BAB III OK.pdf
-
Upload
ricardo-kharis -
Category
Documents
-
view
52 -
download
1
description
Transcript of BAB III OK.pdf
23
BAB III
LANDASAN TEORI
3.1 Pengaman Jaringan Distribusi
Alat pengaman atau pelindung adalah suatu alat yang berfungsi
melindungi atau mengamankan suatu sistem penyaluran tenaga listrik dengan cara
membatasi tegangan lebih (over voltage) atau arus lebih (over current) yang
mengalir pada sistem tersebut, dan mengalirkannya ke tanah (ground). Dengan
demikian alat pengaman harus dapat menahan tegangan sistem agar kontinuitas
pelayanan ke pusat beban (load center) tidak terganggu hingga waktu yang tidak
terbatas. Dan harus dapat melalukan atau mengalirkan arus lebih dengan tidak
merusak alat pengaman dan peralatan jaringan yang lain. Oleh karena itu fungsi
alat pengaman adalah :
1. Melindungi sistem terhadap kondisi beban lebih (over load) dan hubung
singkat (chort circuit).
2. Melindungi sistem terhadap gangguan fisik dari luar terutama untuk
saluran udara (overhead line). Misalnya karena sambaran petir, sambaran
induksi awan bermuatan listrik dan sebagainya.
3. Mengisolir bagian sistem yang terkena gangguan.
4. Melindungi public/personal terhadap adanya jaringan tegangan tinggi,
terutama pada tempat-tempat yang padat penduduknya atau tempat-tempat
dimana jaringan listrik melintasi jalan lalu lintas umum.
Kegunaan sistem pengaman tenaga listrik, antara lain untuk:
a. Mencegah kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat
terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal.
b. Mengurangi kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik
akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal.
c. Mempersempit daerah yang terganggu sehingga gangguan tidak melebar
pada sistem yang lebih luas.
24
d. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan dan mutu tinggi
kepada konsumen.
e. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh tenaga listrik.
f. Menjaga kestabilan sistem tenaga.
g. Menghindari hilangnya keuntungan perusahaan
Untuk meningkatkan keandalan jaringan distribusi tenaga listrik, cara
terbaik adalah dengan jalan merencanakan sistem isolasi yang cukup tahan
terhadap tegangan lebih dan mengkoordinasikan alat-alat pengaman yang
mempunyai keandalan tinggi terhadap bahaya elektris. Koordinasi pengaman
ini dinyatakan dalam bentuk langkah-langkah yang diambil untuk menghindarkan
gangguan pada sistem penyaluran tenaga listrik dengan jalan membatasi
gangguan-gangguan karena tegangan lebih atau arus lebih, sehingga tidak
menimbulkan kerusakan pada peralatan jaringan. Dalam upaya menanggulangi
terhadap bahaya tegangan lebih atau arus lebih, maka persyaratan yang diperlukan
bagi alat pengaman yang baik adalah :
1. Dapat melepaskan tegangan lebih ke tanah tanpa menyebabkan hubung
singkat (short circuit) terhadap sistem.
2. Dapat memutuskan arus lebih atau arus susulan dalam waktu yang cepat.
3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang tinggi, dalam arti
nilai perlindungan antara tegangan lebih maksimum yang diperbolehkan
pada saat pelepasan dengan tegangan maksimum sIstem yang dapat
dipertahankan sesudah terjadi pelepasan.
4. Mempunyai kepekaan (sensitivity) yang tinggi pada saat operasi.
5. Harus dapat bekerja dalam waktu singkat. Oleh karena itu kontinuitas
penyaluran tenaga listrik banyak tergantung pada kualitas sistem jaringan
distribusi itu sendiri, Makin komplek konfigurasi jaringan distribusi
(seperti bentuk network atau mesh) makin banyak peralatan yang
digunakan.
25
3.1.1. Jenis Gangguan Pada Jaringan Distribusi
Jaringan distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga lsitrik yang paling
dekat dengan pelanggan/ konsumen. Ditinjau dari volume fisiknya jaringan dis-
tribusi pada umumnya lebih panjang dibandingkan dengan jaringan transmisi dan
jumlah gangguannya (sekian kali per 100 km pertahun) juga paling tinggi
dibandingkan jumlah gangguan pada saluransaluran transmisi. Jaringan distribusi
seperti diketahui terdiri dari jaringan distribusi tegangan menengah (JTM) dan
jaringan distribusi tegangan rendah (JTR). Jaringan distribusi tegangan menengah
mempunyai tegangan antara 3 Kv sampai 20 kV. Pada saat ini PLN hanya
mengembangkan jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV.
Jaringan distribusi tegangan menengah sebagian besar berupa saluran
udara tegangan menengah dan kabel tanah. Pada saat ini gangguan pada saluran
udara tegangan menengah ada yang mencapai angka 100 kali per 100 km per
tahun. Sebagian besar gangguan pada saluran udara tegangan menengah tidak
disebabkan oleh petir melainkan oleh sentuhan pohon, apalagi saluran udara
tegangan menengah banyak berada di dalam kota yang memiliki bangunan-
bangunan tinggi dan pohon-pohon yang lebih tinggi dari tiang saluran udara
tegangan menengah. Hal ini menyebabkan saluran udara tegangan menengah yang
ada di dalam kota banyak terlindung terhadap sambaran petir tetapi banyak
diganggu oleh sentuhan pohon. Hanya untuk daerah di luar kota selain gangguan
sentuhan pohon juga sering terjadi gangguan karena petir. Gangguan karena petir
maupun karena sentuhan pohon ini sifatnya temporer (sementara), oleh karena itu
penggunaan penutup balik otomatis (recloser) akan mengurangi waktu pemutusan
penyediaan daya (supply interupting time).
26
Perlindungan sistem distribusi meliputi:
1. Gangguan hubung singkat
a. Gangguan hubung singkat dapat terjadi antar fase (3 fase atau 2 fase)
atau 1 fase ketanah dan sifatnya bisa temporer atau permanen.
b. Gangguan permanen: Hubung singkat pada kabel, belitan trafo,
generator, (tembusnya isolasi).
c. Gangguan temporer: Flashover karena sambaran petir, flashover
dengan pohon, tertiup angin.
2. Gangguan beban lebih
Gangguan beban lebih terjadi karena pembebanan sistem distribusi yang
melebihi kapasitas sistem terpasang. Gangguan ini sebenarnya bukan
gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus-menerus berlangsung dapat
merusak peralatan.
3. Gangguan tegangan lebih
Gangguan tegangan lebih termasuk gangguan yang sering terjadi pada
saluran distribusi. Berdasarkan penyebabnya maka gangguan tegangan lebih
ini dapat dikelompokkan atas dua hal, yaitu :
a. Tegangan lebih power frekwensi. Pada sistem distribusi hal ini
biasanya disebabkan oleh kesalahan pada AVR atau pengatur tap pada
trafo distribusi.
b. Tegangan lebih surja Gangguan ini biasanya disebabkan oleh surja
hubung atau surja petir.
Dari ketiga jenis gangguan tersebut, gangguan yang lebih sering
terjadi dan berdampak sangat besar bagi sistem distribusi adalah gangguan
hubung singkat. Sehingga istilah gangguan pada sistem distribusi lazim
mengacu kepada gangguan hubung singkat dan peralatan proteksi yang
dipasang cenderung mengatasi gangguan hubung singkat ini.
27
3.2. Lightning Arrester
Lightning Arrester adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan
dan peralatannya terhadap tegangan lebih abnormal yang terjadi karena sambaran
petir (flash over) dan karena surja hubung (switching surge) di suatu jaringan.
Lightning arrester ini memberi kesempatan yang lebih besar terhadap tegangan
lebih abnormal untuk dilewatkan ke tanah sebelum alat pengaman ini merusak
peralatan jaringan seperti tansformator dan isolator. Oleh karena itu lightning
arrester merupakan alat yang peka terhadap tegangan, maka pemakaiannya harus
disesuaikan dengan tegangan sistem. Arrester petir atau disingkat arrester adalah
suatu alat pelindung bagi peralatan sistem tenaga listrik terhadap surya petir.
Alat pelindung terhadap gangguan surya ini berfungsi melindungi
peralatan system tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang
datang dan mengalirkannya ketanah. Disebabkan oleh fungsinya, Arrester harus
dapat menahan tegangan sistem 50 Hz untuk waktu yang terbatas dan harus dapat
melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan. Arrester berlaku
sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk
dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi
pada peralatan. Selain melindungi peralatan dari tegangan lebih yang diakibatkan
diakibatkan oleh tegangan lebih internal seperti surja hubung, selain itu arrester
juga merupakan kunci dalam koordinasi isolasi suatu system tenaga listrik. Bila
surja datang ke gardu induk arrester bekerja melepaskan muatan listrik serta
mengurangi tegangan abnormal yang akan mengenai peralatan dalam gardu induk.
3.2.1. Cara Kerja Lightning arrester di Jaringan SUTM dan Gardu Portal
Gelombang berjalan (surja tegangan) selain disebabkan oleh gangguan
petir juga dapat terjadikarena adanya pembukaan dan penutupan pemutus tenaga
listrik (open closing circuit breaker) atau adanya switching pada jaringan tenaga
listrik[5].
Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh surja
petir ataupun surja hubung, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada
peralatan. Pada kondisi normal arrester berlaku sebagai isolator tetapi bila timbul
28
surja, arrester berlaku sebagai konduktor yang berfungsi memberi jalan yang
mudah dialiri arus yang tinggi ke tanah. Setelah gangguan surja hilang arrester
harus dengan cepat menjadi isolator kembali, sehingga pemutus tenaga tidak
sempat membuka. Pada kondisi yang normal ( tidak terkena surja) arus bocor
arrester tidak boleh lebih dari 2 mili anpere (mA). Apabila melebihi angka
tersebut, berarti kemungkinan besar lightning arrester mengalami kerusakan
Gambar 3.1. cara kerja lightning arrester pada saat terjadi gangguan
Persyaratan yang harus dipenuhi oleh Arrester adalah sebagai berikut:
1. 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 × 𝑅
Dimana :
𝑖 = Arus maksimal (A)
𝑅 = Tahanan Arrester (Ohm)
29
2. Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat berkeja terus
seperti semula. Batas dari tegangan system dimana arus susualn ini masih
mungkin, disebut tegangan dasar (rated voltage) dari Arrester .
3. Lightning arrester harus mampu mengalirkan arus surja ke tanah tanpa
merusak arrester itu sendiri.
4. Lightning arrester harus memiliki harga tahanan pentanahan di bawah 1,7
ohm berdasarkan STAKOM DJBB 2008
Gambar 3.2. Grafik Arus pelepasan pada arrester
3.2.2. Sistem Proteksi Gangguan Surja Petir Saluran Distribusi TM 20 KV
Spesifikasi lightning arrester yang dipakai untuk JTM 20 kV adalah 18
kV 5 kA pada sisi 20 kV trafo hubung bintang ditanahkan 24 kV 5 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). Sistem
pemasangan Lightning Arrester terbagi dua, yaitu sebagai berikut:
1. LA dipasang antara SUTM dan CO, apabila saluran terkena surja petir akan
diamankan LA dan disalurkan ke tanah, gambar a
2. LA dipasang setelah CO, apabila SUTM tersambar surja petir akan diamankan
CO, gambar b
30
Gambar 3.3. sistem pemasangan lightning arrester
Gambar 3.4. merupakan instalasi arrester pada jaringan. Karna jaringan
SUTM rawan dengan surja petir maka tiap 5 tiang diberi arrester, guna mencegah
meluasnya gangguan akibat surja petir. Arrester di kabel naik ataupun turun
(saluran kabel tegangan menengah) sama instalasinya dengan arrester pada
jaringan. Instalasi pengawatannya dari jaringan SUTM di kopel ke terminal
primer arrester dan terminal sekunder arrester di tanahkan.
Gambar 3.4. Pentanahan arrester pada tiang lurus (tangent)
31
Gambar 3.5. dan Gambar 3.6. merupakan instalasi arrester pada gardu
cantol 20 KV yang membedakan hanya tumpuan tiang yang menyangga trafo
tersebut. Pengawatannya dari penyulang saluran 20 KV di hubungkan pada
terminal primer arrester setelah itu baru dihubungkan pada terminal primer fuse
cut out (FCO). dan terminal sekunder fuse cut out dihubungkan pada terminal
primer trafo distribusi. Sedangkan terminal sekunder arrester di tanahkan.
Gambar 3.5. Pentanahan arrester dan FCO pada tiang trafo double pole
33
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
3.7. Jika ditanahkan bersama maka akan menurunkan drop tegangan
padaimpedansi 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 3.8.
Jika terinterkoneksi (solid) antara tanki dan titik pentanahan bersama tidak
diizinkan dapat digunakan celah antara titik pentanahan dan netral kumparan
sekunder.Lihat Gambar 3.9. Hal ini menyebabkan arus surja 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 sistem Y , ditanahkan lihat Gambar 3.10..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 3.11.
34
Gambar 3.7. Pengamanan dengan arrester tanpa interkoneksi terminal pentanahan.
Gambar 3.8. Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi terminal pentanahan (solid).
35
Gambar 3.9. Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi pentanahan lewat celah
(gap).
Gambar 3.10. Hubungan arrester pada sistem bintang ditanahkan.
36
Gambar 3.11. Pemakaian arrester pada sistem segi-tiga (delta).
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 melewatkan aliran arus yang tinggi ke tanah.
Setelah arus hilang, arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator. Pada
dasar arrester terdiri dari dua bagian yaitu : Sela api (spark gap) dan tahanan kran
(valve resistor). Keduanya dihubungkan secara seri. Batas atas dan bawah dari
tegangan percikan ditentukan oleh tegangan system maksimum dan oleh tingkat
isolasi peralatan yang dilindungi.
Untuk penggunaan yang lebih khusus arrester mempunyai satu bahagian
lagi yang disebut dengan 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
percikan pada waktu tegangan mencapai keadaan bahaya. Dalam hal ini, tegangan
sistem bolak – balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus
37
bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka
kemungkinan api 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 disrankan memakai tahanan kran (valve resistor), yang mempunyai sifat
khusus, yaitu tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar. Proses
pengecilan tahanan berlangsung cepat yaitu selama tegangan lebih mencapai
harga puncak. Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis
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 pemadaman arus susulan yang cukup besar (200–
300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini, baik amplitude
maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadaman dapat dilakukan
sebelum tegangan system mencapai harga nol. Tegangan dasar (rated voltage)
yang dipakai pada lightning arrester adalah tegangan maksimum sistem, dimana
lightning arrester ini harus mempu-nyai tegangan dasar maksimum tak melebihi
tegangan dasar maksimum dari sis-tem, yang disebut dengan tegangan dasar
penuh atau lightning arrester 100 %.
38
3.2.3. Macam – macam Arrester
Lightning arrester terdiri dari dua jenis yaitu jenis Ekspulasi dan jenis
Tahanan Tak Linear.
1. Expulsion Type Lightning arrester (Protector Tube)
Arrester ini merupakan tabung yang terdiri dari :
Dinding tabung yang terbuat dari bahan yang mudah menghasilkan gas jika
dilalui arus (bahan fiber).
Sela batang (external series) yang biasanya diletakkan pada isolator
porselin, untuk mencegah arus mengalir dan membakar fiber pada tegangan
jala-jala setelah gangguan diatasi.
Sela pemutus bunga api diletakkan didalam tabung salah satu elektroda
dihubungkan ketanah.
Gambar 3.12. Elemen-elemen lightning arrester jenis ekspulsi
Setiap kawat phasa mempunyai tabung pelindung. Pada waktu tegangan terpa
melalui sela batang dan sela bunga api maka impedansi tabung akan menjadi
rendah sehingga arus terpa dan arus sistem mengalir ketanah. Tegangan diantara
saluran dengan tanah turun setelah tembus terjadi.
39
Bagaimanapun arus yang mengalir akan membakar fiber dan menghasilkan
gas yang bergerak cepat kearah lubang pembuangan dibagian bawah arrester.
Tekanan gas ini akan mematikan bunga api pada saat arus melalui titik nol
pertamanya. Waktu pemadaman busur api ini hanya setengah atau satu siklus
sehingga RRV (Rate of Recovering Voltage) lebih lambat dari rate of
rise kekuatan dielektrik isolasi. Beda waktu ini cukup pendek untuk dapat dibaca
oleh rele pelindung sehingga CB (Circuit Breaker) tetap bekerja (tertutup) dan
pelayanan daya tidak terganggu. Segera setelah gas ditekan keluar dan api
menjadi padam sistem dapat bekerja kembali dengan normal.
A. Kelemahan dan kerugian lightning arrester type expulsi
Terbatas pada sistem yang mempunyai besar arus sistem kurang
dari 1/3 dari besarnya arus terpa. Karena arus yang sangat besar
menyebabkan fiber habis terbakar dan arus yang terlalu kecil tidak mampu
menghasilkan cukup gas pada tabung untuk mematikan busur api.
Karena setiap arrester bekerja, permukaan tabung akan rusak karena
terbakar maka arrester ini mempunyai batasan pada jumlah operasinya
dimana arrester ini masih dapat berfungsi dengan baik.Walaupun
termasuk pemotong terpa yang murah karena kemampuannya memotong
arus ikutan namun sama sekali tidak cocok untuk perlindungan peralatan-
peralatan gardu yang mahal karena V-T (Tegangan – Waktu)
karakteristiknya yang buruk.
B. Pemakaian lightning arrester jenis Expulsi:
Umumnya dipakai untuk melindungi isolator transmisi. V-T
karakteristik dari arrester ini lebih datar daripada isolator sehingga
dapat mudah dikoordinasikan untuk melindungi isolator dari tembus
permukaan.
Dipakai pada tiang transmisi sebelum memasuki peralatan untuk
memotong arus terpa yang datang sehingga berfungsi mengurangi
kerja dari arrester di gardu.
40
Pada trafo-trafo kecil di pedesaan dimana pemotong petir tipe tahanan
tak linear sangat mahal dan pemakaian sela batang akan memberikan
perlindungan yang cukup.
Pada tiang transmisi tertentu yang sangat tinggi (misalnya
penyeberangan sungai) dimana kemungkinan disambar petir cukup
tinggi.
C. Jenis-jenis lightning arrester type expulsi:
Jenis Transmisi digunakan pada jaringan transmisi untuk melindungi
isolator
Jenis Distribusi digunakan untuk melindungi trafo pada jaringan-
jaringan distribusi dan peralatan-peralatan distribusi.
2. Non Linear Type Lightning arrester (Arrester Tipe Tahanan Tak Linear)
A. Jenis Silicon Carbide ( SiC)
Arrester ini terdiri dari beberapa sela yang tersusun seri dengan
piringan-piringan tahanan, dimana tahanan ini mempunyai karakteristik
sebagai berikut: harga tahanannya turun dengan cepat pada saat arus terpa
mengalir sehingga tegangan antara terminal arrester tidak terlalu besar dan
harga tahanan naik kembali jika arus terpa sudah lewat sehingga
memotong arus ikutan pada titik nol pertamanya. Sela api (sparks gap) dan
tahanan disusun secara seri dan ditempatkan didalam rumah porselen
kedap air sehingga terlindung dari kelembapan, pengotoran dan hujan.
Distribusi tegangan yang tidak merata diantara celah sela api
(sparks gap) menimbulkan masalah.Untuk mengatasi ini dipasang
kapasitor dan tahanan non linear paralel dengan sela api.Pada daerah
tegangan yang lebih tinggi kapasitor dan tahanan linear dihubungkan
dengan paralel dengan badan celah. Bila tegangan lebih menyebabkan
loncatan bunga api pada celah-celah yang diserikan, arus akan sangat
tinggi untuk mempercepat redanya tegangan lebih.
41
Tegangan tertinggi yang akan muncul pada penangkal petir adalah
tegangan loncatan atau tegangan yang terjadi pada tahanan tak linear pada
saat lonjakan arus mengalir. Tegangan loncatan bunga api terendah dari
penangkal disebut tegangan loncatan pulsa bunga api seratus
persen (Maximum 100% Impulse Spark Over Voltage). Tegangan yang
dibangkitkan tahanan non linear pada saat arus loncatan mengalir disebut
tegangan residu. Semakin rendah harga-harga ini semakin baik tingkat
perlindungan pada peralatan.
Arus bocor yang mengalir melalui tahanan dalam dalam keadaan
operasi normal dari sistem tidak melebihi 0,1 mA. Arus ini sudah cukup
untuk mempertahankan temperature dibagian dalam arrester lima derajat
lebih tinggi dari temperature sekeliling sehingga mencegah masuknya uap
air kebagian dalam arrester.
Gambar 3.13. Elemen-elemen lightning arrester jenis silicon carbide (SIC).
B. Jenis Metal Oxide ( MOV)
Arrester jenis Metal Oxide hanya terdiri dari unit-unit tahanan tak
linear yang terhubung satu sama lainnya tanpa memakai sela percik pada
setiap unit.
Untuk arrester jenis Metal Oxide material tahanan tak linear pada
dasarnya keramik yang dibentuk dari oksida seng ( ZnO) dengan
penambahan oksida lain. Bahan ini telah banyak dipakai untuk
perlindungan rangkaian-rangkaian yang bekerja pada beberapa kV sampai
dengan tegangan transmisi. Karena derajat ketidak linearan yang tinggi,
42
bahan ini memungkinkan penyederhanaan dalam desain dan dapat
memperbaiki penampilan dalam lingkungan tertentu.
Gambar 3.14. Elemen-elemen lightning arrester jenis metal oxide (MOV)
C. Jenis-jenis lightning arrester tipe tahanan tak linear
Gambar 3.15. Elemen-elemen lightning arrester jenis tahanan tak linear
Jenis Gardu (Station Type) , jenis ini merupakan penangkap petir
paling efisien dan mahal yang umumnya digunakan untuk melindungi
peralatan-peralatan penting pada gardu-gardu besar (sistem dengan
tegangan diatas 70 kV).
Jenis Hantaran (Line Type) , jenis ini lebih murah dan digunakan untuk
melindungi gardu dengan tegangan kerja dibawah 70 kV.
43
Penangkap petir jenis gardu untuk melindungi motor/generator,
digunakan untuk sistem dengan tegangan 2,2 kV sampai 15 kV.
Penangkap petir sekunder (Secondary Arrester) berguna untuk
melindungi peralatan-peralatan tegangan rendah dengan tegangan kerja
sistem antara 120 V sampai 750 V
3.2.4. Karakteristik Arrester
Oleh karena arrester dipakai untuk melindungi peralatan sistem tenaga
listrik maka perlu diketahui karakteristiknya sehingga arrester dapat digunakan
dengan baik didalam pemakaiannya. Arrester mempunyai tiga karakteristik dasar
yang penting dalam pemakaiannya yaitu tegangan rated 50 c/s yang tidak boleh
dilampaui, Ia mempunyai karakteristik yang dibatasi oleh tegangan (voltage
limiting) bila dilalui oleh berbagai macam arus petir.
Gambar 3.16. Karakteristik Arrester
Sebagaimana diketahui bahwa arrester adalah suatu peralatan tegangan
yang mempunyai tegangan ratingnya. Maka jelaslah bahwa ia tidak boleh
dikenakan tegangan yang melebihi rating ini, maka didalam keadaan normal
maupun dalam keadaan abnormal. Oleh karena itu menjalankan fungsinya ia
menanggung tegangan sistem normal dan tegangan lebih transiens c/s.
karakteristik pembatasan tegangan impuls dari arrester adalah harga yang dapat
44
ditahan oleh terminal ketika melewatkan arus – arus tertentu dan harga ini
berubah dengan singkat baik sebelum arus mengalir maupum mulai bekerja.
Untuk batas termis ialah kemampuan untuk mengalirkan arus surja dalam waktu
yang lama atau terjadi berulang – ulang tanpa menaikkan suhunya. Meskipun
kemampuan arrester untuk menyalurkan arus sudah mencapai 65000 – 100.000
ampere, tetapi kemampuannya untuk melewatkan surja hunbung terutama bila
saluran menjadi panjang dan berisi tenaga besar yang masih rendah.
Maka agar supaya tekanan stress pada isolasi dapat dibuat serendah
mungkin, suatu system perlindungan tegangan lebih perlu memenuhi persyaratan
sebagai berikut :
1. Dapat melepas tegangan lebih ketanah tanpa menyebabkan hubung singkat
ke tanah (saturated ground fault)
2. Dapat memutuskan arus susulan
3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang rendah, artinya
tegangan percikan sela dan tegangan pelepasannya rendah.
3.2.5. Dasar Pemilihan Arrester
Dalam memilih arrester yang sesuai untuk keperluan tertentu, beberapa
faktor harus diperhatikan, yaitu :
a) Kebutuhan perlindungan : ini berhubungan dengan kekuatan isolasi dari
alat yang harus dilindungi dan karakteristik impuls dari arrester.
b) Tegangan system : ialah tegangan maksimum yang mungkin timbul pada
jepitan arrester
c) Arus hubung singkat sistem : ini hanya diperlukan pada arrester jenis
ekspulsi.
d) Jenis arrester : apakah arrester jenis gardu, jenis saluran, atau jenis
distribusi.
e) Faktor kondisi luar : apakah normal atau tidak normal (2000 meter atau
lebih di atas permukaan laut), temperatur dan kelembaban yang tinggi
serta pengotoran.
45
f) Faktor ekonomi : faktor ekonomi ialah perbandingan antara ongkos
pemeliharaan dan kerusakan bila tidak ada arrester, atau dipasang arrester
yang lebih rendah mutunya.
Untuk tegangan 69 kV dan lebih tinggi dipakai jenis gardu, sedangkan untuk
tegangan 23 kV sampai 69 kV salah satu jenis di atas dapat dipakai,
tergantung pada segi ekonomisnya.
A. Kemampuan Arrester Terhadap Surja Hubung
Ada dua macam surja, surja petir dan surja hubung. Jika arrester
melepas surja hubungan maka tenaga yang harus ditampung arrester itu
lebih besar dari pada tenaga yang harus diserap bila surja petir yang
menyambar. Ketika arrester yang dapat memenuhi tugas kerja terhadap
surja hubung belum berhasil dibuat, maka arrester itu dirancang untuk
tidak melepas karena surja hubung dan tingkatan isolasi dari peralatan
yang dilindungi diperkuat terhadap surja hubung. Namun, pada sistem
dengan tegangan sangat tinggi, karena pertimbangan ekonomis
dikehendaki penurunan tingkat isolasi terhadap surja hubung. Oleh karena
itu, setelah arrester yang mampu menampung surja hubung ini dapat
dibuat, maka penekanan surja hubung oleh arrester mulai dilakukan.
Meskipun dikehendaki tegangan pelepasan terhadap surja hubung kurang
dari 70 % BIL dari peralatan yang dilindungi, suatu batas minimum
kadang-kadang diadakan, karena jika tegangan ini terlalu rendah, arrester
akan terlalu sering bekerja, dan ini mempercepat kerusakannya.Tingkat
pengenal dari sebuah lightning arrester dinyatakan sebagai berikut :
B. Tegangan nominal atau tegangan pengenal (UA atau Nominal Voltage
Arrester)
Adalah tegangan dimana lightning arrester masih dapat bekerja
sesuai dengan karakterisiknya. Lightning arrester tidak dapat bekerja pada
tegangan maksimum sistem yang direncanakan, tetapi masih tetap mampu
memutuskan arus ikutan dari sistem secara efektif.
46
Lightning arrester umumnya tidak dapat bekerja jika ada gangguan
fasa ke tanah di satu tempat dalam sistem, karena itu tegangan pengenal
dari lightning arrester harus lebih tinggi dari tegangan fasa sehat ke tanah,
jika tidak demikian maka, lightning arrester akan melalukan arus ikutan
sistem yang terlalu besaryang menyebabkan lightning arrester rusak
akibat beban lebih termal (thermal overloading).
Untuk mengetahui tegangan maksimum yang mungkin terjadi pada
fasa yang sehat ke tanah sebagai akibat gangguan satu fasa ke tanah perlu
diketahui.
1. Tegangan sistem tertinggi (the highest sistem voltage),
umumnya diambil harga 110 % dari harga tegangan nominal
sistem.
2. Koefisien Pentanahan Didefinisikan sebagai perbandingan
antara tegangan rms fasa sehat ke tanah dalam keadaan
gangguan pada tempat dimana lightning arrester dipasang,
dengan tegangan rms fasa ke fasa tertinggi dari sistem dalam
keadaan tidak ada gangguan. Jadi,
𝑉 (𝑎𝑟𝑟𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔)
= 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑘𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑥 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛
= 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑘𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑥 1.10 𝑥 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛
3. Sistem yang ditanahkan langsung koefisien pentanahannya 0.8.
Lightning arresternya disebut sebagai lightning arrester 80 %.
4. Sistem yang tidak ditanahkan langsung koefisien pentanahannya
1.0. Lightning arresternya disebut sebagai penangkap 100 %.
C. Arus Pelepasan Nominal (Nominal Discharge Current)
Arus Pelepasan Nominal adalah arus pelepasan dengan harga puncak dan
bentuk gelombang tertentu yang digunakan untukmenentukan kelas dari
lightning arrester sesuai dengan kemampuannya melalukan arus dan
karakteristik pelindungnya.
47
Bentuk gelombang arus pelepasan tersebut adalah:
1. Menurut standar Inggris/Eropa (IEC) 8 μs/20 μs
2. Menurut standar Amerika 10 μs/20 μs dengan kelas PP 10 kA,2.5 kA
dan 1.5 kA.
Kelas Arus Pelepasan terdiri dari:
a. Kelas Arus 10 kA, untuk perlindungan gardu induk yang besar dengan
frekuensi sambaran petir yang cukup tinggi dengan tegangan sistem
diatas 70 kv.
b. Kelas Arus 5 kA sama seperti (a), untuk tegangan sistem dibawah 70
kV.
c. Kelas Arus 2.5 kA, untuk gardu-gardu kecil dengan tegangansistem
dibawah 22 kV, dimana pemakaian kelas 5 kA tidak lagiekonomis.
d. Kelas Arus 1.5 kA, untuk melindungi trafo-trafo kecil di daerah-daerah
pedalaman.
D. Tegangan Percikan Frekuensi Jala-jala (Power Frequency Spark Over
Voltage)
Lightning arrester tidak boleh bekerja pada gangguan lebih dalam
(interval over voltage) dengan amplituda yang rendah karena dapat
membahayakan sistem. Untuk alasan ini maka ditentukan tegangan
percikan frekuensi jala-jala minimum, yaitu:
1. Menurut standar Inggris (B.S), Tegangan percikan frekuensi jala-jala
minimum = 1.6 x tegangan pengenal Lightning Arrester
2. Menurut standard IEC, Tegangan percikan frekuensi jala-jala
minimum = 1.5 x tegangan pengenal Lightning Arrester.
E. Tegangan Percikan Impuls Maksimum (Maximum Impulse Spark
Over Voltage)
Adalah tegangan gelombang impuls tertinggi yang terjadi pada
terminal lightning arrester sebelum lightning arrester tersebut bekerja.
Bentuk gelombang impuls tersebut menurut IEC Publ. 60 - 2 adalah 1.2
48
μs/50 μs. Hal ini menunjukkan bahwa jika tegangan puncak surja petir
yang datang mempunyaiharga yang lebih tinggi atau sama dengan
tegangan percikan maksimum darilightning arrester, maka lightning
arrester tersebut akan bekerja memotong surja petir tersebut dan
mengalirkannya ke tanah.
F. Tegangan Sisa (Residual Discharge Voltage)
Adalah tegangan yang timbul diantara terminal lightning arrester
pada saat arus petir mengalir ke tanah.Tegangan sisa dan tegangan
nominal dari suatu lightning arrester tertentu tergantung pada kecuraman
gelombang arus yang datang (di/dt dalam A/μs) dan amplituda dari arus
pelepasan (discharge current). Untuk menentukan tegangan sisa ini
digunakan impuls arus sebesar 8 μs/ 20 μs (IEC Standard) dengan harga
puncak 5 kA dan 10 kA.
Untuk harga arus pelepasan yang lebih tinggi maka tegangan sisa
ini tidak akan naik lebih tinggi lagi. Hal ini disebabkan karena
karakteristik tahanan yang tidak linier dari lightning arrester. Umumnya
tegangan sisa tidak akan melebihi Bil (Basic Insulation Level = Tingkat
Isolasi Dasar = TID) daripada peralatan yang dilindungi walaupun arus
pelepasan maksimumnya (Maximum Discharge Current) mencapai 65 kA
atau 100 kA.
G. Arus Pelepasan Maksimum (Maximum Discharge Current)
Adalah arus surja maksimum yang dapat mengalir melalui
lightning arrester setelah tembusnya sela seri tanpa merusak atau merubah
karakteristik dari Lightning Arrester.