daripada tegangan induksi tanpa kawat netral. Dimana pengaruh

kawat netral menurunkan harga tegangan induksi. Hal ini dikarenakan pada

konstruksi tanpa kawat netral mempunyai harga faktor perisaian = 1, sedangkan

harga faktor perisaian konstruksi tiang dengan kawat netral sebesar :

Dari rumus diatas terlihat bahwa nilai FP < 1, dan harga tegangan induksi

sebanding dengan harga faktor perisaian

Dimana : Vi adalah tegangan induksi dan FP adalah faktor perisaian.

2.4.4 Pengaruh Perubahan Tahanan Pentanahan Terhadap Outage Rate

13

Gambar 2.8 Grafik perbandingan outage rate dengan tahanan pentanahan

Dari gambar 2.8 ditunjukkan bahwa harga tegangan induksi dan harga

angka keluaran (outage rate) berbanding lurus dengan besarnya tahanan

pentanahan. Hal ini dapat dilihat dari rumus

dimana FR (faktor perisaian) berbanding lurus dengan tahanan pentanahan.

Hubungan tegangan induksi dengan faktor perisaian juga berbanding lurus seperti

telah dibahas diatas. Semakin besar tegangan induksi yang terjadi memungkinkan

bertambah besarnya jatuh atau terganggunya penyaluran, yang berarti makin

besarnya harga angka keluaran (outage rate).

2.4.5 Perbandingan Tegangan Induksi untuk Berbagai Konstruksi Tiang

14

Gambar 2.9 Grafik perbandingan tegangan induksi untuk berbagai konstruksi tiang

Dari gambar 2.9 ditunjukkan bahwa harga tertinggi tegangan induksi

terjadi pada konfigurasi tiang tipe C8, kemudian C1-A, B1, B2 dan C1. Tingginya

tegangan induksi pada masing-masing konstruksi tiang dipengaruhi oleh tingginya

konduktor fasa, jenis konstruksi tiang yang menpengaruhi harga faktor perisaian

dan jenis isolator yang digunakan.

2.5 Studi Kasus Feeder 04 GI SRL

15

Berdasarkan single line diagram dan hasil survai lapangan, didapatkan data

sebagai berikut:

Tabel 2.1 Data Konstruksi Tiang Feeder 04 GI SRL

Data diatas merupakan pengelompokan konstruksi tiang berdasarkan tipe

tiang yang dominan.Ketinggian semua tiang rata-rata adalah 13 m dengan panjang

gawang 60 m. Sesuai standar PLN, tahanan pentanahan tiang rata-rata sebesar 7

ohm. Berdasarkan data dari BMG Semarang besarnya IKL daerah Semarang

adalah 154.

Dari hasil perhitungan melalui program diatas dapat dibuat tabel hasil

perhitungan angka Keluaran (Outage Rate) feeder 04 GI SRL, sebagai berikut :

Tabel 2.2 Konstruksi Tiang dan Angka Keluaran (Outage Rate)

Jumlah angka keluaran (outage rate) feeder SRL 04 GI Srondol adalah

sebagai berikut :

16

Dari perhitungan yang dilakukan didapatkan bahwa pada konstruksi tiang

C1, C2, C1-A dan C2-A outage rate atau kegagalan saluran terjadi pada arus petir

60 kA, untuk tipe B1, dan B2 terjadi pada arus petir 55 kA, sedangkan untuk tipe

C8 terjadi pada arus petir 50 kA. Dari hasil perhitungan didapatkan total angka

keluaran (outage rate) feeder SRL 04 GI Srondol adalah sebesar 6 gangguan per

tahun.

2.6 Kontribusi Hasil Penelitian terhadap IPTEK

17

Hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis adalah berupa data yang

ditampilkan dalam grafik karakteristik tegangan induksi, hubungan arus petir dan

jarak sambaran terhadap tegangan inuksi petir, pengaruh kawat netral, hubungan

tegangan induksi dan harga angka keluaran (outage rate) terhadap besar tahanan

pentanahan dan yang terakhir adalah hubungan tegangan induksi dengan

konstruksi tiang.

Dari data hasil penelitian tersebut kita dapat menggunakannya sebagai data

untuk melakukan upaya proteksi dan perkiraan besarnya gangguan pada feeder

utama saluran distribusi 20kV yang sudah ada terhadap gangguan tegangan

induksi yang dihasilkan oleh sambaran kilat tidak langsung.

Selain itu kita juga dapat menggunakannya sebagai landasan atau standar

dalam perencanaan pembangunan suatu feeder utama saluran distribusi dalam

rangka upaya pencegahan gangguan atau masalah yang bisa timbul akibat

tegangan induksi sambaran kilat tidak langsung tersebut.

BAB III

18

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari data hasil perhitungan dan analisa dalam makalah seminar tugas akhir

tersebut, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Harga tegangan induksi terhadap waktu mengikuti fungsi eksponensial.

2. Harga tegangan induksi berbanding lurus dengan besarnya arus kilat.

Sedangkan dengan jarak tempat terjadinya sambaran kilat adalah

berbanding terbalik.

3. Harga tegangan induksi dengan kawat netral lebih kecil daripada tegangan

induksi tanpa kawat netral. Hal ini dikarenakan pada konstruksi tanpa

kawat netral mempunyai harga faktor perisaian = 1, sedangkan harga

faktor perisaian konstruksi tiang dengan kawat netral < 1, dan harga

tegangan induksi sebanding dengan harga faktor perisaian.

4. Harga tegangan induksi dan harga angka keluaran (outage rate) berbanding

lurus dengan besarnya tahanan pentanahan. Semakin besar tegangan

induksi yang terjadi memungkinkan bertambah besarnya harga angka

keluaran (outage rate), yang berarti makin besarnya jatuh atau

terganggunya penyaluran.

5. Tingginya tegangan induksi pada masing-masing konstruksi tiang

dipengaruhi oleh tingginya konduktor fasa, jenis konstruksi tiang yang

menpengaruhi harga faktor perisaian dan jenis isolator yang digunakan.

6. Besar tegangan induksi pada feeder Srl 4 GI Srondol adalah 116 kV -

181kV

7. Total Angka keluaran (Outage rate) pada feeder SRL 4 GI Srondol sebesar

6 gangguan per tahun.

8. Pada konstruksi tiang C1, C2, C1-A dan C2-A outage rate atau kegagalan

saluran terjadi pada arus petir 60 kA, untuk tipe B1, dan B2 terjadi pada

arus petir 55 kA, sedangkan untuk tipe C8 terjadi pada arus petir 50 kA.

Harga tertinggi tegangan induksi terjadi pada konfigurasi tiang tipe C8,

kemudian C1-A, B1, B2 dan C1.

19

9. Kontribusi Hasil Penelitian terhadap IPTEK adalah kita dapat

menggunakannya sebagai data untuk melakukan upaya proteksi dan

perkiraan besarnya gangguan pada feeder utama saluran distribusi 20kV

yang sudah ada dan dapat digunakan sebagai landasan atau standar dalam

perencanaan pembangunan suatu saluran distribusi 20 kV dalam rangka

upaya pencegahan gangguan atau masalah yang bisa timbul akibat

tegangan induksi yang dihasilkan oleh sambaran kilat tidak langsung.

3.2 Saran

1. Data yang didapat pada penelitian yang kami analisa ini mungkin

sebaiknya juga perlu dibandingkan dengan data sebenarnya yang terjadi

pada feeder saluran distribusi tersebut dengan melakukan pengukuran saat

terjadi gangguran sambaran kilat tidak langsung untuk mengetahui

kemungkinan faktor lain yang dapat membedakan dengan hasil

perhitungan dengan menggunakan rumus atau bantuan program komputer.

2. Penelitian ini hanya menghitung pada feeder utama, sehingga dapat

dilanjutkan perhitungan pada saluran cabang.

3. Hasil dari penelitian ini sebaiknya bisa dimanfaatkan dengan baik untuk

proteksi maupun perencanaan feeder utama pada saluran distribusi 20kV

terhadap sambaran kilat tidak langsung.

20

DAFTAR PUSTAKA

1. Hutauruk, T. S, “ Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja”, Erlangga,

Jakarta, 1989

2. Sulasno, Ir., “Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik”, Jilid I, Badan

Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang

3. Makalah Seminar Tugas Akhir yang disusun oleh Fuad Hidayanto dengan

judul “Perhitungan Outage Rate Akibat Sambaran Kilat Tidak Langsung

Pada Saluran Distribusi 20 Kv (Studi Kasus : Feeder Srl 4 Gi Srondol)”.