12.1 Buku Petunjuk O&M LA PDF

PT PLN (Persero) LIGHTNING ARRESTER

Listrik untuk kehidupan yang lebih baik 2

DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN 1

II. KONSEP DASAR LIGHTNING ARRESTER 2

2.1 Sejarah Teknologi Lightning Arrester 2

2.1.1 Periode 1892-1908: Sela Udara Air Gaps dengan Modifikasi 2

2.1.2 Periode 1908-1930: Nonlinear Resistors, Puncturing & Reforming Film 4

2.1.3 Periode 1920-1930: Arrester dengan Lapisan Film Oksida 4

2.1.4 Periode 1930-1954: Resistor Non Linier SiC dengan Gap Nonactive 4

2.1.5 Periode 1954-1976: Resistor Non Linier SiC dengan Active Gaps 5

2.1.6 Periode 1976-sekarang: Zinc Oxide Arresters 5

2.2 Standar Internasional 7

2.3 Konsep Dasar Lightning Arrester 8

2.3.1 Ragam Over Voltage (Tegangan Lebih) 8

2.3.2 Resistor SiC (Silicon Carbide) dan ZnO (Zinc Oxide) 9

2.3.3 Parameter Arrester Metal Oksida 10

2.3.4 Pertimbangan Pemasangan Arrester 12

2.3.5 Proses Gelombang Berjalan 13

2.3.6 Drop Tegangan Induktif 15

2.3.7 Discharge Current Lebih Tinggi daripada Nominal 15

2.4 Desain Konstruksi Metal Oksida 17

2.5 Konfigurasi Lightning Arrester 23

2.5.1 Pemilihan Nilai Tegangan Operasi Kontinu dan Tegangan Rated 26



2.5.2 Pemilihan Nilai Nominal Discharge Current 28

2.5.3 Pemilihan Line Discharge Class 29

2.5.4 Pemilihan dan Review Level Proteksi 31

2.5.5 Pemilihan Housing/ Kompartemen 33

2.5.6 Kondisi Operasi 38

2.6 Ragam Lightning Arrester 38

2.6.1 Berdasarkan Level Tegangan Peralatan yang dilindungi 38

2.6.2 Berdasarkan Letak Pemasangan 39

2.7 FMEA Lightning Arrester 42

2.7.1 Sub Sistem Pemotong Surja 42

2.7.2 Sub Sistem Isolasi 42

2.7.3 Sub Sistem Counter & Meter Petunjuk 43

2.7.4 Sub Sistem Pentanahan 44

2.7.5 Sub Sistem Pengaman Tekanan Lebih Internal 44

2.7.6 Sub Sistem Konstruksi Penyangga 46

2.7.7 Sub Sistem Konektor 46

2.7.8 Sub Sistem Asesoris 47

FAILURE MODE AND EFFECT ANALYSIS (FMEA) 48

III. PEDOMAN PEMELIHARAAN LIGHTNING ARRESTER 54

3.1 Pemeliharaan Preventif 54

3.2 Pemeliharaan Rutin 55

3.2.1 In Service Visual Inspection 56



3.2.2 Shutdown Function Check 61

3.3 Predictive Maintenance 62

3.3.1 In Service Measurement 63

3.3.1.1 Pengukuran Thermovisi 63

3.3.1.2 Pengujian Korona 67

3.3.1.3 Pengukuran Arus Bocor Resistif dengan LCM 70

3.3.1.3.1 Model MOSA 71

3.3.1.3.2 Metode 1: Pengukuran Arus Bocor Total 73

3.3.1.3.3 Metode 2: Pengukuran Arus Bocor Resistif Langsung 73

3.3.1.3.4 Metode 3: Analisis Harmonisa Arus Bocor 74

3.3.1.3.5 Metode 4: Analisis Harmonisa Orde Ke-3 dengan Kompensasi 75

3.3.1.3.6 Konsep Pengukuran 76

3.3.1.3.7 Konsep Perhitungan 77

3.3.1.3.8 Alat Uji LCM II 80

3.3.1.3.9 Pengukuran dengan Alat Uji LCM II 82

3.3.1.4

3.4

Pengukuran Arus Bocor Total menggunakan CT Clip ON

Shutdown Measurement

83

83

3.4.1 Pengukuran Wattloss menggunakan Tan Delta 83

3.5 Pengukuran Tahanan Isolasi (Megger) 87

3.6 Corrective Maintenance 90

3.6.1 Planned Corrective Maintenance 90

3.6.2 Unplanned Corrective Maintenance 90



IV EVALUASI HASIL PEMELIHARAAN LIGHTNING ARRESTER 91

4.1 Standar Evaluasi Hasil Pemeliharaan LA 92

4.2 Evaluasi Hasil Inspeksi Level-1 93

4.3 Evaluasi In-Service Measurement 97

4.3.1 Pengukuran Thermovisi 97

4.3.2 Pengukuran Korona 98

4.3.3 Pengukuran Watt Loss menggunakan Alt Uji Tan Delta 99

4.3.4 Pengukuran LCM 100

4.3.4.1 Proses Pembacaan Data Hasil Ukur 100

4.3.4.2 Kurva Koreksi 100

V REKOMENDASI 103

5.1 Rekomendasi Hasil Pemeliharaan Rutin 103

5.2 Evaluasi In-Service Measurement 105

5.2.1 Rekomendasi Hasil Pengukuran Tan Delta (Watt Loss) 106

5.2.2 Rekomendasi Hasil Pengukuran LCM 106



DAFTAR ISTILAH

DAFTAR PUSTAKA



BAB 1

PENDAHULUAN Dalam Perusahaan Tenaga Listrik pemeliharaan sarana instalasi memegang peranan sangat penting dalam menunjang kualitas dan keandalan penyediaan tenaga listrik kepada konsumen. Pemeliharaan sarana instalasi adalah salah satu proses kegiatan yang bertujuan menjaga kondisi peralatan, sehingga dalam pengoperasiannya peralatan dapat selalu berfungsi sesuai dengan karakteristik desainnya.

Selama ini pemeliharaan sarana instalasi listrik yang dilaksanakan di PT PLN (Persero) mengacu pada Buku Pedoman Pemeliharaan Sistem Tenaga Tahun 1984 sesuai SE_032 /PST/1984 beserta revisi-revisinya dan petunjuk pemeliharaan pada manual books masing- masing peralatan yang masih menggunakan pola Pemeliharaan Berbasis Waktu (Time Based Maintenance). Seiring dengan perjalanan waktu, perkembangan teknologi dan dimulainya penerapan pola Pemeliharaan Berbasis Kondisi (Condition Based Maintenance) di PT PLN (Persero), maka dirasa perlu adanya Buku Pedoman Pemeliharaan dan Asesmen Kondisi Peralatan Sistem Tenaga baru yang dapat mengakomodasi perubahan-perubahan yang terjadi.



Buku Pedoman Pemeliharaan dan Asesmen Kondisi Peralatan Sistem Tenaga ini mencakup Komponen dan Fungsi Peralatan, Failure Mode and Effect Analysis (FMEA), Pedoman Pemeliharaan SUTT & SUTET dan Evaluasi Hasil Pemeliharaan sebagai dasar asesmen kondisi peralatan serta Rekomendasi untuk acuan tindak lanjut kondisi peralatan. Dengan terbitnya buku ini dapat meningkatkan efisiensi dan efektifitas dari kegiatan pemeliharaan itu sendiri serta merubah pola pemeliharaan di PT PLN (Persero) yang tadinya menggunakan Time Based Maintenance 80% dan Corrective Maintenance 20% menjadi pola pemeliharaan yang menggunakan Time Based Maintenance 40%, Condition Based Maintenance 50% dan Corrective Maintenance 10% sehingga mempunyai nilai lebih untuk menjadi sistem pemeliharaan yang berstandar nasional.



BAB 2

KONSEP DASAR LIGHTNING ARRESTER

Surge Arrester merupakan peralatan yang didesain untuk melindungi peralatan lain dari tegangan surja (baik surja hubung maupun surja petir) dan pengaruh follow current. Sebuah arrester harus mampu bertindak sebagai insulator, mengalirkan beberapa miliampere arus bocor ke tanah pada tegangan sistm dan berubah menjadi konduktor yang sangat baik, mengalirkan ribuan ampere arus surja ke tanah, memiliki tegangan yang lebih rendah daripada tegangan withstand dari peralatan ketika terjadi tegangan lebih, dan menghilangan arus susulan mengalir dari sistem melalui arrester (power follow current) setelah surja petir atau surja hubung berhasil didisipasikan.

2.1 Sejarah Teknologi Lightning Arrester

Sejak sistem listrik AC mulai diimplementasikan sekitar 100 tahun lalu di saluran transmisi, teknologi proteksi petir sudah mulai dikembangkan, mulai dari teknologi yang hanya memanfaatkan sela udara (gap), kemudian berkembang dengan memanfaatkan kombinasi antara sela udara dan resistor non linear, serta yang terakhir menggunakan resistor non linear tanpa gap (teknologi terakhir ini mulai diimplementasikan mulai 20 tahun silam). Mayoritas Arrester pada Sistem Transmisi di PLN saat ini telah menggunakan arrester dengan teknologi terakhir yg memanfaatkan keping ZnO tanpa gap.

Perkembangan teknologi Arrester dapat dilihat sebagai berikut: 1892 1908 : Penggunaan Air Gaps 1908 1930 : Multiple gaps dengan resistan 1920 1930 : Lead Oxide dengan resistor 1930 1960 : Passive Gapped Silicon Carbide 1960 1982 : Active Gapped Silicon Carbide 1976 skrg : MOSA tanpa gap 1985 skrg : MOSA tanpa gap dengan polymer housings



2.1.1 Periode 1892 - 1908: Sela Udara Air Gaps dengan Modifikasi Proteksi selama periode awal ini hanya menggunakan sela udara sederhana dari line ke ground. Gap dapat didesain agar terjadi spark over pada tegangan yang cukup rendah untuk menyediakan perlindungan petir yang baik, tanpa tegangan discharge. Akan tetapi, sela udara tidak mampu menghilangkan power follow current kecuali sebuah resistansi dipang seri untuk membatasi magnitude arus dan meningkatkan nilai power factor dari sirkuit interrupting. Sekalipun demikian, sela udara membutuhkan operasi CB atau fuse untuk memadamkan power follow current.

Beberapa pengembangan teknologi dilaksanakan pada periode ini, dimana dikembangkan apa yang dinamakan dengan elektroda-elektroda nonarcing terbuat dari tembaga atau brass, dan pengembangan multiple gap dengan bertingkat; walau demikian derajat pengamanan petir terbatasi oleh erratic sparkovers yang tergantung pada tekanan udara dan kelembaban, dan follow current yang besar menghasilkan erosi pada elektroda-elektroda.

Gambar 1. Multi Spark Air Gap

Proteksi selama periode awal ini hanya menggunakan sela udara sederhana dari line ke ground. Gap dapat didesain agar terjadi spark over pada tegangan yang cukup rendah untuk menyediakan perlindungan petir yang baik, tanpa tegangan discharge. Akan tetapi, sela udara tidak mampu menghilangkan power follow current kecuali sebuah resistansi dipasang seri untuk membatasi magnitude arus dan meningkatkan nilai power factor dari sirkuit



interrupting. Sekalipun demikian, sela udara membutuhkan operasi CB atau fuse untuk memadamkan power follow current.

Beberapa pengembangan teknologi dilaksanakan pada periode ini, dimana dikembangkan apa yang dinamakan dengan elektroda-elektroda nonarcing terbuat dari tembaga atau brass, dan pengembangan multiple gap dengan bertingkat; walau demikian derajat pengamanan petir terbatasi oleh erratic sparkovers yang tergantung pada tekanan udara dan kelembaban, dan follow current yang besar menghasilkan erosi pada elektroda-elektroda.

2.1.2 Periode 1908 - 1930: Nonlinear Resistors berdasarkan Puncturing dan Reforming Film Arrester yang pertama kali menggunakan elemen valve nonlinear adalah sel alumunium, pertama diperkenalkan di tahun 1908. Sebuah arrester sel alumunium comprised bola atau horn gap dipasang seri dengan tanki yang berisi sel alumunium. Setiap sel memiliki level tegangan 300 Volt. Elektrolit ditabur di dalam cone untuk memishkan antar sel, beberapa cone dimasukkan ke dalam tanki berisi minyak. Lapisan film yang berada di dalam plat dapat punctured oleh lightning discharge, namun akan membentuk kembali atau heal rapidly setelah proses discharge. SEcara fisik, arrester ini berukuran besar dan memerlukan pemeliharaan khusus, seperti kebutuhan pengecekan plat film harian.

2.1.3 Periode 1920 - 1930: Arrester dengan Lapisan Film Oksida Tipe ini terus diproduksi hingga tahun 1955. Arester jenis ini terdiri dari gap yang dipasang seri dengan sejumlah sel yang berisi lead peroksida. Pada ujung pelat sel dibungkus dengan lapisan film insulasi. Ketika lapisan film insulasi mengalami surge, nilai resistansi benjadi rendah dan arus mengalir. Lead peroksida menjadi bersifat high resistan untuk memadamkan follow current. Arrester dapat beroperasi sekian kali sebelum sel memerlukan rekondisi.

2.1.4 Periode 1930 - 1954: Resistor Non Linier Silicon Carbide dengan Gap Nonactive Blok resistor non linear terbuat dari Silicon Carbide pertama diperkenalkan di tahun 1930 dan bertahan dalam penggunaan sampai hamper 50 tahun. Nilai tegangan pada blok secara kasar didefinisikan sebagai V=Ki dengan range nilai K bervariasi 3 6 tergantung pada bijih Silicon Carbide dan proses bonding dan pembakaran selama pabrikasi. Ukuran arrester ini 80% lebih kecil bila dibandingkan dengan generasi Film Oksida. Higga akhir era 1940, dilakukan reduksi lebar gap sparkover menggunakan gap preionizasi, juga penggunaan material gasket karet untuk menghindari masuknya moisture.



2.1.5 Periode 1954 - 1976: Resistor Non Linier Silicon Carbide dengan Active Gaps Gap arrester active diatur sehingga medan magnetis dihasilkan oleh koil (atau komponen lain dengan fungsi sama) mengerakka power follow current arc dari titik inisiasi menuju tempat pada struktur gap dimana proses pemadaman berlangsung.

2.1.6 Periode 1976 - sekarang : Zinc Oxide Arresters Elemen valve, terbuat dari Zinc Oksida dengan sejumlah komponen additive untuk memenuhi karakteristik sesuai dengan yang diinginkan. Material dasar penyusun keping blok MOSA adalah ZnO (~90% berat), sementara zat aditif lain terdiri dari: MnO, B2O3, NiO, Sb2O3, Cr2O3 (~10% berat).

Gambar 2. Keping Blok Metal Oksida Senyawa ZnO memiliki kemampuan konduktivitas sangat baik ketika dilewati arus kerja discharge-nya pada interval arus 1-100 kA, namun akan berlaku sebagai kapasitor atau resistansi tinggi ketika dilewati arus di bawah nilai tersebut. Hal ini terkait dengan Karakteristik Tegangan Arus (V-I Characteristics) dari Senyawa Metal Oksida. Untuk elemen ZnO dengan diameter 3 inchi, arus yang dapat dialirkan dari kondisi normal ke kondisi surja dari 0,1 Ampere mencapai 10000 Ampere.

Kemampuan disipasi energi dari ZnO pun jauh lebih baik bila dibandingkan dengan kemampuan Silikon Karbida. Sebuah Keping Metal Oksida dengan diameter 3 inchi dan tinggi 2,1 inchi memiliki kemampuan disipasi yang sama dengan keping SIlikon Karbida plus gap berdiameter 3 inchi dengan ketinggian masing-masing 2,2 inchi. Desain tanpa gap ini



memungkinkan desain arrester metal oksida menjadi lebih pendek dengan rating pressure relief mencapai 65 000 Ampere RMS Simeteris.

Gambar 3. Kurva Karakteristik V-I dari Keping Blok Metal Oksida

Tidak mungkin membandingkan setiap teknologi dari sejak 100 ataupun 50 tahun silam secara detail oleh karena perbedaan teknik pelaksanaan tes dan perbedaan cara penggunaan informasi. Akan tetapi table di bawah ini menunjukkan perbandingan nilai sparkover, discharge voltage, dan tinggi (ukuran) arrester.

Tabel 2.1. Perubahan Level Proteksi 1930 1985



2.2 Standar Internasional

Dalam penyusunan buku pedoman ini, digunakan beberapa standar yang mengacu pada Standar Eropa (IEC), Amerika (IEEE/ ANSI), juga beberapa batasan yang diperoleh secara spesifik dari pabrikan (sebagai contoh batasan nilai arus bocor resistif yang diperkenankan pada arrester). Beberapa standar yang dijadikan rujukan adalah sebagai berikut:

IEC 60099-1, 1999 : Non-linear resistor type gapped surge arresters for a.c. systems IEC 60099-3, 1990 : Artificial Pollution Testing of Arrester IEC 60099-4, 2001 : Metal Oxide Surge Arresters without Gaps for AC Systems IEC 60099-5, 2000 : Selection and Application Recommendations IEC 60507, 1991 : Artificial Pollution Test on High-Voltage Insulators to be used in AC

systems

ANSI/IEEE Std C62.2-1987: Guide for the Application of Gapped Silicon-Carbide Surge Arresters for Alternating Current Systems

IEEE C62.1-1989: Standard for Gapped Silicon-Carbide Surge Arresters for AC Power Circuits

IEEE Std C62.22-1997: Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-Current Systems

IEEE Std C62.11-2005: Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power Circuits (>1 kV)

Selain standar-standar di atas, implementasi arrester di sebuah gardu induk ataupun pada saluran transmisi juga perlu mempertimbangkan keterkaitan koordinasi isolasi, sebagai berikut: IEC 60071-1, 1993 : Insulation Coordination Part1: Definition, Principles, Rules IEC 60071-2, 1996 : Insulation Coordination Part2: Application Guide



2.3 Konsep Dasar Lightning Arrester

Lightning Arrester/ Arrester/ Surge Arrester memiliki peran penting di dalam koordinasi isolasi peralatan di gardu induk. Fungsi utama dari Lightning Arrester adalah melakukan pembatasan nilai tegangan pada peralatan gardu induk yang dilindunginya. Panjang lead yang menghubungkan arrester pun perlu diperhitungkan, karena inductive voltage pada lead ini ketika terjadi surge akan mempengaruhi nilai tegangan total paralel terhadap peralatan yang dilindungi. Untuk memahami kerja sebuah arrester, maka akan dijelaskan lebih rinci di bawah melalui contoh kasus yang diperoleh dari Siemens Handbook Metal Oxide Arrester.

2.3.1 Ragam Over Voltage (Tegangan Lebih) Pada kurva di bawah ini menunjukkan bagaimana arrester melakukan pemotongan tegangan lebih terhadap beragam jenis surja:

Gambar4. Skematik diagram yang menggambarkan level tegangan yang mungkin timbul pada peralatan gardu induk, bila diinstall LA ataupun tanpa diinstall Lightning Arrester (1.p.u.=2.Us/3 )

Melalui kurva tersebut terlihat bahwa durasi overvoltage berbeda satu sama lain, yaitu: 1. Lightning Overvoltage fast front overvoltage (Durasi Microseconds) 2. Switching Overvoltages slow front overvoltage (Durasi Milliseconds) 3. Temporary Overvoltages TOV (Durasi seconds), missal akibat gangguan sistem



2.3.2 Resistor SiC (Silicon Carbide) dan ZnO (Zinc Oxide) Sekalipun Arrester jenis ber-gap dengan resistor non linear SiC (Silicon Carbide) masih terpasang pada sebagian kecil Gardu Induk, namun mayoritas Arrester yang kini terpasang adalah jenis tanpa gap, dimana Varistor Metal Oksida (ZnO) digunakan sebagai komponen resistor non linear. Keunggulan dari Arrester Metal-Oksida adalah karakteristik tegangan-arus non-linear (V-I) yang ekstrim.

Pada Arrester yang masih menggunakan komponen SiC, diperlukan gap untuk melakukan discharge overvoltages. Peristiwa arcing pada gap arrester ini mungkin menimbulkan panas berlebih pada kedua titik gap.

Gambar 5. Perbandingan Karakteristik V-I antara Arrester jenis Metal Oksida dan jenis Silicon Carbida



2.3.3 Parameter Arrester Metal Oksida

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa keistimewaan arrester jenis metal oksida adalah memiliki karakteristik V-I yang ekstrim, sehingga tidak memerlukan gap udara tambahan dalam proses pemotongan tegangan surja. Pada kasus ini, diberikan contoh arrester yang terpasang pada sebuah sistem 420 kV, dimana arrester memiliki residual voltage (10kA) sebesar 823 kV. Kurva V-I arrester tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. di bawah ini:

Gambar 6. Kurva Karakteristik V-I dari Arrester Jenis Metal Oksida

Tegangan power frequency merupakan besaran tegangan fasa ke tanah yang dioperasikan secara kontinu terhadap arrester. Pada kurva di atas, nilainya adalah:

Di saat yang bersamaan mengalir besaran arus bocor (leakage current) yang sebagian besar mengandung komponen kapasitif, dengan sebagian kecil komponen resistif. Pada kurva V-I di atas Gambar 6., nilai arus yang direpresentasikan merupakan besaran nilai arus resistif.



Untuk mendapatkan gambaran besaran arus komponen kapasitif, dapat dilihat pada grafik osiloskop seperti pada Gambar 7 di bawah ini : Pada tegangan power frequency 343 kV, besaran arus resistif menurut kurva V-I (Gambar 6) bernilai 100 A, sementara kurva yang ditunjukkan melalui osiloskop ditunjukkan dalam kurva di bawah ini memiliki nilai puncak 0,75 mA yang merupakan arus bocor total, dimana mayoritas mayoritas arus memiliki komponen kapasitif :

Gambar 7. Grafik Osiloskop Arus bocor pada Arrester

Continuous Operating Voltage, disimbolkan Uc (bila merujuk pada standar IEC), sama artinya dengan MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) bila mengacu ANSI/ IEEE, merupakan nilai tegangan power-frequency dimana arrester dapat terus beroperasi tanpa batasan tertentu. Seluruh bagian arrester, yang telah diujikan pada type test, mampu bekerja dengan baik level tegangan kontinu ini. Parameter ini sering salah diartikan dengan Rated Voltage.

Rated Voltage. Nilai rated mencerminkan kemampuan arrester dalam menghadapi Temporary Overvoltage. Rated voltage ini hanya boleh dialami oleh arrester selama durasi tertentu, yaitu 10 detik. (beberapa pabrikan memberikan durasi hingga 100 detik). Pada saat mencapai rated voltage (lihat kurva V-I pada Gambar 6.) besar arus bocor (komponen resistif) menjadi 1 mA. Nilai arus tersebut cukup besar untuk menghasilkan panas di dalam kompartemen arrester dalam waktu panjang. Umumnya relasi antara Ur dan Uc, ditunjukkan oleh nilai: Ur = 1,25 x Uc.



Lightning Impulse protective Levels. Merupakan parameter yang paling penting pada Lightning Arrester. Nilai ini menunjukkan besar tegangan diantara kedua ujung arrester ketika nominal discharge current mengalir melalui arrester. Lightning current impulse bervariasi dari 1,5 kA hingga 20 kA (IEC 60099-4). Utk Arrester HV (Us>= 123 kV), umumnya hanya terdapat kelas 10kA dan 20 kA.

Pada contoh kurva V-I Gambar 6 di atas, dipilih arrester dengan kelas 10kA. Pernyataan lightning impulse protective level = 823 kV berarti tegangan pada saat arrester dialiri arus impulse 8/20 s dengan peak 10 kA maka besar tegangan di antara kedua terminal arrester adalah sebesar 823 kV. UNtuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 8. Contoh Residual Voltage pada Arrester pada nominal discharge current

Tentu nilai peak dari residual voltage akan berbeda, bila arus nominal lightning yang diinjeksikan bukan arus ideal.

2.3.4 Pertimbangan Pemasangan Arrester Setiap peralatan di gardu induk memiliki Standard Lightning Impulse With-stand Voltage (juga dikenal sebagai nilai BIL) sesuai desain. Pada sistem 420 kV nilai ini sebesar 1425 kV, sementara pada banyak GITET miliki PLN, untuk sistem 500kV memiliki nilai BIL bervariasi antara 1550 1800 kV. Menurut IEC 60071-2, tegangan tertinggi yang diperbolehkan pada



peralatan beroperasi dengan non-self-restoring (contoh Transformator), merupakan nilai Standard Lightning Impulse withstand Voltage dibagi dengan safety factor 1,15.

Sehingga untuk sistem 420 kV, tegangan tertinggi yang diperbolehkan pada peralatan ketika mengahadapi surja adalah sebesar 1239 kV. Tidak jarang nilai batas aman ini terlampaui. Hal-hal yang memungkinkan batas ini terlampaui adalah sebagai berikut:

2.3.5 Proses Gelombang Berjalan Kenaikan secara cepat nilai over voltage akan menyebar dalam bentuk gelombang berjalan (travelling wave) pada line. Pada kondisi demikian, dimana nilai surge impedance (surge impedance: impedansi relevan selama proses terjadinya gelombang berjalan di dalam saluran transmisi) berubah, terjadi peristiwa refraksi dan refleksi (lihat gambar di bawah ini). Ketika gelombang berjalan mencapai sebuah ujung saluran tanpa terminasi, maka gelombang tersebut akan dipantulkan ke arah balik. Level tegangan pada setiap titik secara instan di saluran merupakan penjumlahan dari nilai instan yang berbeda dari setiap gelombang tegangan individual. Sehingga pada ujung saluran, nilai tegangan menjadi dua kalinya.

Gambar 9. Skema Proses Gelombang Berjalan

Sebuah trafo, merupakan ujung tidak terminasi oleh karena induktivitas belitan pada gejala transien merupan resistansi yang jauh lebih besar bila dibandingkan dengan impedansi surja dari saluran. Pada skema di atas, gelombang berjalan bergerak dengan kecepatan cahaya yaitu 300.000 km/ detik. Dalam contoh ini pula, arrester dianggap sebagai arrester ideal, dimana arrester akan tetap bersifat sebagai insulator hingga beda potensial diantara kedua



ujungnya mencapai 823 kV, juga tegangan lebih tinggi akan dibatasi pada nilai tersebut (prosos pemotongan tegangan surja). Oleh karena jarak antara arrester dan trafo adalah 30 meter, maka surja akan mencapai trafo dalam waktu 0,1 s kemudian. Pada saat gelombang berjalan mencapai trafo, tegangan di arrester mencapai nilai: 1000kV/ s . 0,1 s = 100kV (arrester masih bersifat sebagai insulator)

Gelombang berjalan akan dipantulkan kembali setelah mencapai transformator. Superimpose (penjumlahan) dari gelombang datang dan pergi menyebabkan steepness meningkat menjadi 2 kali lipat yaitu: 2000 kV/ s. Dalam durasi 0,1 s kemudian, gelombang tersebut akan mencapai arrester sehingga tegangan di arrester mencapai 200 kV. Pada kondisi ini arrester masih bersifat sebagai insulator. Situasi pada arrester tidak berubah hingga tegangan pada terminal-terminalnya mencapai nilai 823 kV.

Berdasarkan asumsi awal, bahwa pada LA ideal, nilai tegangan yang lebih tinggi daripada residual voltage tidak akan mampu dilalui oleh arrester. Sesuai dengan aturan proses gelombang berjalan, maka nilai 823 kV hanya dapat dicapai jika terdapat surja tegangan dengan polaritas negative yang memiliki kecuraman 2000 kV/ s menyebar menuju kedua sisi dari arrester.

Pada saat tegangan arrester tertahan pada 823 kV, 0.1 s kemudian sebelum gelombang berjalan negative mencapai trafo, tegangan di arrester telah mencapai 1023 kV. Hanya saja, dalam kondisi demikian tegangan 823 kV telah dibumikan melalui arrester, sehingga hanya 200 kV yang berjalan menuju transformator.

Contoh di atas memberikan gambaran bahwa mungkin saja, tegangan pada peralatan akan lebih tinggi di arrester itu sendiri ketika terjadi surja. Seberapa besar tegangan pada peralatan tergantung pada:

1. Jarak antara Arrester dan peralatan yang dilindungi 2. Nilai front steepness dari surja tegangan

Sebagai contoh pada perhitungan di atas, bila jarak antara arrester dan transformator ditingkatkan menjadi 2x dan nilai steepness meningkat 10%, maka berdasarkan perhitungan gelombang berjalan tegangan pada transformator menjadi > 1239 kV. Hal ini berarti juga bahwa arrester memiliki zona proteksi yang terbatas.



2.3.6 Drop tegangan induktif Pemasangan arrester dalam contoh di atas, digambarkan dalam gambar di bawah ini:

Gambar 10. Skema pemasangan Lightning Arrester Jarak dari Over Head Line Conductor menuju bumi adalah 10 meter. Bila diasumsikan bahwa nilai induktansi konduktor adalah 1 H/ m, maka total nilai induktansi untuk jarak 10 meter adalah 10 H. Bila dalam kasus ekstrim, arus steepness yang menuju arrester sebesar 10kA/s, maka akan terdapat tegangan sebesar 100kV pada arrester yang akan mensumperimpose tegangan discharge arrester.

2.3.7 Discharge Current lebih tinggi daripada nominal discharge current pada arrester Level proteksi dari sebuah arrester didefinisikan sebagai nilai residual voltage pada arrester ketika arrester tersebut dialiri oleh arus nominal discharge standar. Arrester memiliki kemampuan untuk dialiri arus discharge yang lebih tinggi, namun semua tergantung pada kurva V-I keping metal oksidanya sendiri.

Oleh karena itu dalam memasang arrester perlu dipertimbangkan beberapa detil, seperti: jarak dari arrester dan peralatan yang dilindungi, karakteristik surja di GI/ GITET. Umumnya digunakan factor pembagi 1,4 antara nilai Standard Lightning Impulse Withstand Voltage



(dikenal juga dengan istilah BIL) dan nilai Lightning Impulse Protective Level dari Arrester itu sendiri.

Selain mempertimbangkan agar arrester beroperasi stabil pada kondisi operasi tegangan kontinu, dan memilih nilai level proteksi serendah mungkin (Karakteristik V-I pada nilai arus tinggi), namun juga perlu mempertimbangkan kemampuan absorpsi energi. Kemampuan absorbs pada setiap individu arrester sangat terkait pada hal sebagai berikut:

1. Energi yang diinjeksi secara instan. (single Impulse Energy Absorption Capability). Selama Arrester mengalami pukulan single dari surja, maka akan timbul panas yang tinggi dalam keping metal oksida, panas ini memungkinkan kerusakan pada keping metal oksida, belum lagi, bila distribusi material penyusun Keping MO tidak sempurna akibat keterbatasan kemampuan proses pabrikasi. Selain panas, stress pukulan mekanis pun dihasilkan pada keping metal oksida, hal ini dapat merusak fungsi arrester. Besaran batasan kemampuan terhadap Impulse tunggal ini perlu didefinisikan oleh pabrikan.

Gambar 11. Kerusakan keping Metal Oksida

2. Kemampuan Absorpsi Energi Thermal, (Thermal Energy Abosorption Capability). Merupakan level energi maksimum yang diinjeksikan ke dalam arrester, dimana arrester masih mampu melakukan proses pendinginan secara otomatis ke suhu normal operasinya.

Kurva di bawah ini menunjukkan titik-titik suhu dimana arrester beroperasi. Pada titik stable operation point, panas yang dihasilkan oleh arrester masih mampu didisipasikan keluar dari arrester. Titik thermal stability limit merupakan batas atas dari suhu maksimum yang dapat diterima oleh Lightning Arrester, selama keping metal oksida



belum mencapai titik suhu tersebut maka suhu dari keping metal oksida masih dapat diturunkan ke suhu normal operasi. Nilai typical pada titik ini adalah 170 200OC

Gambar 12. Kurva Stabilitas Thermal

2.4 Desain Konstruksi Metal Oksida

Dalam sub bab ini akan dijelasakan beberapa bagian yang menjadi konstruksi dari arrester khusunya Arrester dengan Metal Oksida.

Active Part dari Arrester terdiri dari Kolom Varistor Metal Oksida yang dipasang dengan konstruksi supporting. Keping metal oksida dibuat dalam bentuk silinder yang besaran diameter keping tergantung pada kemampuan absorbsi energi dan nilai discharge arus. Nilai diameter bervariasi dari 30 mm untuk arrester kelas distribusi hingga 100 mm untuk arrester HV/EHV. Setiap keping blok memiliki tinggi bervariasi dari 20 hingga 45 mm. Semakin tinggi keping blok metal oksida akan semakin sulit proses produksinya.

Nilai residual voltage untuk setiap keping block metal oksida pada saat dilewatkan arus impulse standar 10 kA tergantung pada diameter keping itu. Sebagai contoh pada MO dengan diameter 32 mm nilai residual voltagenya adalah 450 V/ mm, sementara untuk diameter 70 mm nilai residual voltage menurun menjadi 280 V/mm.



Gambar 13. Keping Metal Oksida

Arrester dengan diameter 70 mm ini memiliki tinggi 45 mm, maka untuk satu keping blok metal oksida, mampu memberikan residual voltage sebesar 12, 5 kV. Bila arrester ini hendak memilikiresidual voltage sebesar 823 kV, maka diperlukan setidaknya 66 keping blok dipasang tersusun ke atas. Tinggi arrester akan mencapai 3 meter. Oleh karena ketinggian 3 meter dinilai tidak pratis, dan tidak memiliki kestabilan mekanis yang baik, maka arrester ini dibuat setidaknya 2 tumpuk.

Gambar 14. Struktur Lightning Arrester

Material Metal Oksida ditaruh dalam tabung yang terbuat dari aluminium. Tabung ini memiliki kemampuan menahan mekanis, juga sebagai pendingin keping. TUmpukan keping metal oksida ditaruh dalam sangkar rod, terbuat dari FRP (Fiber Glass Reinforced Plasctic).



Compression Ring dipasang pada ujung kolom active part untuk memastikan susunan berada dalam posisi tetap di dalam kompartemen housing. Kompartemen housing sendiri saat ini terbuat dari porcelain, walau beberapa sudah mulai beralih ke polimer. Alumunium flange direkatkan dengan menggunakan semen sebagai dudukan. Untuk bahan alumunium sendiri, menurut IEC 60672-3, terdapat 2 jenis yaitu: Porselin Quartz dan Porselin Alumina. Porselin Alumina memiliki daya tahan yang lebih baik. Proses glasur preselin tidak hanya pada sisi dalam dari arrester, namun juga pada sisi luar dari arrester.

Gambar 15. Struktur Pressure Relief

Sealing Ring dan Pressure Relief Diaphragm dipasang di kedua ujung arrester. Material sealing ring harus memiliki daya tahan terhadap kondisi ozone, agar tetap mampu melakukan seal dengan baik. Material yang sering dipilih adalah dari jenis material sintetis, jenis karet biasa tidak mampu digunakan untuk hal ini. Sementara untuk Pressure Relief Diapraghm, dipilih material dari jenis steel kualitas tinggi, atau nikel. Keduanya harus mampu tahan hingga 30 tahun, Pressure relief dan clamping ring disatukan dengan clamping ring yang dipasang pada flange menggunakan baud.

Pada saat terjadi proses discharge yang dibarengi dengan peningkatan suhu yang sangat tinggi, maka, akan terjadi pemuain suhu di dalam kompartemen arrester, kelebihan tekanan inilah yang perlu dilepas dari dalam kompartemen, pressure relief bekerja sebagai katup pelepasan.



Gambar 16. Arrester Porselain dengan 2 Kompartemen Grading ring penting diperlukan untuk arrester dengan ketinggian 1,5 2 meter (atau arrester yang ditumpuk menjadi beberapa unit). Grading Ring berfungsi sebagai control distribusi tegangan dari ujung atas arrester (bagian bertegangan) menuju bagian bawah, hal ini diperlukan oleh karena earth capacitance berpengaruh pada Lightning Arrester. Pemilihan ukuran grading ring pun perlu mempertimbangkan jarak antar fasa. Jarak aman antar konduktor sama dengan jarak antar grading ring antar fasa dari arrester.

Pada Arrester yang terpasang pada GI/ GITET umumnya dilengkapi dengan peralatan monitoring, apakah berupa counter, monitoring spark gap ataupun meter arus bocor. Arrester tidak langsung dibumikan, namun dilewatkan terlebih dahulu pada peralatan monitoring tersebut, sehingga dibutuhkan juga insulating feet/ insulator dudukan.



Gambar 17. Counter Arrester dan Meter Arus Bocor Total

Surge Counter berfungsi untuk menghitung jumlah kerja dari arrester melakukan proses discharge, sementara leakage cureent detector berfungsi untuk memberikan besaran arus bocor pada arrester pada tegangan operasi kontinu, nilai arus bocor ini merupakan arus bocor total yang umumnya merupakan arus kapasitif, arus bocor ini juga bergantung pada besar arus bocor permukaan yang nilainya tergantung pada kebersihan housing dari arrester. Arus bocor dari kapasitansi bocor peralatan gardu induk lain juga memungkinkan untuk turut terukur oleh meter ini.

Spark Over detector memiliki fungsi yang serupa dengan surge counter, hanya saja, untuk melihat apakah arrester tersebut telah melakukan proses discharge kompartemen SparOver perlu dibuka dan dilakukan pengecekan apakah terdapat tanda bekas discharge diantara kedua pelat tersebut.

Gambar 18. Peralatan Monitoring Spark Gap



Teknologi terakhir dari arrester adalah dengan memanfaatkan polimer sebagai kompartemen housing. Konstruksi desainnya tidak jauh berbeda dengan arrester dengan kompartemen terbuat dari porselin. Pada arrester kelas distribusi, polimer dicetak menempel dengan kolom metal oksida (molded), hal ini memberikan keuntungan: bebas void, ikatan yang kuat serta posisi permanen. Kelebihan lain yang diberikan adalah polimer memiliki kemampuan hydrophobicity yang baik, mudah dibawa, serta menurunkan biaya produksi.

Gambar 19. Arrester Polymer Kelas Distribusi (Molded)

Namun untuk arrester kelas HV/ EHV, desain mold tersebut tidak dapat dilakukan dengan pertimbangan kekuatan mekanis serta daya tahan elektris. Sehingga desainnya sama dengan arrester porselin, hanya saja menggunakan kompartemen polimer, seperti dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 20. Desain Arrester dengan Polymer Housing di Kelas HV/ EHV



2.5 Kofigurasi Lightning Arrester

Sebelum memahami lebih lanjut tentang proses konfigurasi arrester, perlu dipahami terlebih dahulu bagaimana requirement dan parameter-parameter yang mempengaruhi performa dari arrester. Secara mendasar, terdapat 2 kebutuhan dasar dari arrester, yang pertama adalah mampu memeberikan level proteksi yang memenuhi safety margin bagi peralatan yang dilindungi, dan yang kedua adalah bahwa arrester tersebut harus mampu bekerja dengan baik dalam tegangan operasional secara kontinu serta mampu menahan pengaruh transien ataupun setiap tegangan lebih yang muncul di dalam system, tanpa terpengaruh baik karakteristik elektris maupun thermalnya.

Kedua kebutuhan dasar tersebut saling terkait. Pada saat kita menurunkan level proteksi di sebuah peralatan, itu juga berarti semakin tinggi stress yang dialami oleh arrester selama tegangan operasi kontinu. Secara ringkas pemilihan arrester dapat dilihat dalam bagan pada halaman berikut ini:



Gambar 21. Diagram Pemilihan Arrester



HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN



Persyaratan tambahan arrester meliputi karakteristik elektris dari sebuah arrester: mereka tidak boleh berubah sepanjang rentang waktu tertentu, tidak berubah akibat pengaruh lingkungan, seperti polusi, radiasi sinar matahari ataupun pengaruh mekanis. Pendekatan seperti bagan di atas akan dijelaskan dalam sub-sub bab berikut di bawah ini.

2.5.1 Pemilihan nilai Tegangan Operasi Kontinu dan Tegangan Rated Langkah pertama adalah menentukan nilai tegangan operasi kontinu minimum terlebih dahulu, yaitu Uc, min. Nilai ini merupakan nilai tegangan system fasa ke tanah ditambah 5% dari nilai tersebut. Nilai kontinu yang dimaksud disini merupakan nilai tegangan yang berlangsung secara terus menerus (konstan) dalam kurun waktu lebih dari 30 menit. Namun nilai ini bergantung pada tipe pentanahan titik netral. Pada system netral terisolasi atau resonant earthed, tegangan phasa terhadap ground merupakan nilai fasa ke fasa dalam kasus gangguan 1fasa ke tanah. Dalam hal ini, nilai minimum tegangan operasi kontinu yang dipilih sama dengan nilai Tegangan system (Us).

Nilai tegangan rated diperoleh dengan men-kalikan nilai tegangan kontinu ini dengan factor 1,25, sehingga diperoleh nilai Ur1 = 1,25 x Uc,min. Sehingga diperoleh nilai tegangan rated untuk arrester sebagai berikut:

Dalam hal titik netral ditanahkan solid, Temporary Over Voltage mungkin mencapai nilai 1,4 kali dari nilai maksimum tegangan fasa ke tanah dari system dengan periode bervariasi dari 1/10 hingga beberapa detik. Tegangan power frequency yang nilainya berada di atas nilai tegangan operasi kontinu arrester hanya boleh dioperasikan selama beberapa saat saja. Semakin tinggi nilai tegangan, maka akan semakin pendek rentang waktu yang diperbolehkan. Nilai ini dapat ditunjukkan dalam kurva U-t. Kurva ini menunjukkan nilai rasio antara tegangan power



frequency dan tegangan rated (keduanya dalam rms) terhadap waktu. Rasio tersebut dilambangkan ktov.

Gambar 22. Kurva rasio TOV (U/ Ur) terhadap waktu Dari kurva di atas nampak bahwa tegangan rated hanya boleh dioperasikan selama 100 detik, sementara untuk nilai tegangan rated lebih tinggi 7,5% di atas tegangan operasi kontinu hanya dapat dioperasikan selama 10 detik saja.

Berdasarkan kurva di atas, maka pertimbangan nilai untuk nilai tegangan rated yang kedua adalah :

Dengan catatan bahwa nilai tegangan TOV dan durasinya telah diketahui sebelumnya. Bila informasi tersebut tidak diketahui, maka dalam kasus system netral yang ditanahkan solid, maka digunakan nilai ktov = 1,4 dan durasi 10 detik.

Berdasarkan bagan penentuan arrester yang telah disampaikan sebelumnya, setelah diperoleh nilai Ur1 dan Ur2, maka nilai tegangan rated yang dipilih adalah nilai maksimum diantara keduanya dibulatkan ke atas sebagai kelipatan ketiga (IEC 60099-4)



Jika ternyata nilai Ur2 lebih besar daripada nilai Ur1, maka nilai tegangan operasi kontinu perlu didefinisikan ulang sebagai:

2.5.2 Pemilihan nilai Nominal Discharge Current Nilai nominal discharge current pada Metal Oksida yang mengacu pada arrester MO, menurut IEC 60099-4 dipesifisikasikan ke dalam 5 nilai yang berbeda, masing-masing merujuk pada range nilai rated voltage yang berbeda:

Tabel 2.2 Spesifikasi Nominal Discharge Current

Pembagian kelas nilai arus discharge ini lebih ditujukan pada kebutuhan pengujian lebih lanjut dari arrester.

Untuk arrester tegangan tinggi, HV, hanya terdapat 2 kelas yakni 10kA dan 20 kA. Walau dalam table di atas, kelas 5 kA juga dimungkinkan untuk arrester terpadang pada tegangan rated 170 kV, namun hal ini tidak umum. IEC 60099-5 menyatakan bahwa nilai 5kA hanya dipergunakan sampai dengan Us=72,5 kV.

Perbedaan utama antara kelas 10 kA dan 20 kA adalah pada nilai Line Discharge Classnya, pada arrester kelas 10 kA, nilai Line Discharge Class pada kelas 1 sampai 3. Sementara untuk



arrester kelas 20 kA, nilai Line Discharge Class berada pada kelas 4 sampai 5 (akan dijelaskan pada sub-sub bab pemilihan line discharge class).

2.5.3 Pemilihan Line Discharge Class Line Discharge Class merepresentasikan kondisi karakteristik actual dari arrester. Parameter ini merepresentasikan kemampuan arrester dalam melakukan absorpsi energi (berdasarkan IEC 60099-4).

Definisi line discharge class berawal dari asumsi bahwa ada sebuah saluran transmisi yang panjang, mengalami overvoltage selama proses operasi switching dan akan terjadi discharge pada arrester yang berada di Gardu Induk melalui proses gelombang berjalan. Dengan mengasumsikan bahwa diagram sirkuit ekivalen merupakan jaringan iterative terdiri dari element yang banyak, terdiri dari induktansi dan kapasitansi, arus akan mengalir yang besarnya tergantung pada nilai tegangan dan surge impedance dari line.

Durasi yang diperlukan gelombang berjalan sepanjang saluran transmisi merupakan pembagian dari panjang saluran dibagi dengan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik. Proses ini disimulasikan dalam laboratorium berupa pengujian line discharge. Dalam hal ini, digunakan impuls generator distributed constant impulse generator. Standar IEC 60099-4 membagi line discharge class menjadi 5 kelompok, dimana system pengujian telah siap untuk dilaksanakan saat ini. Pembagiannya adalah sebagai berikut:

Tabel 2.3. Spesifikasi Kelas Line Discharge Class



Dalam tabel di atas tidak dapat ditunjukkan stress energi yang dialami oleh arrester sepanjang proses pengujian. Untuk kebutuhan tersebut, dalam IEC 60099-4 dilampirkan diagram tambahan energi terkonversi pada sebuah objek, dengan direferensikan pada nilai rated voltagenya, yang terjadi selama proses injeksi single discharge. Semakin tinggi nilai residual voltage, maka semakin kecil energi yang diabsorpsi selama proses discharge.

Gambar 23. Contoh Klasifikasi Kelas Arrester

Sebagai contoh untuk penjelasan kurva di atas: Ketika menggunakan arrester, yang mampu mengabsorb energi 2kJ/kV per line discharge, maka arrester memiliki kelas line discharge 2 pada rasio Ures/Ur = 2. Walau demikian, dengan arrester yang sama dapat dikategorikan sebagai line discharge 3 pada rasio Ures/Ur = 2,35. Sekalipun Arrester tersebut nampak baik untuk line discharge kelas 3, namun memiliki rasio lebih tinggi, sehingga lebih baik dioperasikan sebagai line discharge kelas 2. Bila keping metal oksida hendak dioperasikan



sebagai line discharge kelas 3, maka keping metal oksida harus mampu mengabsorpsi energi sekita 6kJ/kV, yang berarti pula membutuhkan diameter yang lebih besar.

Pembagian line discharge class berdasarkan level tegangan system adalah sebagai berikut:

Tabel 2.4. Line Discharge Class berdasarkan tegangan Sistem

Sementara pembagian line discharge class berdasarkan diameter dari Metal Oksida adalah sebagai berikut:

Tabel 2.5. Line Discharge Class berdasarkan diameter keeping Metal Oksida

Dengan pemilihan level tegangan dan diameter arrester, dapat ditentukan karakteristik proteksi dari arrester.Tahap berikutnya adalah menentukan apakah karakteristik proteksi memenuhi prasyarat yang dibutuhkan.

2.5.4 Pemilihan dan Review Level Proteksi Karakteristik proteksi dari arrester secara khusus identik dengan lightning impulse protection level. Maksudnya berapa besar nilai residual voltage pada arrester ketika dilewati nominal



discharge current. Berdasarkan IEC 60071-2, factor safety margin sebesar 1,15 (Ks) perlu dimasukkan sebagai factor pengali antara nilai BIL pada peralatan serta nilai tegangan tertinggi yang diperbolehkan pada suatu peralatan.

Level proteksi dari arrester besarnya sama dengan nilai standard lightning impulse withstand voltage dari peralatan yang diproteksi dibagi dengan factor 1,4 . Namun aturan ini tidak selalu menjadi standar, pada kasus-kasus khusus, penjelasan lebih detil tercantum di dalam IEC 60071-1 dan 60071-2 serta rekomendasi aplikasi arrester IEC 60099-5.

Pada system EHV, karakteristik proteksi dari arrester lebih ditentukan oleh nilai switching impulse protective levelnya. Merujuk pada IEC 60099-4, kelas Arrester berdasarkan Switching impulse di EHV adalah sebagai berikut:

Tabel 2.6. Line Discharge

Secara tipikal nilai switching impulse residual voltage berada pada nilai 75-90% dari nilai residual voltage bila bekerja pada arus discharge 10 kA. Sama seperti pada lightning impulse, nilai tegangan switching yang diperkenankan pada peralatan merupakan nilai kemampuan peralatan terhadap switching (switching impulse withstand voltage) dibagi dengan safety factor (Ks) = 1,15.

Dalam beberapa kasus juga perlu dipertimbangkan nilai dari steep current impulse protective level (level proteksi terhadap kecuraman arus impulse). Nilai residual voltage satu keping metal oksida selama durasi steep voltage (< 1s) lebih tinggi sekitar 5% daripada nilai residual



voltage yang didefinisikan selama proses discharge impulse petir. Setidaknya ada 2 faktor yang mempengaruhi nilai residual voltage selama proses steep, yaitu: perilaku temporer keeping metal oksida selama periode transisi dari non-conducting menuju conducting, yang kedua adalah induktivitas dari pemasangan arrester (perhitungan jarak dari konduktor menuju bumi, seperti telah dijelaskan dalam contoh sebelumnya). Pengaruh yang terakhir ini mampu meningkatkan nilai residual voltage hingga 5% atau bahkan lebih.

2.5.5 Pemilihan Housing/ Kompartemen Pertimbangan dalam memilih housing pada umumnya terkait dengan persyaratan dielektrik dan mekanik. Panjang, creepage distance, shed profile, diameter dan jenis material harus ditentukan. Pada awalnya, panjang housing minimal dipastikan sesuai dengan hasil MO resistor column (bagian aktif). Panjang bagian ini ditentukan dari data elektrik yang didapatkan selama tahap pemilihan sampai tahap ini. Tetapi secara normal langkah ini bukan merupakan persyaratan penentuan dimensi. Kebutuhan lebih lanjut menyebabkan panjang housing lebih besar dari bagian aktifnya.

Langkah pertama, clearance yang didapatkan dari persyaratan withstand voltage harus ditentukan. Menurut IEC 60099-4, housing arrester harus memenuhi persyaratan uji berikut:

Tabel 2.7. Pengujian Housing Arrester

In = 10 kA dan 20 kA In 5 kA dan High Lightning Duty Arresters (1 kV Us 52 kV)

Pengujian dengan tegangan impuls petir

1.3 level proteksi impuls petir

Pengujian dengan tegangan impuls switching

1.25 level proteksi impuls

switching - -

Pengujian dengan tegangan power-frequency ( ; durasi 1 menit)

-

1.6 level proteksi impuls switching 0.88 level proteksi impuls petir



Nilai tegangan pada persyaratan pengujian di atas besarnya di bawah nilai tegangan untuk peralatan lain di sistem, seperti pada contoh lightning impulse withstand voltage berikut: sebuah arrester pada sistem 420 kV memiliki level proteksi impuls petir 823 kV (Lihat Gambar 2). Tetapi housing-nya harus diuji dengan tegangan impuls petir sebesar 1.3 823 kV = 1070 kV, yang hanya mencakup 75 % dari standar lightning impulse withstand voltage sebesar 1425 kV, karena angka ini yang diterapkan pada sistem ini. Hal ini dibuktikan secara jelas karena housing arrester merupakan isolasi yang paling terlindungi dalam sistem. Tidak ada tegangan lebih tinggi yang muncul di sini selain drop tegangan yang langsung melalui resistor MO yang tertutup.

Pada saat yang sama faktor-faktor yang dikutip dalam tabel telah mempertimbangkan kondisi atmosfer yang berbeda seperti instalasi pada ketinggian sampai 1000 m juga mempertimbangkan kemungkinan arus arrester lebih tinggi dari arus discharge nominal. Namun, nilai withstand voltage yang sama sering diminta untuk housing arrester dengan peralatan lainnya, yang konsekuensinya mengarah pada panjang housing yang tidak perlu. Hasilnya adalah ketidakekonomisan dan secara teknik menimbulkan kerugian (dengan menggunakan housing yang lebih panjang, dapat berakibat misalnya kekuatan hubung singkat yang lebih rendah atau kerugian distribusi tegangan sepanjang sumbu arrester).

Jika ketinggian dia atas permukaan laut lebih dari 1000 m yang menurut definisi IEC terkait tidak lagi dianggap sebagai kondisi normal maka clearance dan panjang housing yang lebih besar harus dipilih untuk menjaga nilai withstand voltage pada kondisi kerapatan udara yang lebih rendah.

Alasan lain yang sering muncul untuk housing yang lebih panjang adalah persyaratan creepage distance. Housing terpendek yang mungkin digunakan terkait dengan panjang bagian aktif umumnya hanya untuk desain level polusi I atau II3 yaitu untuk creepage distance tertentu 16 mm/kV atau 20 mm/kV (dengan referensi terhadap Um). Untuk keperluan di Eropa tengah nilai ini seringkali sudah mencukupi. Namun secara luas, desain level III dan IV juga memiliki peranan penting. Hal ini mengarah ke persyaratan creepage distances sebesar 25 mm/kV dan 31 mm/kV.



Selain itu, terdapat beberapa lokasi yang memerlukan creepage distances lebih panjang, misalnya iklim gurun maritim, atau pada beberapa kasus dikombinasikan dangan polusi industri. Pada kondisi-kondisi ekstrim seperti ini harus diingat bahwa seringkali terdapat cara lain yang lebih sesuai untuk meningkatkan keandalan operasi dibandingkan menambah creepage distance. Sebagai contoh, dapat dipilih tegangan operasi kontinyu dan tegangan rating yang lebih tinggi (dengan level proteksi terkait yang lebih tinggi), atau menggunakan resistor MO dengan diameter yang lebih besar, atau housing dengan jarak yang lebih jauh antara bagian aktif dengan dinding housing. Pada rating berapapun, harus diingat bahwa ekstensi buatan pada bagian aktif (dengan menyisipkan spacer logam) yang dilakukan dengan ekstensi creepage distance, dapat memiliki efek yang negatif pada perilaku operasi yang lain, seperti telah disebutkan dalam koneksi dengan persyaratan withstand voltage.

Shed profile yang berbeda dan beberapa karakteristiknya dibahas dalam bab Desain Konstruktif Arrester MO. Rekomendasi umum untuk shed profile tertentu tidak dapat diberikan di sini.

Setelah parameter housing memenuhi persyaratan elektrik, langkah berikutnya yaitu langkah terakhir adalah memenuhi kriteria mekanik sebagai berikut. Kriteria mekanik ini secara tidak langsung mengarah kepada pemilihan material housing dan diameter housing. Seringkali hanya terdapat gagasan yang kabur tentang tekanan mekanik pada arrester yang beroperasi, dan karena itulah tidak ada persyaratan yang dibuat, atau bahkan diberikan nilai yang terlalu tinggi. Jika tidak terdapat informasi tentang persyaratan aktual, nilai berikut dapat dipakai sebagai panduan untuk kebutuhan static head loads: Fstat = 400 N dengan Us = 420 kV sampai Fstat = 600 N untuk Us = 550 kV, dan Fstat = 800 N untuk Us = 800 kV. Nilai ini merepresentasikan persyaratan minimal absolut dengan asumsi bahwa arrester dihubungkan dengan strain relieving conductor loop dan kecepatan angin tidak melebihi 34 m/s (), yang menurut IEC 60694 termasuk dalam kondisi normal.

Selain static head loads, yang normalnya menyebabkan beberapa permasalahan pada arrester, persyaratan dinamik juga harus dipertimbangkan. Hal ini sebagai contoh dapat muncul sebagai



hasil dari arus hubung singkat di saluran atau hembusan angin. Pada kasus ini, arrester dengan porcelain housing can hanya dapat ditarik sampai 40% kekuatan dinamiknya, karena sifat yang rapuh dan perilaku statistik porselen. Di sisi lain, dynamic head loads yang diijinkan paling tidak harus memiliki safety margin 20% terhadap actual breaking values, dipastikan selama pengujian (data sesuai dengan DIN 48113 dan IEC dokumen 37/268/FDIS). Nilai head load yang disebutkan di atas sesuai dengan tabel berikut:

Tabel 2.8. Ketahanan Kompartemen Arrester

Tegangan sistem tertinggi Us (kV)

Fmin,static (N) Fmin,dynamic (N) Minimum breaking value (N)

420 400 1000 1200 550 600 1500 1800 800 800 2000 2400

Rasio ini tampak sedikit berbeda dengan arrester polymer housed. Namun aturan dan standar yang sesuai belum ditetapkan. Pada rating berapa pun, jarak yang lebih pendek dapat diadopsi antara static dan dynamic loads, karena housing polimer (kecuali housing cast resin, yang memiliki karakteristik kerapuhan yang mirip dengan porselen, sehingga dipertimbangkan dengan cara yang sama) sedikit berbeda dalam karakteristik mekanik. Menurut penemuan terakhir, penggunaan kekuatan statik kurang dari 70% breaking value (di saat yang sama breaking value sulit dibatasi dan ditentukan) masih diperbolehkan. Dibandingkan dengan housing porselen, kerusakan housing polimer karena gaya mekanik dapat terlihat. Secara umum, hal ini bukan merupakan bahan pertimbangan, namun pada kasus-kasus ketika perilaku ini menimbulkan masalah, pemilihan housing yang lebih kuat secara mekanis harus dipertimbangkan.

Nilai yang tercantum pada tabel mengindikasikan kebutuhan minimal relatif kekuatan housing, yang dapat meningkat tajam jika mempertimbangkan persyaratan seismik.



Gambar 24. Skema Pengujian Seismic Untuk arrester dengan housing terbuat dari keramik, maka parameter- parameter sebagai berikut yang akan mempengaruhi kekuatan mekanis dari kompartemen:

1. Diameter kompartemen: semakin lebar berarti semakin handal kekuatan mekanisnya 2. Panjang kompartemen: semakin panjang, semakin lemah daya tahan mekanisnya 3. Ketebalan dinding: semakin tebal, maka akan semakin memiliki daya tahan mekanis

yang lebih baik. 4. Material kompartemen: Porselen dengan kualitas C120 tentunya memiliki kualitas yang

lebih baik daripada porselen dengan kualitas C110



2.5.6 Kondisi Operasi Kondisi normal untuk operasi arrester mengacu pada standar IEC 60099-4 adalah sebagai berikut:

1. Temperatur ambient berada dalam rentang -40OC s.d +40OC 2. Radiasi matahari 1,1 kW/ m2 3. Ketinggian tidak lebih dari 1000 m di atas permukaan laut 4. Frekuensi tegangan AC 48 62 Hz 5. Tegangan power frequency yang diaplikasikan pada kedua ujung arrester tidak melebihi

nilai arrester continuous operating voltage. Sekalipun tidak dicantumkan dalam standar, namun dapat ditambahkan bahwa kondisi angin tidak melebihi kecepatan 34 m/.detik.

2.6 Ragam Lightning Arrester

Lingkup arrester luas, mulai dari penggunaan elektronika hingga pada system transmisi Tegangan Tinggi maupun Tegangan Ekstra Tinggi. Buku pedoman ini membatasi arrester pada level tegangan Lightning Arrester pada Sistem Transmisi secara umum dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa kategori:

2.6.1 Berdasarkan Level Tegangan Withstand Voltage Peralatan yang dilindungi

2.6.2 Mengacu pada IEC 60071-1: a. Range I (1kV 245kV) b. Range II (di atas 245 kV)

Klasifikasi ini didasarkan pada perbedaan karakteristik surja, dimana pada Range II surja akibat proses switching lebih membahayakan peralatan daripada surja lightning. Oleh karena proses switching memiliki steepness yang lebih lambat, makadiperlukan pula arrester dengan karakteristik komponen non linear yang berbeda.

ANSI/ IEEE C62.1 dan C62.11 membedakan lightning arrester ke dalam 4 kelas: a. Station Class b. Intermediate Class



c. Distribusi Class d. Secondary Class

2.6.3 Berdasarkan Letak Pemasangan Arrester pada HV/ EHV menurut pemasangannya dibedakan menjadi sebagai berikut:

a. Arrester GIS

Gambar 25. Arrester di GIS

b. Arrester Saluran Transmisi Dipasang baik parallel dengan insulator pada tower (umumnya diserikan dengan spark gap) atau dipasang pada konduktor sebagai pengganti damper dilengkapi dengan disconnector Switch. Untuk tipe gap, stress akibat tegangan power frekuensi tidak mempengaruhi kondisi arrester, namun sulit untuk memonitor kondisi arrester karena tidak dilengkapi dengan counter, yang dapat dilaksanakan adalah monitoring kondisi tanduk api untuk menentukan apakah telah terjadi proses discharge.



Gambar 26. Arrester di Saluran Transmisi

Sementara untuk arrester tanpa gap, dipasang pada konduktor terhubung ke ground, dilengkapi dengan disconnector switch (yang akan bekerja bila telah terjadi arus di atas nilai nominalnya), arrester line jenis ini juga dilengkapi dengan counter sehingga memudahkan proses monitoring.

c. Arrester Gardu Induk Merupakan Arrester kebanyakan yang terpasang di Gardu Induk, menurut material penyusun housing, material Gardu Induk dibedakan menjadi: 1. insulator porselen 2. insulator polimer



Gambar 27. Lightning Arrester di Gardu Induk

d. Berdasarkan material penyusun komponen non linear Penjelasan pada sub-bab sebelumnya menjelaskan bahwa komponen non linear yang terakhir digunakan adalah Metal Oksida, sekalipun sedikit sekali (dan sudah tidak diproduksi) arrester menggunakan komponen non linear dari Silikon Karbida (SiC)



2.7 FMEA pada Lightning Arrester

FMEA (Failure Mode Effect Analysis) merupakan tahapan yang dilaksanakan untuk mendapatkan gejala kegagalan pada sebuah peralatan dengan menerapkan keterkaitan sebab-akibat antara kegagalan yang satu dengan penyebab sebelumnya, demikian seterusnya hingga ditemukan penyebab kegagalan yang paling awal. Penyebab kegagalan paling mula ini, misal, seal rusak (yang menyebabkan moisture masuk ke dalam kompartemen arrester), perlu dilaksanakan inspeksi khusus terhadapnya.

Dalam analisis FMEA, pendekatan yang dilaksanakan bukan melalui pendekatan per komponen yang menyusun sebuah peralatan, melainkan pendekatan fungsi. Dalam hal ini, sebuah Sistem Arrester MOSA memiliki sebuah fungsi utama memotong tegangan lebih yang menuju peralatan yang dilindunginya. Tegangan lebih ini baik berupa surja petir, surja hubung maupun tegangan lebih di dalam sistem. Sebuah arrester terdiri dari beberapa sub sistem pendukung, yaitu:

2.7.1 Sub Sistem Pemotong Surja Merupakan sub sistem kritis dari sebuah lightning arrester yang berfungsi memotong tegangan lebih dari surja. Berupa komponen non linear, umum digunakan adalah ZnO. Mayoritas arrester saat ini menggunakan tipe Metal Oksida. Parameter utama yang mempengaruhi kualitas ZnO adalah karakteristik V-I yang dimiliki serta kemampuannya mengabsorbsi energi ketika terjadi proses surja.

2.7.2 Sub Sistem Isolasi Merupakan sub sistem yang memiliki sub fungsi memisahkan bagian konduktor bertegangan dengan ground, terdiri dari kompartemen insulator (housing), baik berupa keramik maupun polymer, juga insulator dudukan (insulation feet) berada di sisi bawah dari arrester. Kompartemen perlu diperhatikan tingkat polusinya, semakin tinggi tingkat polusi yang melekat, memungkinkan nilai arus bocor permukaan menjadi tinggi. Pada insulator jenis keramik, perlu dilakukan pengecekan apakah telah terjadi cracking pada permukaan kompartemen, sementara pada insulator jenis polimer, dicek bilamana kondisi polimer utuh/ robek ataupun berlumut.



2.7.3 Sub Sistem Counter & Meter Petunjuk Counter berfungsi untuk menunjukkan jumlah kali surja telah terjadi pada arrester. Sementara meter petunjuk berfungsi untuk menunjukkan bbesar nilai arus bocor yang mengalir dari ujung atas arrester menuju ground dalam kondisi operasi tegangan kontinu. Arus bocor total ini mayoritas bersifat kapasitif dan terpengaruh oleh banyak factor: kebersihan kompartemen luar, stray capacitance di gardu induk dan kondisi insulating feet. Agar keduanya bekerja baik, maka arrester harus dipastikan hanya terhubung ke bumi melalui kawat ground, untuk itulah, maka insulating feet berperan.

Walau demikian, meter petunjuk memberikan besaran nilai arus bocor total, dimana nilai tersebut kurang akurat bila hendak digunakan untuk merepresentasikan kondisi dari keeping metal oksida. Pengukuran lain, yang merujuk pada IEC 60099-5, yakni pengukuran arus bocor resistif dengan kompensasi harmonisa orde ke-3 dinilai lebih akurat untuk memberikan gambaran kondisi komponen kritis arrester (Metal Oksida) tersebut.

Penelitian internal PLN menunjukkan bahwa ada keterkaitan antara jumlah kerja counter arrester dengan besaran arus bocor resistif dari Arrester.



Gambar 28. Relasi antara nilai arus bocor resistif dan jumlah kerja counter

2.7.4 Sub Sistem Pentanahan Merupakan komponen yang berfungsi untuk meneruskan baik arus bocor selama tegangan operasi kontinu, maupun surja menuju bumi. Kawat pentanahan terbuat dari tembaga. Kawat pentanahan umumnya dipasang seri dengan peralatan monitoring (counter ataupun meter) sebelum dibumikan. Kondisi konektor harus dipastikan baik, seperti: tidak terdapat rantas pada kawat, ataupun koneksi-koneksi baik (mur dan baut), kawat tembaga tidak ditumbuhi lumut

2.7.5 Sub Sistem Pengaman Tekanan Lebih Internal Memiliki fungsi melepaskan tekanan lebih di dalam arrester yang mungkin timbul ketika terjadi discharge arus surja tinggi. Fungsinya mirip pressure relief pada transformator. Pada saat terjadi surja, baik single maupun multiple, suhu keeping metal oksida mampu mencapai 170OC 200OC, oleh karenanya terjadi pemuaian udara di dalam kompartemen udara, pemuaian ini perlu dilepas keluar kompartemen untuk menghindari kompartemen (umumnya porselen menjadi pecah), katup kembali menutup dengan segera untuk menjaga agar tekanan udara di dalam kompartemen tetap lebih tinggi daripada tekanan udara luar.

Beberapa arrester dilengkapi dengan flag pressure relief, terbuat dari alumunium, terpasang di ujung venting outlet arrester. Flag ini berfungsi untuk memberikan indikasi, bahwa pernah terjadi surja yang cukup tinggi (di atas rated pressure relief device), sehingga memungkinkan kerusakan pressure relief device.



Gambar 29. Sudden Pressure Relief Flag

2.7.6 Sub Sistem Konstruksi Penyangga Memiliki fungsi sebagai penyangga arrester di atas permukaan tanah. Terdiri dari pondasi dan struktur besi penyangga.



Gambar 30. Konstruksi Penyangga

2.7.7 Sub Sistem Konektor Memiliki fungsi melakukan koneksi antara kawat konduktor dengan bagian atas arrester, dan dari arrester ke bagian pentanahan. Bagian ini rawan terjadi kelonggaran yang memungkinkan timbulnya hot spot, oleh karenanya, perlu dilakukan thermovisi secara berkala pada bagian ini, selain thermovisi pada kompartemen arrester itu sendiri.



Gambar 31. Konektor atas dan konektor bawah Arrester

2.7.8 Sub Sistem Asesories/ Grading/Corona Ring Memiliki fungsi mendistribusikan secara merata medan listrik dan mengurangi efek corona pada bagian ujung atas LA. Grading ring perlu dipasang pada arrester dengan ketinggian lebih dari 1,5 meter.

Gambar 32. Grading Rin


Listrik untuk kehidupan yang lebih baik

1. FMEA SUB SISTEM PEMOTONG SURJA

Sub Sistem Sub Sub System FungsiKegagalan

Fungsi F1 F2

Terjadi surja di atas nilai rated

Pemotong Surja

Melakukan pemotongan

tegangan lebih akibat surja petir/ surja hubung dengan

karakteristik tegangan dan arus

tertentu

Bersifat Resistif pada tegangan operasi

nominal, memiliki arus bocor total di atas nilai

standar, tidak melakukan

pemotongan arus saat terjadi surja

Metal Oksida sudah tidak berfungsi

sempurna/jenuh/ rusak

Ageing

2. FMEA SUB SISTEM ISOLASI

Sub Sistem Sub Sub System FungsiKegagalan

Fungsi F1 F2

Benturan

Ageing/ rapuh

Ageing

IsolasiMemisahkan bagian yang bertegangan

dengan ground

Terjadi short antara bagian yang

bertegangan dengan ground

Isolator dudukan retak

Isolator Arrester retak



3. FMEA SUB SISTEM COUNTER DAN METER PETUNJUK Sub Sistem Sub Sub System Fungsi

Kegagalan Fungsi F1 F2

Seal rusak

Kaca pecah/ retak

Meter RusakTerkena arus surja yang sangat tinggi

Kaca buramTidak terbaca

Monitoring Total Leakage Current

Menunjukkan besaran arus bocor total dari arrester

Tidak mampu menunjukkan besaran

arus bocor arrester dengan benar

Instrusi air ke dalam meter

Counter bekerja terus

Tidak bekerja saat terjadi surja

Tidak bekerja dengan benar

Kumparan counter short

Kumparan counter rusak

Monitoring Kerja Arrester

Menunjukkan jumlah kali kerja dari arrester

Monitoring jumlah kerja

arrester

4. FMEA SUB SISTEM PENTANAHAN



Sub Sistem Sub Sub System Fungsi Kegagalan

Fungsi F1 F2

Ageing

Dicuri Kabel

Pentanahan Rantas

Pentanahan/ Grounding

Mengalirkan arus surja petir/ hubung ke bumi

saat terjadi surja, tegangan lebih tidak diteruskan

ke bumi

Kabel pentanahan

putus

Klem-klem longgar

5. FMEA SUB SISTEM PENGAMAN TEKANAN LEBIH INTERNAL


Fungsi F1 F2

Telah terjadi tekanan lebih sebelumnya di dalam arrester

Indikasi Tekanan Lebih

internal

Memberikan indikasi bahwa

telah terjadi tekanan lebih

internal

Tidak muncul indikasi saat

terjadi tekanan lebih internal

Katup pressure

relief terlepas

Korosi baut pengikat

6. FMEA SUB SISTEM KONSTRUKSI PENYANGGA


Fungsi F1 F2

Korosif

Pencurian

Besi penyangga miring

Baut-baut kendor

Retak Perbegeseran tanah

Konstruksi Penyangga

Tempat pondasi/structure

Lightning Arrester

Pondasi roboh/ miring Amblas Erosi



7. FMEA SUB SISTEM KONEKTOR


Fungsi F1 F2

Baut jumperan kendor

Perbedaan bahan Klem

kendor

Over capacity Ageing

Konektor

Baut Korosif Corona

8. FMEA SUB SISTEM GRADING RING/ CORONA RING


Fungsi F1 F2



Deformasi bentuk

Kena benturan Grading Ring

Mendistribusikan secara merata medan listrik

Medan listrik tidak terdistribusi merata pada permukaan

isolator Kotor Polutan Deformasi bentuk

Kena benturan

Grading Ring/ Corona Ring

Corona Ring Mengurangi efek corona

Terjadinya corona Kotor Polutan

BAB 3

PEDOMAN PEMELIHARAAN LIGHTNING ARRESTER Lightning Arrester seperti peralatan di gardu induk lainnya, juga memerlukan pemeliharaan agar tetap mampu berfungsi baik. Sekalipun nilai asetnya tidak mahal, namun bila arrester tidak bekerja dengan baik, maka kerusakan peralatan lain yang seharusnya terlindung dari surja tidak dapat terhindarkan. Dalam IEC 60099-5 , section 6, disebutkan beragam metode untuk mendiagnosa kondisi arrester, khususnya metal oksida. Standar ini dijadikan salah satu acuan dalam melaksanakan kegiatan pemeliharaan Arrester.

Kegiatan pemeliharaan pada Lightning Arrester dapat dikategorikan seperti dalam bagan sebagai berikut:



Gambar 33. Skema Metode Pemeliharaan

5.1 PEMELIHARAAN PREVENTIF (PREVENTIVE MAINTENANCE)

Merupakan kegiatan pemeliharaan yang dilaksanakan untuk mencegah terjadinya kerusakan secara tiba-tiba dan untuk mempertahankan unjuk kerja yang optimal sesuai umur teknisnya, melalui inspeksi secara periodic dan pengujian fungsi atau melakukan pengujian dan pengukuran untuk mendiagnosa kondisi peralatan.

Kegiatan ini dilaksanakan dengan berpedoman kepada : instruction manual dari pabrik, standar-standar yang ada ( IEC, IEEE, CIGRE, ANSI, dll ) dan pengalaman serta observasi / pengamatan operasi di lapangan.

Lightning arrester yang dipelihara secara umum dikategorikan menjadi dua, yaitu: 1. Arrester Gardu Induk 2. Arrester di Saluran Transmisi

Pemeliharaan LA di Gardu Induk memiliki poin pengujian/ pemeliharaan yang lebih banyak daripada LA di Saluran Transmisi, hal ini terutama karena factor kemudahan



pelaksanaan. Sebagai contoh pengukuran arus bocor resistif dalam kondisi bertegangan akan sulit dilaksanakan pada Arrester di SUTT, SUTET. Pemeliharaan preventif ini dapat dibagi menjadi 2 (dua), yaitu :

1. Pemeliharaan Rutin 2. Pemeliharaan Prediktif

Penjelasan dan implementasi lebih lanjut akan dijelaskan dalam sub bab berikutnya.

5.2 PEMELIHARAAN RUTIN (ROUTINE MAINTENANCE)

Merupakan kegiatan pemeliharaan secara periodik/ berkala dengan melakukan inspeksi dan pengujian fungsi untuk mendeteksi adanya potensi kelainan atau kegagalan pada peralatan dan mempertahankan unjuk kerjanya. Berdasarkan periodenya, pemeliharaan rutin pada Arrester terdiri dari:

- Pemeliharaan Harian

- Pemeliharaan Mingguan

- Pemeliharaan Bulanan

- Pemeliharaan Tahunan atau Bersamaan dengan padam Bay T/R atau T/L

5.2.1 In Service Visual Inspection Merupakan pekerjaan pemantauan/ pemeriksaan secara berkala/ periodik kondisi peralatan saat operasi dengan hanya memanfaatkan 4 (empat) indera dan alat ukur bantu sederhana sebagai pendeteksi (termasuk thermo visi dan thermogun).

Tujuan In Service Visual Inspection untuk mendapatkan indikasi awal ketidaknormalan peralatan (anomali) sebagai bahan untuk melakukan Evaluasi Level 1 dan data yang dapat diolah secara statistik sebagai informasi bagi pengembangan atau tindakan pemeliharaan.

Tabel 3.1 JADWAL PEMELIHARAAN HARIAN LIGHTNING ARRESTER

TIPE GARDU INDUK



Kondisi : OPERASI (In service Visual Inspection)

NO PERALATAN YANG DIPERIKSA SASARAN PEMERIKSAAN

PELAKSANA

I SUBSISTEM PEMOTONG SURJA

-

II SUBSISTEM ISOLASI

Kebersihan dari debu/ pengotor Petugas GI/ GITET Kompartemen/ Housing

Ada/ tidak retak Petugas GI/ GITET Insulating Feet Retak/ Berlumut Petugas GI/ GITET

III SUBSISTEM MONITORING

Cek struktur counter tidak boleh menyentuh flange/

support arrester Petugas GI/ GITET

Kondisi meter, kaca buram/ pecah Petugas GI/ GITET Counter Jumlah Kerja

Angka penunjukan Petugas GI/ GITET

Cek struktur counter tidak boleh menyentuh flange/

support arrester Petugas GI/ GITET

Kondisi meter, kaca buram/ pecah

Petugas GI/ GITET Meter Arus Bocor Total

Angka penunjukan Petugas GI/ GITET

IV SUBSISTEM PENTANAHAN

-

V SUBSISTEM PENGAMAN TEKANAN LEBIH

Flag Pressure Relief Device Kondisi Flag, terpasang baik atau tidak atau bahkan sudah terlepas

Petugas GI/ GITET

VI SUBSISTEM KONSTRUKSI DAN PONDASI

-

VII SUBSISTEM KONEKTOR -

VIII SUBSISTEM GRADING RING/ CORONA RING

-

Tabel 3.2 JADWAL PEMELIHARAAN MINGGUAN LIGHTNING ARRESTER

TIPE GARDU INDUK

Kondisi : OPERASI (In service Visual Inspection) NO PERALATAN YANG DIPERIKSA SASARAN

PEMERIKSAAN PELAKSANA




-


-


-


Kawat Grounding Terdapat rantas atau tidak.

Ditumbuhi lumut atau tidak

Koneksi dari dan ke konstruksi penyangga (longgar/ atau tidak)

Petugas GI/ GITET


-


-

VII SUBSISTEM KONEKTOR Koneksi ke Bubar Terpasang baik/ ada

korosi atau tidak Petugas GI/ GITET

Koneksi ke Kawat Grounding Terpasang baik/ ada korosi atau tidak

Petugas GI/ GITET


Grading Ring Posisi pemasangan, kondisi grading ring (bengkok/tidak)

Petugas Har di GI/GITET

Tabel 3.3 JADWAL PEMELIHARAAN MINGGUAN LIGHTNING ARRESTER

TIPE SALURAN TRANSMISI (DI TOWER)




-


-


-




Kawat Grounding Terpasang/ sudah lepas

Petugas Ground Patrol


-


-

VII SUBSISTEM KONEKTOR Disconnector Switch Terpasang/ sudah lepas Petugas Ground Patrol


-

Tabel 3.4 JADWAL PEMELIHARAAN BULANAN LIGHTNING ARRESTER

TIPE GARDU INDUK




-


-


-


-


-


Konstruksi Kondisi besi member, bengkok atau tidak.

Tingkat korosi.

Kondisi baud-baud

Petugas GI/ GITET

Pondasi Temuan Retak atau tidak. Masih baik atau tidak.

Petugas GI/ GITET


VIII SUBSISTEM GRADING RING/



CORONA RING -

Tabel 3.5 JADWAL PEMELIHARAAN 6 BULANAN LIGHTNING ARRESTER

TIPE GARDU INDUK




-


-


-


Pengukuran Pentanahan Mengetahui nilai tahanan pentanahan baik di musim hujan maupun di musim kemarau

Petugas GI/ GITET


-


-



-



Tabel 3.6 JADWAL PEMELIHARAAN BULANAN LIGHTNING ARRESTER

TIPE SALURAN TRANSMISI (DI TOWER)




-


-


Counter Arrester Jumlah kerja Arrester Petugas Climb Up/ Petugas Har Unit IV SUBSISTEM PENTANAHAN

-


-


-



-

5.2.2 Shutdown Function Check Adalah pengujian secara berkala/ periodik yang dilaksanakan pada peralatan listrik saat padam (tidak operasi) untuk mengetahui kerja peralatan apakah



sesuai fungsinya berdasarkan spesifikasi atau standar yang diijinkan. Kegiatan ini dilaksanakan tahunan.

Pada Lightning Arrester pemadaman rutin dilaksanakan bersamaan dengan pemadaman rutin bay peralatan yang dilindungi oleh arrester. Kegiatan ini dilaksanakan pada Lightning Arrester Tipe Gardu Induk, khususnya pengecekan fungsi counter dari arrester menggunakan alat bantu tertentu.

Tabel 3.7 JADWAL PEMELIHARAAN TAHUNAN/ BERSAMAAN RUTIN PADAM BAY

LIGHTNING ARRESTER TIPE GARDU INDUK

Kondisi : PADAM NO PERALATAN YANG DIPERIKSA SASARAN



-


Kompartemen/ Housing Dilaksanakan pembersihan kompartemen Arrester Petugas Har Unit III SUBSISTEM MONITORING

Counter Arrester Fungsi dari Counter Arrester, masih bekerja baik atau tidak

Petugas Har Unit Menggunakan alat bantu injeksi impulse


-


-


-



-



5.3 PREDICTIVE MAINTENANCE

Disebut juga dengan Pemeliharaan Berbasis Kondisi (Condition Based Maintenance). Adalah pemeliharaan yang dilakukan dengan cara melakukan monitor dan membuat analisa trend terhadap hasil pemeliharaan untuk dapat memprediksi kondisi dan gejala kerusakan secara dini. Hasil monitor dan analisa trend hasil Predictitive Maintenance merupakan input yang dijadikan sebagai acuan tindak lanjut untuk Planned Corrective Maintenance.

Ruang lingkup Predictive Maintenance meliputi :

5.3.1 IN SERVICE MEASUREMENT Adalah pengujian yang dilakukan saat peralatan operasi (bertegangan) untuk dapat memprediksi kondisi dan gejala kerusakan peralatan secara dini yang waktu pelaksanaannya disesuaikan dengan kondisi peralatan. Pada lightning arrester, kegiatan in service measurement yang dilaksanakan adalah sebagai berikut:

1. Pengukuran thermovisi 2. Pengukuran korona 3. Pengukuran arus bocor resistif dengan LCM 4. Pengukuran arus bocor total pada LA tanpa penunjuk meter arus bocor

Kegiatan pengukuran in service ini dilaksanakan pada Arrester yang berada di Gardu Induk.

5.3.1.1 Pengukuran thermovisi Titik-titik yang menjadi objek pengamatan Thermovisi pada Lightning Arrester adalah sebagai berikut :

a. Koneksi Arrester ke Busbar b. Kompartemen/ Housing dari Arrester c. Koneksi Arrester ke kawat grounding

Thermovisi dilaksanakan untuk tujuan prediktif yang dilaksanakan satu minggu sekali, intervalnya dapat disesuaikan dengan kondisi peralatan. Sebagai contoh, bila peralatan LA sudah diduga bermasalah, namun menunggu penggantian, maka intensitas pengamatan dapat dinaikkan menjadi setiap hari.



Penjelasan lebih lanjut tentang pengukuran thermovisi akan dijelaskan lebih lanjut dalam paragraph berikut ini.

Gambar 34 Contoh Hasil Pengukuran Hot Spot Thermovisi pada LA

Selama beroperasi, peralatan yang menyalurkan arus listrik akan mengalami pemanasan karena adanya I2R. Bagian yang sering mengalami pemanasan dan harus diperhatikan adalah terminal dan sambungan, terutama antara dua metal yang berbeda serta penampang konduktor yang mengecil karena korosi atau rantas. Kenaikan I2R, disamping meningkatkan rugi-rugi juga dapat berakibat buruk karena bila panas meningkat, kekuatan mekanis dari konduktor melemah, konduktor bertambah panjang, penampang mengecil, panas bertambah besar, demikian seterusnya, sehingga konduktor putus ataupun menyebabkan pemanasan internal di dalam



kompartemen arrester. Deteksi panas secara tidak langsung dapat dilakukan dengan menggunakan teknik sinar infra merah.

Sinar infra merah atau infrared (disingkat IR) sebenarnya adalah bagian dari spektrum radiasi gelombang elektromagnetik. IR mempunyai panjang gelombang antara 750 nm hingga 100 m (lihat grafik spektrum).

Gambar 35. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Detektor infra merah Adalah photo detector yang sensitif terhadap radiasi sinar infra merah. Dua jenis utama detektor ini adalah jenis thermal dan photonic. Sebagai contoh sbb :

Tabel 3.8 Beragam Detektor TIPE SPECTRAL RANGE (M) Indium gallium arsenide (InGaAs) photodiodes 0,7 2,6



Germanium photodiodes 0,8 1,7 Lead sulfide (PbS) photoconductive detectors 1 3,2 Lead selenide (PbSe) photoconductive detectors

1,5 - 5,2 dll

Sebagai contoh, kamera yang menggunakan sensor HgCdTe (mercury, cadmium, telurium) yang mempunyai lebar bidang 8 s/d 12 micro meter, dan mempunyai kepekaan suhu 0,10 oF

Jenis detektor panas Dalam prakteknya ada 2 macam detektor panas yang digunakan yaitu :

Scanning yaitu pengukuran secara menyeluruh disekitar obyek. Metode ini juga sering disebut thermography.

Spotting yaitu pengukuran pada satu titik obyek penunjukkannya langsung suhu obyek tersebut (lihat gambar)

Gambar 36 Contoh ThermoGun

Thermography Radiasi sinar infra merah dapat digunakan bermacam-macam, antara lain melihat didalam kegelapan dan menentukan suhu dari suatu benda dari jarak jauh. Teknik melihat suhu dari jauh ini dikenal dengan thermography. Dengan cara ini maka dapat diketahui bagian-bagian yang mengalami panas berlebih, diluar kebiasaan.



Tingginya suhu dapat dilihat pada skala warna. Bila suhu tertinggi yang terekam masih dibawah yang diijinkan, maka evaluasi foto dianggap normal. Namun bila terjadi pemanasan lebih setempat, sehingga terdapat perbedaan suhu yang signifikan (dari gradasi warna) antar bagian peralatan, berapapun besarnya maka keadaan ini harus segera ditangani, karena pasti terjadi penyimpangan.

5.3.1.2 Pengujian Korona

Pengujian korona dilaksanakan pada Lighnting Arrester untuk mengecek kondisi konektor pada bagian yang bertegangan, juga kondisi arrester di sekitar flange dan kompartemen. Korona dilaksanakan untuk mendeteksi lebih dini kualitas dari konektor arrester, dari pengaruh korosi ataupun pemasangan yang tidak sempurna. Interval pengujian dapat disesuaikan, minimal 1 tahun satu kali. Penjelasan lebih lanjut tentang korona akan dijelaskan dalam paragraf berikutya.

Partial Discharge, korona, sparkover, flashover, breakdown adalah rumpun kejadian luahan listrik secara berurutan yang dapat terjadi pada isolasi. Partial discharge (PD) adalah kejadian breakdown listrik pada suatu bagian kecil dari sistim isolasi listrik yang berbentuk cair atau padat, akibat stres tegangan listrik. Selama kejadian PD, tidak ada jembatan langsung antara 2 elektroda. Sedangkan korona, dalam astronomi adalah plasma "atmosphere" dari matahari atau benda angkasa. Dalam ilmu listrik, korona adalah partial discharge yang bersinar dari konduktor dan isolator, karena ionisasi dari udara, ketika medan listrik melewati batas kritis (24-30 kV/cm).

Gambar 37 Korona di Arrester



Corona discharge memancar pada gelombang antara 280-405 nm yaitu daerah sinar ultraviolet (UV) karena itu tidak terlihat oleh mata kita. Meskipun sangat lemah, pada gelombang sekitar 400 nm, korona dapat terlihat pada kondisi gelap malam. Korona tidak bisa dilihat siang hari karena tertutup oleh pancaran radiasi matahari. Panas yang ditimbulkan oleh korona juga sangat kecil, sehingga tidak dapat ditangkap oleh infrared thermal cameras.

Faktor-faktor yang mempengaruhi korona : o Tekanan udara

Tekanan udara rendah -> Nilai Ekritis menjadi rendah -> Lebih banyak korona o Kelembaban

Kelembaban yang tinggi mengakibatkan lebih banyak korona o Suhu

Suhu yang tinggi -> Tekanan udara rendah -> Nilai Ekritis menjadi rendah -> Lebih banyak korona

Sifat buruk korona terhadap lingkungan : o Membangkitkan material korosif seperti ozone dan

12.1 Buku Petunjuk O&M LA PDF

Documents

Transcript of 12.1 Buku Petunjuk O&M LA PDF