ANALISIS KONFIGURASI JARINGAN TEGANGAN MENEGAH

PT. CHEVRON PACIFIC INDONESIA TERHADAP SAMBARAN PETIR

DAN PERBAIKANNYA

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik dari Institut Teknologi Bandung

Oleh:

MUHAMAD AHLUL FIRDAUS

NIM : 18009020

PROGRAM STUDI TEKNIK TENAGA LISTRIK

SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

ANALISIS KONFIGURASI JARINGAN TEGANGAN MENENGAH

PT. CHEVRON PACIFIC INDONESIA TERHADAP SAMBARAN PETIR

DAN PERBAIKANNYA

oleh :

MUHAMAD AHLUL FIRDAUS

NIM: 18009020

TUGAS AKHIR

Telah diterima dan disahkan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar

SARJANA TEKNIK

Bandung, Februari 2015

Pembimbing 1 Pembimbing 2

_____________________ _____________________

Dr. Ir. Djoko Darwanto Dr-Ing. Deny Hamdani

NIP 130672121 NIP 999023206

i

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala kebaikan dan

karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul

Analisa Konfigurasi Jaringan Tegangan Menegah PT. Chevron Pacific

Indonesia Terhadap Sambaran Petir dan Perbaikannya. Selama menjalani

pendidikan sarjana di ITB, penulis mendapatkan banyak sekali bantuan dari

berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr. Ir. Djoko Darwanto dan Dr.-Ing. Deny Hamdani selaku

pembimbing tugas akhir atas semua ilmu, bimbingan dan bantuan

yang diberikan selama pengerjaan tugas akhir. Di mana selama

pengerjaan tugas akhir penulis menghadapi banyak rintangan dan

halangan, namun atas bantuan dan bimbingannya, alhamdulillah

segala rintangan tersebut dapat teratasi dengan baik.

2. Dr. Tri Desmana Rachmilda, ST.MT selaku dosen wali akademik

penulis selama kuliah di Teknik Tenaga Listrik ITB atas semua

arahan yang diberikan.

3. PT. Chevron Pacific Indonesia atas bantuan dan data yang sudah

diberikan untuk pengerjaan tugas akhir ini.

Penulis juga menyadari masih banyak kekurangan di laporan Tugas Akhir ini,

karena itu penulis kritik dan saran dari pembaca sekalian. Akhir kata, semoga

laporan tugas akhir ini bisa bermanfaat bagi semua pihak, terutama para pelaku

di bidang teknik tenaga listrik. Sekian dan terima kasih.

Bandung, Februari 2015

Penulis

ii

ABSTRAK

Dalam Tugas Akhir ini akan ditampilkan konfigurasi eksisting

jaringan tegangan menengah 13.8kV milik PT. Chevron Pacific Indonesia

(untuk selanjutnya ditulis PT. CPI) dan kaitannya dengan proteksi terhadap

sambaran petir. Berdasarkan data Ground Flash Density (GFD), PT. CPI

terletak di daerah dengan rata-rata sambaran petir tahunan yang tinggi.

Menurut data perusahaan, sambaran petir telah berakibat hingga 80%

outage pada jaringan distribusi 13,8 kV. Maka dari itu akan dilakukan

pengamatan dan evaluasi terhadap parameter-parameter sambaran petir

yaitu arus puncak, tegangan sambaran, tegangan induksi, yang dapat

menyebabkan Flashover maupun back-Flashover pada jaringan 13,8 kV

PT. CPI. Pengamatan dilakukan dengan cara perhitungan arus petir

maksimal yang dapat menyambar kawat fasa menggunakan metoda bola

gelinding/ rolling sphere, dan simulasi menggunakan perangkat lunak

ATP-EMTP dengan metoda Bergeron.

Selain itu, dilakukan pula perbaikan desain terhadap konfigurasi

jaringan distribusi 13.8kV milik PT. CPI. Dengan modifikasi pada jaringan

yaitu dengan menggunakan iGEW (isolated Ground Earth Wire), akan

diamati perbandingan parameter-parameter sambaran petir sebelum dan

sesudah dilakukan modifikasi. Pengamatan dan analisa dilakukan dengan

perhitungan dan simulasi menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP.

Dengan dilakukan modifikasi ini akan mengurangidampak outage akibat

sambaran petir dan akan meningkatkan reliabilitas dari keseluruhan sistem

PT.CPI.

Kata Kunci: proteksi sambaran petir, arus puncak, tegangan sambaran, tegangan

induksi, jaringan distribusi PT.Chevron Pacific Indonesia, EMTP, iGEW

iii

ABSTRACT

On this final assignment, will be performed the existing

configuration of 13.8kV distribution lines of PT. Chevron Pasific

Indonesia and its corresponds to the lightning flash protection. For the

information, PT. Chevron Pacific Indonesia is located in the area that has a

very high isoucreunic level (Ground Flash Density). Based on the company

data, the lightning flashs are affected to the most of power outage on the

lines. So it is necessary to make some observations to the lightning

parameters, such as peak current, flash voltage, and induced voltage that

can cause the Flashover or backflashover through the lines. The

observations are done by calculation to its parameters, and simulation

using ATP-EMTP.

Besides the study on the existing configuration, the improvisat ion to

the lines will be done by the modification through the lines configuration

with iGEW (isolated Ground Earth Wire). It will makes some

improvement to the protection system. By doing this methode it will be

reduce the outage and improve the realibility of the whole system of PT.

CPI.

Keywords: lightning flash protection, peak current, lightning voltage, induce voltage,

distribution lines of PT.Chevron Pacific Indonesia, ATP-EMTP, iGEW

iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .............................................................................................. i

ABSTRAK ............................................................................................................... ii

ABSTRACT ........................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... iv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vii

DAFTAR

TABEL...................vii

BAB I

PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang................................................................................................1

1.2 Tujuan Penelitian....3

1.3 Pembatasan Masalah...4

1.4 Metode Penelitian.......4

1.5 Sistematika Penulisan.........4

BAB II

DASAR TEORI....................6

2.1 Tegangan Lebih Akibat Sambaran Petir.....................................6

2.1.1 Sambaran Langsung Pada Kawat Fasa....................7

2.1.2 Sambaran Pada Kawat Tanah..............9

2.1.3 Sambaran Pada Puncak Menara....................13

2.2 Impedansi Surja..........................................................................................14

v

2.3 Arus Kritikal Sambaran Petir Pada Kawat Fasa..........16

2.4 Perubahan Besar Resistivitas Tanah Terhadap Jarak Pentanahan...............17

BAB III

PENGOLAHAN DATA PARAMETER SAMBARAN PETIR................19

3.1. Perhitungan Parameter Sambaran Petir pada Kawat Fasa...................19

3.1.1 Double Pole SAA......................19

3.1.2 Single Pole Tipe A....................22

3.2. Simulasi Sambaran Langsung Pada Kawat Fasa.............26

3.2.1 Double Pole A (StudiKasus).....27

3.2.1.1 Konfigurasi dan Dimensi Pole...........29

3.2.1.2 Parameter Elektrik Pole..............30

3.2.1.3 Resistansi Tanah.....32

3.2.1.4 Arus Petir............32

3.2.1.5 Hasil Simulasi.........33

3.2.2 Single Pole Tipe A................34

3.2.2.1 Konfigurasi dan Dimensi Pole.......35

3.2.2.2 Parameter Elektrik Pole..............36

3.2.2.3 Resistansi Tanah.....38

3.2.2.4 Arus Petir................38

3.2.2.5 Hasil Simulasi.........................39

3.3 Simulasi Sambaran Pada Kawat Tanah................40

3.3.1 Arus Petir...............41

vi

3.3.2 Double Pole (Studi Kasus)41

3.3.2.1 Rangkaian Simulasi................41

3.3.2.2 Hasil Simulasi.............41

3.3.3 Single Pole A (Studi Kasus)......................44

3.3.3.1 Rangkaian Simulasi............44

3.3.3.2 Hasil Simulasi.................44

3.4 Perbaikan/Modifikasi pada Jaringan Eksisting................................................47

3.4.1 Simulasi Perbaikan/Modifikasi Jaringan 13,8 kV.............................48

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN ANALISIS...................................................................51

4.1 Rekapitulasi Hasil Perhitungan........................................................................51

4.1.1 Konfigurasi Sudut Lindung dan Arus Kritikal..................................51

4.1.2 Sambaran Langsung pada Kawat Fasa..............................................52

4.1.3 Tegangan Kawat Fasa Akbiat Sambaran pada Kawat Tanah............53

4.1.4 Tegangan Akibat Sambaran pada Kawat Tanah (Rangkaian

Modifikasi).................................................................................................54

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................................57

5.1 Kesimpulan......................................................................................................57

5.2 Saran.................................................................................................................59

DAFTAR PUSTAKA.............60

vii

DAFTAR GAMBAR

BAB I

Gambar 1.1. Penyebab outage pada PT. CPI...................1

Gambar 1.2. Data outage PT. CPI menurut level tegangan jaringa.........................3

BAB II

Gambar 2.1. Kurva Arus Petir vs Waktu..................................................................6

Gambar 2.2. Tipe-Tipe Sambaran Pet......................................................................7

Gambar 2.3. Konfigurasi Kawat Fasa..........8

Gambar 2.4. Konfigurasi Konduktor ASCR............................................................9

Gambar 2.5. Kawat Tanah .............................10

Gambar 2.6. Skema Sudut Lindung.......................................................................10

Gambar 2.7. Hubungan konsep sudut lindung dan besar arus sambaran...........11

Gambar 2.8. Lebar area perlindungan kawat tanah............................11

Gambar 2.9. Skematik Sambaran pada kawat tanah..............12

Gambar 2.10 Skematik Sambaran pada Puncak Menara.......................................14

Gambar 2.11 Definisi Mutual Impedansi Dua Konduktor.....................................15

BAB III

Gambar 3.1 Konfigurasi Tiang Double Pole SAA.................................................20

Gambar 3.2 Tiang Double Pole SAA 13,8 kV...................................................20

Gambar 3.3 Konfigurasi dan Dimensi crossarm Double Pole SAA......................21

Gambar 3.4 Konfigurasi Single Pole Tipe A........................................................23

viii

Gambar 3.5 Tiang Single Pole Tipe A 13,8 kV.................................................24

Gambar 3.6 Konfigurasi dan Dimensi Crossarm Single Pole Tipe A..................25

Gambar 3.7.Data Line dan Pemodelan yang Digunakan...27

Gambar 3.8 Sumber Tegangan AC Simulasi.....27

Gambar 3.9 Rangkaian simulasi kondisi eksisting double Pole....28

Gambar 3.10 Koordinat Kawat Fasa dan Kawat Tanah Double Pole....29

Gambar 3.11. Konfigurasi Kawat fasa dan Kawat Tanah Double Pole.....30

Gambar 3.12. Parameter Input Pole Untuk Double Pole SAA......30

Gambar 3.13. Keterangan Input Parameter Pole....31

Gambar 3.14. Input Resistansi Tanah............32

Gambar 3.15. Input Arus Petir...33

Gambar 3.16. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Double Pole) Pole

no.3.........................................................................................................................33

Gambar 3.17. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Double Pole) Pole no.1

s/d 4................................34

Gambar 3.18. Rangkaian Simulasi Kondisi Eksisting Single Pole........35

Gambar 3.19. Koordinat Kawat Fasa dan Kawat Tanah Single Pole....36

Gambar 3.20. Konfigurasi Kawat Fasa dan Kawat Tanah Single Pole.........36

Gambar 3.21. Parameter Input Pole Untuk Tipe Single Pole A....37

Gambar 3.22. Keterangan Input Parameter Pole....37

Gambar 3.23. Resistansi Tanah..................38

Gambar 3.24. Input Arus Petir Single .Pole...39

Gambar 3.25. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Single Pole) Pole no.....39

Gambar 3.26. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Single Pole) Pole 1 s/d

4..........40

Gambar 3.27. Input Arus Petir.......................................41

Gambar 3.28. Rangkaian Simulasi Sambaran Kawat Tanah (Double Pole)......41

Gambar 3.29. Tegangan Kawat Fasa Akibat Sambaran Petir 15 kA pada Kawat

Tanah (Double Pole) Pole no.342

ix

Gambar 3.30. Tegangan Kawat Fasa Akibat Sambaran Petir 15 kA pada Kawat

Tanah (Double Pole) Pole 1 s/d 4.......42

Gambar 3.31. Tegangan Kawat Fasa (Tegangan Induksi) Akibat Sambaran pada

Kawat Tanah (Double Pole) Pole 3............................................................43

Gambar 3.32. Tegangan Kawat Fasa (Tegangan Induksi) Akibat Sambaran pada

Kawat Tanah (Double Pole) Pole 1 s/d 4 no.3....44

Gambar 3.33 Rangkaian Simulasi Sambaran Kawat Tanah (Single Pole).............44

Gambar 3.34 Tegangan Kawat Tanah Akibat Sambaran Petir (Single Pole) Pole

3..............................................................................................................................45

Gambar 3.35 Tegangan Kawat Tanah Akibat Sambaran Petir (Single Pole) Pole

1 s/d 4.....................................................................................................................45

Gambar 3.36 Tegangan Kawat Fasa (Tegangan induksi) Akibat Sambaran pada

Kawat Tanah (Single Pole) Pole 3......................................................................46

3.37 Tegangan Kawat Fasa (Tegangan induksi) Akibat Sambaran pada Kawat

Tanah (Single Pole) Pole 1 s/d 4.........................................................................46

3.38 Rangkaian Modifikasi Jaringan......................................................................48

3.39 Tegangan Kawat Fasa pada Rangkaian Modifikasi Untuk Jarak Pentanahan

1,5 dan 10 meter.....................................................................................................49

3.40 Tegangan Kawat Tanag pada Rangkaian Modifikasi Untuk Jarak Pentanahan

1,5 dan 10 meter.....................................................................................................50

x

DAFTAR TABEL

BAB I

Tabel 1.1 GFD di seluruh area operasi PT. CPI.......................................................2

Tabel 1.2 GFD di atas seluruh jaringan 13,8KV PT. CPI dari tahun ke tahun........2

BAB III

Tabel 3.1 Dimensi Double Pole SAA........20

Tabel 3.2 Dimensi Single Pole Tipe A...............................23

BAB IV

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Sudut Lindung dan Arus Kritikal Sambaran Petir....51

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan dan Simulasi Sambaran Langsung pada Kawat

Fasa........................................................................................................................ 52

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan dan Simulasi pada Kawat Tanah..............................53

Tabel 4.4 Hasil Simulasi Pada Jaringan Perbaikan/Modifikasi.............................55

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Untuk memenuhi kebutuhan listriknya, PT. Chevron Pacific Indonesia

(yang selanjutnya disebut PT. CPI) memiliki sistem kelistrikan AC dengan

frekuensi 60Hz yang sepenuhnya mereka kelola s1endiri dari hulu (sistem

penbangkitan), sistem transmisi, hingga hilir (sistem distribusi). Pada setiap

sistem jaringan diperlukan sistem proteksi terhadap tegangan lebih yang

mungkin terjadi. Salah satunya adalah proteksi terhadap sambaran petir.

Sambaran petir pada jaringan dapat menyebabkan terjadinya tegangan

lebih yang dapat menyebabkan terjadinya kegagalan / outage pada sistem.

Pada jaringan listrik PT. CPI terjadinya outage sangat berpengaruh besar

terhadap kelangsungan operasional perusahaan secara keseluruhan. Terutama

pada sumur-sumur produksi minyak yang PT. CPI kelola, dikarenakan

jaringan listrik tersebut langsung terhubung ke beban berupa motor-motor

pompa minyak di sumur-sumur produksi. Oleh karena itu, setiap kali terjadi

gangguan/outage pada jaringan, target lifting minyak harian PT. CPI akan

terganggu. Berdasar data PT. CPI, pada tahun 2010 sambaran petir menjadi

penyebab tertinggi terjadinya outage pada sistem.

Gambar 1.1 Penyebab Outage PT. CPI

Data outage tersebut berkorelasi dengan data dari BMKG, di mana

jaringan PT. CPI terletak pada daerah dengan kepadatan sambaran petir

24,86%

22,59%

11,78%

8,27%

6,70%

6,22%2,76%

2,65%2,97%11,19% Unidentified

Lightning

N/A

Unidentified (Fuse)

2

tahunan (Groud Flash Density) yang cukup tinggi. Jaringan distribusi

13.8KV PT. CPI merupakan jaringan terpanjang diantara jaringan level

tegangan lain, memiliki potensi terkena sambaran petir yang terbesar

dibandingkan dengan jaringan pada level tegangan lainnya. Berikut adalah

GFD di area CPI tahun 2010-2012 :

Year 2010 2011 2012 2010-2012

Lightning Strike (flash) 15070 14169 8910 38149

Area (km2) 22267,8

GFD (Flash/km2/year) 0,68 0,64 0,40 0,57

Tabel 1.1. GFD di seluruh area operasi PT. CPI

Dari keseluruhan jaringan PT. CPI, jaringan tegangan menengah 13,8

kV menempati urutan tertinggi dalam GFD. Berikut tabel GFD pada area

jaringan tegangan menengah 13,8 kV:

Year 2010 2011 2012 2010-2012

Lightning Strike (flash) 910 897 969 2776

GFD (Flash/km2/year) 0,73 0,72 0,78 0,74

Tabel 1.2. GFD diatas seluruh jaringan 13,8 kV PT. CPI dari tahun ke

tahun

Sedangkan menurut data outage PT. CPI berdasarkan level jaringan,

jaringan tengangan menengah 13,8 kV menempati peringkat pertama dalam

hal frekuensi terjadinya outage (97,58%). Berikut data outage PT. CPI

menurut level tegangan jaringan.

3

Gambar 1.2. Data Outage PT. CPI menurut level tegangan jaringan.

Berdasarkan data-data tersebut dapat ditarik hipotesa bahwa kejadian

outage tertinggi PT. CPI adalah disebabkan oleh petir yang terjadi pada

jaringan tegangan menengah 13,8 kV. Maka dari itu diperlukan pengamatan

dan analisa secara menyeluruh terkait sambaran petir pada jaringan 13,8 kV

untuk mengurangi terjadinya outage. Pengamatan dan analisa dilakukan pada

parameter-parameter sambaran petir pada jaringan, yaitu arus puncak,

tegangan puncak, tegangan induksi, BIL sistem, dan konfigurasi isolasi

jaringan 13,8 kV untuk kondisi saat ini (eksisting). Selain itu setelah

mengetahui dan menganalisis konfigurasi jaringan tegangan menengah

eksisting terhadap sambaran petir, maka dilakukan perbaikan terhadap

kondisi eksisting jaringan tersebut. Perbaikan konfigurasi jaringan tegangan

menengah 13,8 kV dilakukan untuk mengurangi terjadinya penyebab outage

pada jaringan. Dengan dilakukannya perbaikan pada jaringan tersebut

diharapkan dapat meningkatkan reliabilitas dari keseluruhan sistem PT. CPI.

1.2 Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan dalam Tugas Akhir ini memiliki tujuan sebagai berikut:

a. Menganalisis parameter-parameter sambaran petir pada jaringan tegangan

menengah 13,8 kV PT. CPI.

b. Melakukan perbaikan / modifikasi pada jaringan tegangan menengah

13.8KV PT. CPI terhadap sambaran petir.

97,58%

0,48%

0,48% 1,21% 0,24%

13.8KV

115KV

4.16KV

44KV

SUBSTATION

4

c. Sebagai saran kepada PT. CPI untuk menerapkan perbaikan / modifikasi

jaringan tegangan menengah 13,8 kV dalam rangka mengurangi outage

akibat sambaran petir pada sistem, sehingga dapat meningkatkan

reliabilitas sistem secara keseluruhan.

1.3 Pembatasan Masalah

Adapun batasan-batasan dalam penelitian ini antara lain,

a. Pengamatan pada jaringan 13.8KV yang menurut data PT. CPI terjadi

outage.

b. Pengamatan tersebut untuk melihat terjadinya outage akibat tegangan lebih

oleh sambaran petir.

c. Simulasi sambaran petir pada jaringan tegangan menengah 13,8 kV PT.

CPI dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP.

1.4 Metode penelitian

Tahapan pelaksanaan tugas akhir ini adalah:

1. Studi literatur mengenai sambaran petir pada jaringan.

2. Pengumpulan data dari PT. CPI.

3. Melakukan perhitungan parameter-parameter sambaran petir pada jaringan

tegangan menengah 13,8 kV PT. CPI

4. Melakukan simulasi sambaran petir pada jaringan tegangan menengah 13,8

kV PT. CPI dengan menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP.

5. Perancangan serta simulasi dari perbaikan konfigurasi jaringan tegangan

menengah 13,8 kV yang diusulkan.

6. Membandingkan dan melakukan analisis terhadap hasil simulasi antara

kondisi eksisting dengan kondisi setelah dilakukan modifikasi.

7. Penyusunan laporan Tugas Akhir.

8. Sidang Tugas Akhir

1.5 Sistematika Penulisan

Laporan tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa bab, yaitu :

5

Bab I Pendahuluan, meliputi latar belakang, tujuan penelitian, batasan

masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab II Dasar Teori, berisi teori-teori yang berkaitan dengan tugas akhir

ini, meliputi teori tegangan lebih akibat sambaran petir, impedansi surja,

arus maksimum sambaran petir pada kawat fasa, perubahan besar

resistivitas tanah terhadap jarak pentanahan.

Bab III Pengolahan Data Parameter Sambaran Petir meliputi

perhitungan parameter sambaran petir pada kawat fasa, simulasi sambaran

langsung pada kawat fasa, simulasi sambaran pada kawat tanah,

perbaikan/modifikasi pada jaringan eksisting

Bab IV Hasil Simulasi dan Analisis, meliputi rekapitulasi perhitungan

konfigurasi sudut lindung dan arus kritikal, sambaran langsung pada kawat

fasa, sambaran pada kawat tanah, sambaran pada kawat tanah untuk

rangkaian modifikasi

Bab V Kesimpulan dan Saran, merupakan kesimpulan dan saran yang

dibuat penulis berdasarkan hasil analisis.

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tegangan Lebih Akibat Sambaran Petir

Studi yang dilakukan oleh komite IEEE-EEI menyimpulkan bahwa

sambaran petir merupakan penyebab terbesar kejadian outage [1]. Kesimpulan

tersebut didapat setelah dilakukan pengumpulan data dan analisis selama 14 tahun

pada 42 perusahaan operator di Amerika Serikat dan Kanada. Outage yang terjadi

karena sambaran petir diakibatkan oleh overvoltage (tegangan lebih pada sistem).

Secara umum overvoltage adalah tegangan transien yang lebih besar dari tegangan

maksimum operasi yang diperbolehkan dari sistem. Pada tegangan transien ini

terdapat perbedaan dari besarnya, durasi dan frekuensinya. Karakteristik dari

tegangan lebih transien bisa dilihat dari diagram berikut :

Gambar 2.1. Kurva Arus Petir vs Waktu

Sambaran petir terjadi akibat perbedaan polaritas muatan antara awan dan

bumi. Menurut Berger tipe dari sambaran petir dapat dibagi menjadi 4, yaitu

sambaran petir negatif dari bumi ke awan (bawah ke atas) dan sebaliknya, dan

sambaran petir positif dari bumi ke awan (bawah ke atas) dan sebaliknya. Berikut

adalah ilustrasi tipe sambaran menurut Berger :

7

Gambar 2.2 Tipe-Tipe Sambaran Petir (Sumber : Insulation Coordination

of Power Systems by Andrew R. Hileman)

Sekitar 85-95% sambaran petir pada struktur yang memiliki ketinggian

kurang dari 100 meter berjenis sambaran petir negatif dari awan ke bumi /

negative downward. Oleh karena itu pada perhitungan dan simulasi untuk

sambaran petir pada jaringan tegangan menengah 13,8 kV dengan ketinggian

kurang dari 100 meter, diasumsikan jenis petir yang digunakan adalah petir

negatif.

Tegangan lebih akibat sambaran petir pada jaringan listrik dapat dibagi

menjadi 3, yaitu : sambaran langsung pada kawat fasa, sambaran pada puncak

tower, dan sambaran pada kawat tanah.

2.1.1. Sambaran Langung pada Kawat Fasa

Jika kawat fasa tersambar oleh petir, maka tegangan pada titik sambaran

adalah :

8

= 2

Persamaan 2.1. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa

Dengan Zo : Impedansi kawat fasa

Im : Arus maksimum petir pada kawat fasa

Sambaran langsung ke kawat fasa dapat menyebabkan timbulnya tegangan

lebih pada fasa lainnya sebagai akibat adanya kopling magnetis dari sistem. Oleh

karena itu impedansi Zo merupakan impedansi bersama dari ketiga fasa. Di mana

persamaan umum impedansi adalah sebagai berikut :

=

Persamaan 2.2. Impedansi Surja Kawat Fasa

Dengan L : Induktansi bersama kawat fasa

C : Kapasitansi bersama kawat fasa

Dengan persamaan di atas untuk menghitung impedansi kawat fasa harus

diketahui terlebih dahulu besar induktansi bersama kawat fasa.Karena untuk

jaringan jarak jauh induktansi lebih dominan daripada resistansi.Hal ini

dikarenakan besarnya arus yang mengalir melalui konduktor berhubungan dengan

parameter induktansi. Untuk 3 fasa menggunakan hubungan sebagai berikut :

Gambar 2.3. Konfigurasi Kawat Fasa

Mengikuti persamaan sebagai berikut :

= 2 107 ln ( 12 33 /) H/m

9

Persamaan 2.3. Induktansi Bersama Kawat 3 Fasa

Dengan D1,D2,D3: Jarak antar fasa

Ds = GMR = 0.7788r konduktor (untuk 3 fasa dengan

jarak sama)

Sedangkan untuk konfigurasi konduktor ASCR (Alumunium Steel Carbon

Reinforced), GMR sudah ditentukan oleh manufaktur. Pada jaringan distribusi

13.8kV menggunakan ASCR jenis oriole dengan GMR =7.724 x 10^-3 m.

Gambar 2.4. Konfigurasi Konduktor ASCR

Kapasitansi bersama kawat tanah dihitung dengan persamaan berikut :

Persamaan 2.4. Kapasitansi Bersama Kawat Tanah

Dengan D = 12 33

r = radius konduktor

2.1.2 Sambaran Pada Kawat Tanah

Pada mulanya, kawat tanah dipasang untuk mengurangi tegangan induksi

pada konduktor fasa yang disebabkan sambaran petir di sekitar tanah. Saat ini riset

membuktikan bahwa tegangan induksi yang diakibatkan karena sambaran tidak

langsung tidak memiliki ancaman pada jaringan. Sejak saat itu kawat berfungsi

untuk melindungi kawat fasa dari sambaran petir secara langsung. Berikut adalah

skema dari kawat tanah dalam jaringan.

10

Gambar 2.5. Kawat Tanah

Perlindungan kawat tanah terhadap kawat fasa tergantung pada besarnya

sudut lindung. Sudut lindung adalah sudut yang terbentuk Antara titik kawat tanah

dengan kawat fasa. Berikut adalah skema sudut lindung.

Gambar 2.6. Skema Sudut Lindung

Pada jaringan listrik umumnya besar sudut lindung adalah 30.Sudut

lindung sendiri adalah sudut kritis dimana petir yang datang dengan besarnya

sudut lindung tersebut akan menyambar kawat fasa. Sedangkan semakin besar

arus sambaran petir maka besarnya jari-jari lingkup yang tersambar akan semakin

besar sesuai dengan persamaan [IEEE04]:

R= 10 0.65

Persamaan 2.5. Radius Sambaran Petir

Dengan R: Jari-jari sambaran petir (m)

I: besarnya arus sambaran (kA)

11

Maka semakin besar arus sambaran, maka sudut lindungnya akan semakin

kecil, begitu juga sebaliknya semakin kecil arus petir maka sudut lindungnya

semakin besar, seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 2.7.Hubungan Konsep Sudut Lindung dan Besar Arus Sambaran

Kawat tanah pada jaringan tenaga listrik juga berfungsi untuk melindungi

area di bawahnya yang terlingkupi area perlindungan sebagai berikut :

Gambar 2.8 Lebar area perlindungan kawat tanah pada jaringan tenaga

listrik (Sumber : Electromagnetic Transients in Power Systems by Pritindra

Chowduri)

Persamaan lebar area perlindungan adalah :

W = b + 4H (m)

Persamaan 2.6 lebar area perlindungan kawat tanah

12

Impedansi surja sambaran pada kawat tanah pada dasarnya sama dengan

persamaan 2 di atas. Namun untuk induktansi bersama dua kawat tanah,

persamaan yang dipakai adalah sebagai berikut :

L = 2 107 ln ( /)

Persamaan 2.7.Induktansi bersama kawat tanah.

Dengan d : jarak Antara dua kawat tanah

r : radius kawat tanah

Skematik untuk kasus sambaran pada kawat tanah dapat dilihat pada

gambar berikut :

Gambar 2.9. Skematik Sambaran Pada Kawat Tanah (Sumber :

Insulation Coordination for Power Systems, by Andrew R. Hileman)

Arus sambaran akan terbagi menjadi 2 yang akan berjalan berlawanan arah

sepanjang kawat tanah menuju puncak menara terdekat. Tegangan yang timbul

akibat arus ini adalah:

Vs = Zs

Persamaan 2.8 Besar Tegangan Sambaran Pada Kawat Tanah

Dengan Zs = impedansi surja kawat tanah

Sedangkan tegangan induksi yang timbul pada kawat fasa dikarenakan

elektromagnetik kopling, adalah :

13

Vp = Ksp. Vs

Persamaan 2.9. Besar tegangan kawat fasa akibat sambaran pada kawat

tanah

Dengan Ksp = Zsp/Zs

Zsp = impedansi surja mutual antara kawat tanah dan

kawat fasa

Perbedaan tegangan antara kawat tanah dan kawat fasa adalah :

Vsp = (1- Ksp)Vs

Persamaan 2.10 Perbedaan tegangan kawat tanah dan kawat fasa

2.1.3 Sambaran Pada Puncak Menara

Sambaran pada puncak menara akan menyebabkan terjadinya kenaikan

tegangan yang dapat menyebabkan backflashover. Backflashover adalah

Flashover dari koordinasi isolasi yang disebabkan oleh sambaran petir pada yang

normalnya terjadi pada potensial pentanahan. Besar tegangan yang terjadi akibat

sambaran pada puncak menara, mengikuti persamaan berikut :

= x +

+

Persamaan 2.11. Besar Tegangan Sambaran Puncak Menara

Dengan Is : Arus petir (kA)

L : Induktansi menara

Re : tahanan kaki menara

= 2

3

Jika Vm melebihitegangan tembus dari isolator maka akan terjadi back

flash over. Skematik untuk kasus sambaran pada puncak menara dapat dilihat

pada gambar berikut :

14

Gambar 2.10 Skematik Sambaran Pada Puncak Menara (Sumber :

Insulation Coordination for Power Systems, by Andrew R. Hileman)

2.2 Impedansi Surja

Impedansi surja pada gangguan transient adalah resistivitas dalam pada

suatu material, yang memiliki induktansi dan kapasitansi diri. Induktansi dan

kapasitansi dalam material tersebut yang mempengaruhi kecepatan gelombang

berjalan melalui material tersebut. Di mana dalam hal ini, suatu gangguan

transient seperti sambaran petir yang terjadi pada suatu material akan sangat

dipengaruhi oleh impedansi surja material tersebut. Persamaan impedansi surja

pada umumnya adalah sebagai berikut :

=

Persamaan 2.12 Impedansi Surja

Dan kaitannya dengan kecepatan rambat gelombang adalah sebagai berikut

:

v = 1

15

Persamaan 2.13 Hubungan kecepatan rambat gelombang dan impedansi

Di mana L adalah induktansi dan C adalah kapasitansi per satuan panjang.

Sehingga didapatkan besaran Z (impedansi surja) dalam satuan ohm. Untuk

multiple conductors jarak antara satu konduktor dengan konduktor lain, radius

konduktor, dan ketinggian konduktor tersebut dari muka tanah akan

mempengaruhi besarnya impedansi surja. Hal ini dikarenakan akan timbul mutual

induktansi dan kapasitansi atara keduanya. Sehingga perhitungan impedansi nya

menggunakan mutual impedansi surja, sebagai berikut :

Gambar 2.11 Definisi Mutual Impedansi Dua Konduktor (Sumber :

Insulation Coordination for Power Systems, by Andrew R. Hileman)

Dengan impedansi sendiri konduktor adalah

1 = 60 ln211

2 = 60 ln222

Persamaan 2.14 Impedansi surja sendiri untuk dua konduktor

Dan impedansi surja mutual antara konduktor adalah :

12 = 60 ln1212

Persamaan 2.15 Impedansi Surja Mutual

16

Tegangan pada konduktor yang dilalui gelombang berjalan pada dua

konduktor yang sejajar adalah sebagai berikut :

1 = 11 + 212

2 = 112 + 22

Persamaan 2. 16 Tegangan Pada Konduktor Akibat Gelombang Transient

2.3 Arus Kritikal Sambaran Petir Pada Kawat Fasa

Petir menyambar kawat fasa dikarenakan kegagalan perlindungan kawat

tanah. Kegagalan kawat tanah dalam melindungi kawat fasa diakibatkan karena

sudut lindung yang tidak memenuhi standard, atau karena arus petir yang

menyambar besarnya di bawah arus kritikal sudut perlindungan kawat tanah.

Besarnya arus minimum sambaran petir pada suatu daerah digunakan sebagai

salah satu parameter desain koordinasi isolasi pada sistem tenaga listrik. Untuk

mengetahui sacara pasti berapa besarnya arus minimum sambaran petir di suatu

daerah dapat digunakan data dari stasiun lokal pengamatan petir setempat. Namun

dalam studi ini tidak ada data mengenai besarnya arus sambaran petir di wilayah

PT. CPI. Oleh karena itu digunakan analisis sudut proteksi. Dengan mengetahui

besarnya sudut proteksi dari Pole akan dapat dihitung besarnya jari-jari

maksimum sambaran petir. Dengan persamaan berikut :

=180

1(1- H/R)

Persamaan 2.17. Hubungan Antara radius sambaran petir, tinggi tiang dan sudut

lindung

Dimana : sudut lindung (di dapat dari datasheet)

H:tinggi Pole (m) (didapat dari datasheet)

r:jari-jarisambaranpetir

Dengan persamaan di atas, dimana besar diketahui, maka besarnya nilai r dapat

dihitung. Setelah nilai r diketahui maka besarnya arus sambaran dapat diketahui

dengan persamaan [IEEE04] :

17

=

10

0.65

Persamaan 2.18.Arus maksimum sambaran pada kawat fasa.

dimana

Im : Arus minimum (kA)

R : jari-jari sambaran petir (m), yang didapat dari

persamaan2.5.

2.4 Perubahan Besar Resistivitas Tanah Terhadap Jarak Pentanahan

Tiang jaringan tenaga listrik yang tertanam dalam tanah yang memiliki

resistansi tertentu. Sehingga resistansi pentanahan harus diperhatikan agar

serendah mungkin. Hal ini dikarenakan ketika petir menyambar pada puncak tiang

atau kawat tanah, gelombang berjalan tersebut harus disalurkan dengan aman ke

dalam tanah dan tidak terdisipasi.

Resistansi pentahanan kaki dari tiang jaringan, Rtf adalah parameter yang

penting yang menentukan proteksi dari jaringan tersebut ketika mendapatkan

sambaran petir langsung pada tiang. Tegangan gelombang berjalan dari puncak

tiang akan dipantulkan kembali pada reisitansi pentanahan kaki tiang. Jika Rtf

lebih kecil daripada impedansi surja tiang (Zt), makagelombang akan berjalan

dengan polaritas berlawanan pada puncak tiang, yang akan mengurangi tegangan

pada puncak tiang. Sehingga dengan demikian, untuk mengurangi tegangan

berlebih akibat sambaran petir yang berakibat pada terjadinya outage perlu

dilakukan modifikasi agar nilai Rtf dapat sekecil mungkin. Geri et al [3] telah

memerivikasi model dan rumus-rumus resistansi sistem pentanahan dengan

simulasi langsung bagaimana perilaku tanah pada saat arus petir masuk ke bumi

dari elektroda pentanahan. Model rangkaian dari titik ground rod sampai ke bumi

tak terhingga

Dengan nilai resistansi masing-masing bagian-bagian sebagai berikut:

18

= 1

2

=

2 + 22=

2

+ 1

+ 1

=

2 +22=

2

+1

+1

=

2 +22=

2

+1

+1

Persamaan 2.19 Resistansi Pentanahan

Ri adalah radius tanah disekitar ground rod yamg mengalami ionisasi

yang lebarnya berubah sebagai fungsi arus. adalah resistivitas tanah terionisasi

dianggap sama dengan risistivitas ground rod. Di luar itu resistivitas tanah

dianggap konstan. Besar radius ionisasi dianggap mengikuti rumus :

= , ()

2

dengan = 2410.215

19

BAB III

PENGOLAHAN DATA PARAMETER SAMBARAN PETIR

Pada konfigurasi jaringan tegangan menengah 13,8 kV PT. CPI terdapat 2

jenis tiang yang digunakan yaitu tiang ganda (Double Pole), dan tiang tunggal

(Single Pole). Di mana masing-masing jenis tiang tersebut memiliki 4 macam

jenis yang berbeda konfigurasinya.

Untuk mengetahui parameter-parameter sambaran petir pada setiap

konfigurasi tiang tersebut, perlu dilakukan perhitungan dan simulasi. Parameter

sambaran petir yang dihitung adalah arus sambaran pada kawat fasa, impedansi

surja kawat fasa, tegangan sambaran kawat fasa. Berikut adalah perhitungan

parameter sambaran pada kawat fasa untuk konfigurasi jaringan 13,8 kV tipe

Double Pole SAA dan Single Pole tipe A. Untuk perhitungan parameter sambaran

petir pada konfigurasi tiang tipe yang lainnya akan ditampilkan pada lampiran.

3.1 Perhitungan Parameter Sambaran Petir pada Kawat Fasa

3.1.1 Double Pole SAA

Double Pole SAA merupakan tiang berbahan baja galvanis dengan dua

tiang setinggi 18,89 m dan lengan (cross arm) dengan lebar 2,89 m berada

3,96 m dari puncak tiang.

20

Gambar 3.1. Konfigurasi Tiang Double Pole SAA

Tabel 3.1. Dimensi Tiang Double Pole SAA

Berikut adalah foto dari 13,8 kV Double Pole SAA :

Gambar 3.2. Tiang Double Pole SAA 13,8 kV

Arus Sambaran Pada Kawat Fasa

Dimensi Unit

British SI

H (Height of Pole) 62 18,89 m

W (Width of Crossarm) 9-6 2,89 m

h (Height of Top Pole-

Crossarm) 13 3,96 m

D (Pipe pile) 12.75" 0,3238 m

b (width of mid sec

crossarm) 14' 4,2672 m

21

Mengacu pada dimensi tiang dapat dihitung besarnya arus sambaran petir

pada kawat fasa, dengan persamaan (2.8) sebagai berikut :

=

10

0.65

Dengan nilai R yang didapat dari persamaan (2.9) berikut :

=180

1(1- H/R)

Dan memasukkan nilai pada konfigurasi tiang Double Pole SAA :

= 36.12 (sudut lindung)

H = 18.89 m (tinggi tiang)

Diperoleh nilai jarak sambaran R = 19. 1 m. Nilai R dimasukkan ke

persamaan

=

10

0.65

Maka diperoleh besarnya arus sambaran pada kawat fasa untuk Double

Pole SAA, I = 2,706 kA

Impedansi Surja Pada Kawat Fasa

Konfigurasi eksisting kawat 3 fasa pada double-Pole SAA

Gambar 3.3. Konfigurasi dan dimensi crossarm Double Pole SAA

Persamaan induktansi diri untuk 3 fasa :

= 2 107 ln ( 12 33 /)

Dengan memasukkan

D1 = D2 = 16 = 4, 878 m

D3 = 2 D1 = 32 = 9.753 m

22

Ds = GMR = 0.0255ft (ACSR oriole) = 7,724 x10^-3 m

Diperoleh nilai L = 1.3358 x 10^-6 H/m

Persamaan kapasitansi untuk 3 fasa :

D = 12 33

= 4.978 4.878 9.7533

= 6,145 m

r = 9,41 x 10^-3 m

Diperoleh nilai C = 8,597 x 10^3 F/km = 8,597 x 10^-12 F/m

Maka Impedansi surja pada kawat fasa :

=

Dengan L = 1.3358 x 10^-6 H/m

C = 8.597 x 10^-12 F/m

Diperoleh Zo = 394,182

Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa

Dengan menggunakan persamaan 2.1, yaitu :

= 2

Dan memasukkan Zo = 394,182 dan Im = 2,706 kA diperoleh

= 533,32 KV

3.1.2 Single Pole Tipe A

Single Pole Tipe A merupakan tiang berbahan baja galvanis dengan sebuah

tiang setinggi 15,392 m dan lengan (cross arm) dengan lebar 1,447 m

berada 2,743 m dari puncak tiang (lihat Tabel).

23

Gambar 3.4. Konfigurasi Single Pole Tipe A

Parameter Desain Unit

British SI

H (Height of Pole) 50-6 15.392 m

W (Width of Crossarm) 4-9 1.447 m

h (Height of Top Pole-

Crossarm) 9 2.743 m

D (Pipe pile) 8.625" 0.219 m

Tabel 3.2. Dimensi Single Pole Tipe A

Berikut adalah foto dari 13,8 kV Single Pole Tipe A :

24

Gambar 3.5. Tiang Single Pole Tipe A 13,8 kV

Arus Sambaran Pada Kawat Fasa

Mengacu pada dimensi tiang dapat dihitung besarnya arus sambaran petir

pada kawat fasa, dengan persamaan (8) sebagai berikut :

=

10

0.65

Dengan nilai R yang didapat dari persamaan (9) berikut :

=180

1(1- H/R)

Dan memasukkan nilai pada konfigurasi tiang Double Pole SAA :

= 27,8 (sudut lindung)

H = 15,39 m(tinggi tiang)

Diperoleh nilai jarak sambaran R = 15.52 m. Nilai R dimasukkan ke

persamaan

=

10

0.65

25

Maka diperoleh besarnya arus sambaran pada kawat fasa untuk Double

Pole SAA, I = 2 kA

Impedansi Surja Pada Kawat Fasa

Konfigurasi eksisting kawat 3 fasa pada singleTipe A

Gambar 3.6. Konfigurasi dan Dimensi Crossarm Single Pole Tipe A

Persamaan induktansi diri untuk 3 fasa :

= 2 107 ln ( 12 33 /)

Dengan memasukkan

D1 = 3 = 0.9144 m

D2 = 518 = 1.9812 m

D3 = 818 = 2.8954 m

Ds = GMR = 0.0255 ft (ACSR oriole)= 7.724 x10^-3 m

Diperoleh nilai L = 1.0831 x 10^-6 H/m

Persamaan kapasitansi untuk 3 fasa :

D = 12 33

= 0.1944 1.9812 2.89543

= 1.037 m

r = 9.41 x 10^-3 m

Diperoleh nilai C = 0,01185 F/km = 1,185 x 10^-11 F/m

Maka Impedansi surja pada kawat fasa :

26

=

Dengan L = 1.0831 x 10^-6 H/m

C = 1,185 x 10^-11 F/m

Diperoleh Zo = 302,325

Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa

Dengan menggunakan persamaan 1, yaitu :

= 2

Dan memasukkan Zo = 302,325 dan Im = 2kA diperoleh

=302,325 KV

3.2 Simulasi Sambaran Langsung Pada Kawat Fasa

Simulasi sambaran pada kawat fasa menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP.

Simulasi dilakukan dengan asumsi jaringan tanpa koordinasi insulasi dan

menggunakan metode Bergeron. Dengan memasukkan faktor skin effect dan real

transfer matrix. Dengan menggunakan simulasi ini akan dilihat dampak dari

Flashover maupun back-Flashover pada jaringan. Beikut ini adalah masukan

parameter-parameter mekanik dan elektrik dari simulasi sambaran langsung pada

kawat fasa :

27

Gambar 3.7. Data Line dan Pemodelan yang Digunakan

Gambar 3.8. Sumber Tegangan AC Simulasi

3.2.1 Double PoleA (Studi Kasus)

Untuk simulasi konfigurasi jaringan tipe Double Pole, rangkaian

yangdigunakan adalah sebagai berikut:

28

Gambar 3.9.Rangkaian simulasi kondisi eksisting Double Pole.

Rangkaian di atas adalah rangkaian simulasi Double Pole, dengan

menggunakan 4 buah tiang listrik (Pole 1, Pole 2, Pole 3, Pole 4).

Konfigurasi jaringan Double Pole terdiri dari 5 kawat yaitu 3 kawat fasa,

dan 2 kAwat tanah. Di mana pada beberapa titik tersebut dipasang probe

untuk mengukur tegangan akibat sambaran petir. Tegangan yang terukur

adalab besar tegangan pada titik tersebut terhadap reference 0 pada titik

tak hingga. Probe pengukur tegangan dipasang pada titik-titik berikut:

a. Kawat fasa puncak Pole 1 dengan label probe : phs1.

b. Kawat fasa antara Pole 1 dan Pole 2 dengan label probe : phs2.

c. Kawat fasa antara Pole 2 dan Pole 3 dengan label probe : phs 3.

d. Kawat fasa antara Pole 4 dan Pole 5 dengan label probe : phs4.

e. Kawat fasa puncak Pole 5 dengan label probe : phs 5.

f. Ground wire puncak Pole 1 dengan label probe : gwr1.

g. Ground wire antara Pole 1 dan Pole 2 dengan label probe : gwr2.

h. Ground wire antara Pole 2 dan Pole 3 dengan label probe : gwr3.

29

i. Ground wire antara Pole 4 dan Pole 5 dengan label probe : gwr4.

j. Ground wire puncak Pole 5 dengan label probe : gwr5.

k. Tanah pada dasar Pole 1 dengan label probe : gr1.

m. Tanah pada dasar Pole 1 dengan label probe : gr2.

n. Tanah pada dasar Pole 1 dengan label probe : gr3.

o. Tanah pada dasar Pole 1 dengan label probe : gr4.

Probe pada rangkaian di atas, sama dengan pada rangkaian-rangkaian

simulasi berikutnya. Sedangkan untuk konfigurasi letak (koordinat) dari

tiap kawat tersebut dimasukkan dalam input parameter sebagai berikut :

3.2.1.1 Konfigurasi dan Dimensi Pole

Dimensi tiang yaitu tinggi tiang, lebar crossarm, jari-jari kawat, jarak antar

kawat fasa, dan juga dengan kawat tanah yang dapat dilihat pada gambar

tekniknya dimasukkan dalam parameter Line/Cable berikut ini :

Gambar 3.10. Koordinat Kawat Fasa dan Kawat Tanah Double Pole

30

Sehingga konfigurasi jaringan 13,8 kV tipe Double Pole SAA dapat dilihat

dalam potongan a-a berikut ini :

Gambar 3.11. Konfigurasi Kawat Fasa dan Kawat Tanah Double Pole

3.2.1.2 Parameter Elektrik Pole

Pada rangkaian simulasi, LINE Z ekivalen dengan tiang dari jaringan 13,8

kV PT. CPI. Setelah dilakukan perhitungan parameter tiang, maka input

dari LINE Z untuk tipe Double Pole SAA adalah sebagai berikut :

Gambar 3.12. Parameter Input Pole Untuk Tipe Double Pole SAA

31

Dengan keterangan tiap masukkan dari parameter tersebut adalah

sebagai berikut :

Gambar 3.13. Keterangan Input Parameter Pole

Sebagai input, dipilih ILINE = 1. Di mana B adalah kecepatan rambat

gelombang elektromagnetik yaitu 300 x 10^5 m/s dan A adalah impedansi

dari Pole, yang didapat dari perhitungan sebagai berikut :

Zp = 1/2 (Zs + Zm)

Persamaan 10. Impedansi Double Pole

dimana

Zs = 60 ln (H/r) + 90 (r/H) 60

Zm = 60 ln (H/b) + 90 (b/H) 60

Dengan memasukkan data dari datasheet yaitu jari-jari pile r = 0,3238 m,

tinggi tiang H = 18,89 m, lebar lengan b = 4,267 m, diperoleh nilai

impedansi surja dari puncak tiang Zp = 117,551. Sedangkan nilai R/l

adalah resistivitas Pole per satuan panjang yang diperoleh dari perhitungan

berikut :

=

32

Persamaan 11. Resistivitas Pole Per Satuan Panjang

Dimana

R : Resistansi ()

L : panjang Pole (m)

: resistivitas (.m)

A : luas penampang Pole (m^2)

Berdasarkan datasheet perhitungan perhitungan luas penampang Pole (A)

sebagai berikut:

= (. (. . )

Diperoleh nilai A= 0.03811 m2. Maka dengan memasukkan resistivitas ()

steel carbon yaitu 1.43 x 10^-7.m dan A = 0.03811 m2 ke persamaan

11, diperoleh nilai

= . /.

3.2.1.3 Resistansi Tanah

Input parameter resistansi tanah adalah sebagai berikut :

Gambar 3.14. Input Resistansi Tanah

Besar nilai resistansi tanah dipilih 25, yaitu berdasarkan nilai rata-rata

hasil pengukuran di lapangan.

3.2.1.4 Arus Petir

Input parameter sumber arus petir sebagai berikut :

33

Gambar 3.15. Input Arus Petir

Arus petir yang digunakan adalah 2,7 kA sesuai dengan hasil perhitungan

merupakan besar arus petir maksimum yang akan menyambar kawat fasa.

3.2.1.5 Hasil Simulasi

Setelah rangkaian jaringan dengan masukan parameter di atas

disimulasikan, diperoleh plot sebagai berikut :

a. Analisis Flashover

Gambar 3.16.Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Double Pole) -

Pole no.3

34

Gambar 3.17. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Double Pole) Pole

no.1 s/d 4

Dari hasil simulasi dengan arus petir 2.7KA diperoleh besar tegangan

maksimum terjadi pada titik sambaran (Pole 3) adalah 354 KV. Besar

tegangan sambaran terukur akan semakin mengecil semakin jauh dari titik

sambaran. Dari hasil simulasi juga diperoleh kenaikan tegangan muka

(front stepness) yaitu : S = 354kV / 4.15 s = 85.301 kV / s.

3.2.2 Single Pole Tipe A

Simulasi sambaran pada kawat fasa menggunakan perangkat lunak ATP-

EMTP. Untuk simulasi Single Pole, rangkaian yang digunakan adalah

sebagai berikut:

35

Gambar 3.18. Rangkaian Simulasi Kondisi Eksisting Single Pole

Rangkaian di atas adalah rangkaian simulasi Single Pole, dengan

menggunakan 4 buah tiang listrik (Pole 1, Pole 2, Pole 3, Pole

4).Konfigurasi jaringan Single Pole terdiri dari 4 kawat yaitu 3 kawat fasa,

dan 1 kawat tanah. Di mana pada beberapa titik dipasang probe untuk

mengukur tegangan akibat sambaran petir. Konfigurasi letak dari tiap

kawat tersebut dimasukkan dalam input parameter sebagai berikut :

3.2.2.1 Konfigurasi dan Dimensi Pole

Dimensi tiang yaitu tinggi tiang, lebar crossarm, jari-jari kawat, jarak antar

kawat fasa, dan juga dengan kawat tanah yang dapat dilihat pada gambar

tekniknya dimasukkan dalam parameter Line/Cable berikut ini :

36

Gambar 3.19. Koordinat Kawat Fasa dan Kawat Tanah Single Pole

Sehingga konfigurasi jaringan 13,8 kV tipe Single Pole A dapat dilihat

dalam potongan a-a berikut ini :

Gambar 3.120. Konfigurasi Kawat Fasa dan Kawat Tanah Single Pole

3.2.2.2 Parameter Elektrik Pole

Pada rangkaian simulasi, LINE Z ekivalen dengan tiang dari jaringan 13,8

kV PT. CPI. Setelah dilakukan perhitungan parameter tiang, maka input

dari LINE Z untuk tipe Single Pole A adalah sebagai berikut :

37

Gambar 3.21. Parameter Input Pole Untuk Tipe Single Pole A

Dengan keterangan tiap masukkan dari parameter tersebut adalah sebagai

berikut :

Gambar 3.22. Keterangan Input Parameter Pole

Sebagai input, dipilih ILINE = 1. Di mana B adalah kecepatan rambat

gelombang elektromagnetik yaitu 300 x 10^5 m/s dan A adalah impedansi

dari Pole, yang didapat dari perhitungan sebagai berikut :

Zp = 60 ln (H/r) + 90 (r/H) 60

Persamaan 12. Impedansi Single Pole

38

Dengan memasukkan data dari datasheet yaitu jari-jari pile r = 0,219 m,

tinggi tiang H = 15,39 m, diperoleh nilai impedansi surja dari puncak tiang

Zp = 196.42. Sedangkan nilai R/l adalah resistivitas Pole per satuan

panjang yang diperoleh dengan persamaan 11 dari perhitungan berikut :

Berdasarkan datasheet perhitungan perhitungan luas penampang Pole (A)

sebagai berikut:

= (. (. . )

Diperoleh nilai A= 0.02564 m2. Maka dengan memasukkan resistivitas ()

steel carbon yaitu 1.43 x 10^-7.m dan A = 0.03811 m2 ke persamaan

11, didapat nilai

= . /.

3.2.2.3 Resistansi Tanah

Input parameter grounding (resistivitas tanah) adalah sebagai

berikut :

Gambar 3.23. Input Resistansi Tanah

Besar nilai resistansi tanah dipilih 25, berdasarkan nilai rata-rata hasil

pengukuran di lapangan.

3.2.2.4 Arus Petir

Sedangkan untuk input parameter sumber arus petir sebagai berikut :

39

Gambar 3.24. Input Arus Petir Single Pole

Arus petir yang digunakan adalah 2 kA sesuai dengan hasil perhitungan

merupakan besar arus petir maksimum yang akan menyambar kawat fasa

Single Pole.

3.2.2.5 Hasil Simulasi

Setelah dilakukan simulasi, diperoleh plot sebagai berikut :

a. Analisis Flashover

Gambar 3.25.Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Single Pole) -Pole

no.3

40

Gambar 3.26. Tegangan Sambaran Pada Kawat Fasa (Single Pole) Pole

1 s/d 4

Dari hasil simulasi dengan arus petir 2 kA diperoleh tegangan terbesar

terjadi pada titik sambaran (Pole 3) adalah 355 kV. Besar tegangan

sambaran terukur akan semakin mengecil semakin jauh dari titik

sambaran. Dari hasil simulasi juga diperoleh kenaikan tegangan muka

(front stepness) yaitu : S = 355kV / 5.15 s = 68.93 kV / s.

3.3 Simulasi Sambaran Pada Kawat Tanah

Pada perhitungan menggunakan metode rolling sphere di atas, diperoleh nilai arus

critical yang menyambar kawat fasa sebesar 2,7 kA. Akan tetapi, probabilitas

terjadinya petir dengan besar 2,7 kA hanya 3% (IEEE 1992). Rata-rata besar arus

sambaran petir mencapai 20KA. Sebagian besar petir yang menyambar jaringan

(petir dengan besar arus lebih dari 2,7 kA) akan menyambar kawat tanah. Oleh

karena itu dalam kasus ini dilakukan simulasi dengan menggunakan arus 15 kA

dan menyambar kawat tanah. Parameter yang diubah dalam simulasi sambaran

pada kawat tanah hanyalah arus petir sedangkan parameter yang lainnya tetap.

41

3.3.1 Arus Petir

Input arus petir (15 kA) untuk sambaran pada kawat tanah adalah sebagai

berikut :

Gambar 3.27. Input Arus Petir

3.3.2 Double Pole A (Studi Kasus)

3.3.2.1 Rangkaian Simulasi

Gambar 3.28. Rangkaian Simulasi Sambaran Kawat Tanah (Double Pole)

3.3.2.2 Hasil Simulasi

42

Berikut adalah plot tegangan kawat tanah akibat sambaran petir 15 kA :

Gambar 3.29.Tegangan Kawat Tanah Akibat Sambaran Petir 15 kA Pada

Kawat Tanah (Double Pole) - Pole 3

Gambar 3.30. Tegangan Kawat Tanah Akibat Sambaran Petir 15 kA Pada

Kawat Tanah (Double Pole) Pole 1 s/d 4

Dari plot di atas dapat dilihat tegangan terbesar dirasakan pada kawat

tanah Pole 3 (pada titik sambaran), yaitu mencapai 617KV. Dari hasil

43

simulasi juga diperoleh kenaikan tegangan muka (front stepness) yaitu : S

= 617kV / 0,69 s = 894,22 KV/s.

Berikut adalah plot tegangan induksi pada kawat fasa yang terjadi kopling

elektromagtik akibat sambaran petir pada kawat tanah :

Gambar 3.31.Tegangan Kawat Fasa (Tegangan Induksi) Akibat Sambaran

Pada Kawat Tanah (Double Pole) - Pole 3

44

Gambar 3.32. Tegangan Kawat Fasa (Tegangan Induksi) Akibat

Sambaran Pada Kawat Tanah (Double Pole) Pole 1 s/d 4

Dari plot di atas dapat dilihat tegangan terbesar dirasakan pada kawat fasa

Pole 3, yaitu mencapai 151KV. Dari hasil simulasi juga diperolehkenaikan

tegangan muka (front stepness) yaitu : S = 151KV / 0.71 s = 212,67 KV /

s.

3.3.3 Single Pole A (Studi Kasus)

3.3.3.1 Rangkaian Simulasi

Gambar 3.33. Rangkaian Simulasi Sambaran Kawat Tanah (Single Pole)

3.3.3.2 Hasil Simulasi

Berikut adalah plot tegangan kawat tanah yang terjadi akibat sambaran

petir 15 kA :

45

Gambar 3.34.Tegangan Kawat Tanah Akibat Sambaran Petir (Single Pole)

- Pole 3

Gambar 3.35.Tegangan Kawat Tanah Akibat Sambaran Petir (Single Pole)

- Pole 1 s/d 4

Dari plot di atas dapat dilihat tegangan terbesar dirasakan pada kawat fasa

Pole 3, yaitu mencapai 627 KV. Dari hasil simulasi juga diperoleh

kenaikan tegangan muka (front stepness) yaitu : S = 627 kV / 0.68 s =

922,058 KV / s.

46

Berikut adalah plot tegangan induksi pada kawat fasa yang terjadi akibat

sambaran petir pada kawat tanah :

Gambar 3.36.Tegangan Kawat Fasa (Tegangan Induksi) Akibat Sambaran

Pada Kawat Tanah (Single Pole) - Pole 3

Gambar 3.37. Tegangan Kawat Fasa (Tegangan Induksi) Akibat Sambaran

Pada Kawat Tanah (Single Pole) Pole 1 s/d 4

47

Dari plot di atas dapat dilihat tegangan terbesar dirasakan pada kawat fasa

Pole 3, yaitu mencapai 202 kV. Dari hasil simulasi juga diperoleh

kenaikan tegangan muka (front stepness) yaitu : S = 202kV / 0.71 s =

284.5 kV / s.

3.4 Perbaikan/Modifikasi pada Jaringan Eksisting

Rancangan baru untuk jaringan tegangan menengah 13,8 kV PT. CPI yang

berbeda dari yang lama adalah menerapkan IEEE Guide 1410[1] yang secara

spesifik menganjurkan pemakaian ground wire dan ground lead yang terisolir dari

tiang. Rancangan ini disebut iGEW (isolated Ground Earth Wire). Kawat tanah /

ground wire dipasang dipuncak tiang diikat ke isolator tipe pin. Sebelum sampai

ke titik tumpu isolator pin, ground lead disambungkan ke ground wire dan

dituntun turun kebawah menggunakan fiberglass standoffs untuk memberi jarak

yang cukup agar tidak terjadi Flashover antara ground lead ke kawat fasa disekitar

posisi cross arm. Setelah melewati posisi letak fasa terbawah ground lead baru

diikatkan ke tiang.

EEE Guide 1410 sebetulnya hanya berbicara tentang tiang kayu, namun

rancangan ini bermanfaat juga untuk tiang besi sebagaimana yang ada di PT. CPI.

Untuk tiang kayu fenomena gelombang berjalan melalui tiang sebagai pantulan

dari tanah ke puncak tiang tidak terjadi. Hal yang berbeda akan terjadi pada tiang

besi. Ground lead perlu dijaga berjarak yang cukup dari tiang dengan

menggunakan fiberglass standoffs dan menanamkannya ke bumi pada jarak yang

cukup jauh. Dengan cara demikian maka tiang besi sebagai saluran hanya akan

mendapat tegangan di dasar tiang dari gelombang yang sudah menjalani jarak

antara titik tanam sistem pentanahan ke kaki tiang. Semakin jauh jarak tersebut

semakin kecil tegangan yang sampai di kaki tiang tersebut. Diharapkan

gelombang yang naik keatas sampai ke crossarms tidak lagi cukup untuk memicu

backflashover.

Meskipun demikian pada tiang besi ada juga masalah yakni tegangan

induksi yang dihasilkan oleh aliran arus di ground lead. Untuk keperluan itu perlu

48

disimulasi dengan menganggap tiang sebagai kawat yang paralel dengan ground

wire.

3.4.1 Simulasi Perbaikan/Modifikasi Jaringan 13,8 kV

Salah satu usulah peningkatan keandalan jaringan distribusi 13,8 kV

terhadap sambaran petir adalah modifikasi grounding kawat tanah, dimana

kawat tanah diground atau ditanahkan langsung ke grounding kaki tower

secara terisolasi. Pada saat ini tiang transmisi dan distribusi menggunakan

tiang besi logam yang konduktif dan kawat tanah dihubungkan langsung di

ujung tiang, dengan demikian kawat tanah di grounding ke tanah melalui

tiang besi. Sambaran petir pada kawat tanah akan menyebabkan penaikkan

tegangan sangat tinggi pada kawat tanah, pada kaki tower dan juga

penaikkan tegangan pada cross arm dudukan insulator, sehingga terjadilah

Backflashover loncatan tegangan dari tanah, dari cross arm ke kawat fasa.

Modifikasi dengan perubahan penghubungan kawat tanah langsung ke

pentanahan dan tidak lagi menggunakan tiang besi, kawat tanah

digrounding langsung ke pentanahan dengan kabel berisolasi, maka

sambaran petir pada kawat tanah, tegangan tinggi yang terjadi pada kawat

tanah tidak akan menaikkan tegangan tower, juga tidak menaikkan tegangan

cross arm, yang dengan demikian tidak terjadi lagi Backflashover.

Simulasi dilakukan dengan arus petir 20KA sedangkan parameter-parameter

yang masih sama dengan simulasi yang sebelumnya. Berikut adalah

rangkaian perbaikan/modifikasi yang digunakan :

Gambar. 3.38. Rangkaian Modifikasi Jaringan (Double Pole)

49

Bagian yang dimodifikasi yaitu bagian yang dilingkari garis biru yang

merupakan representasi dari dipisahkannya pentanahan dengan tiang dan

dimodelkan sebagai pembagi tegangan. Modifikasi ini dilakukan untuk

dapat memperkecil tegangan yang dirasakan oleh tiang ketika sambaran

petir terjadi sehingga backflashover dapat dihindarkan. Berikut adalah hasil

simulasinya :

Gambar 3.39. Tegangan Kawat Fasa Pada Rangkaian Modifikasi Untuk

Jarak Pentanahan 1,5 dan 10 meter

Dari plot di atas dapat dilihat bahwa tegangan puncak yang dirasakan kawat

fasa pada setiap jarak yang berbeda menghasilkan tegangan puncak yang

berbeda pula. Pada jarak 1 meter tegangan puncaknya adalah 70KV, pada 5

meter adalah 60KV, dan 10 meter adalah 58KV.

50

Gambar 3.40. Tegangan Kawat Tanah Pada Rangkaian Modifikasi Untuk

Jarak Pentanahan 1,5 dan 10 meter

Dari plot di atas dapat dilihat bahwa tegangan puncak yang dirasakan kawat

tanah pada setiap jarak yang berbeda menghasilkan tegangan puncak yang

berbeda pula. Pada jarak 1 meter tegangan puncaknya adalah 140KV, pada 5

meter adalah 110KV, dan 10 meter adalah 105KV.

51

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN ANALISIS

4.1 Rekapitulasi Hasil Perhitungan

Setelah dilakukan perhitungan dan simulasi untuk konfigurasi tiang tipe

yang lain, diperoleh hasil sebagai berikut:

4.1.1 Konfigurasi Sudut Lindung dan Arus Kritikal

Tipe Pole Tinggi Struktur Sudut Lindung Arus Kritikal

Lebar Jarak

Perlindungan

Double Pole SAA 18,89 m 36,12 2, 706 kA 79,82 m

Double Pole SBB dan SCC 18,89 m 31,8 2,694 kA 80,43 m

Single Pole Tipe A,B,dan C 15,39 m 27,8 2 kA 61,56 m

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Sudut Lindung dan Arus Kritikal Sambaran Petir

Mengacu pada rekomendasi oleh Young dan Brown-Whitehead,

konfigurasi sudut lindung jaringan tegangan menegah 13,8 kV PT. CPI masih

berada dalam zona aman. Berikut kurva Young dan Brown-Whitehead :

Gambar 4.1. Rekomendasi Tinggi Struktur Terhadap Sudut Lindung (Sumber :

Insulation for Coordination Power Systems by Andrew R. Hileman)

Dari perhitungan arus kritikal diperoleh nilai di bawah 3 kA untuk semua

jenis tiang. Hal ini berarti konfigurasi geometri dari sudut lindung sudah baik

sehingga arus kritikal yang dapat menyambar kawat fasa nilainya sangat kecil.

52

Menurut data IEEE-1992 besar arus petir kurang dari 5 kA hanya 3%. Dengan

demikian 97% petir yang menyambar akan mengenai kawat tanah. Sehingga dapat

dikatakan kawat tanah pada jaringan tegangan menengah PT. CPI dapat

melindungi kawat fasa dari sambaran petir pada umumnya.

Konfigurasi kawat tanah pada jaringan listrik juga berfungsi sebagai

perlindungan sambaran petir untuk objek-objek di sekitarnya. Dari hasil

perhitungan diperoleh lebar jarak perlindungan untuk objek-objek yang berada di

bawah jaringan tegangan menengah PT. CPI. Untuk Single Pole nilainya lebih

kecil dikarenakan jumlah kawat tanahnya hanya satu. Sehingga lebar area

perlindungannya kurang dari tipe Double Pole.

4.1.2 Sambaran Langsung Pada Kawat Fasa

Tabel. 4.2 Hasil Perhitungan dan Simulasi Sambaran Langsung Pada Kawat Fasa

Pada hasil perhitungan manual dan simulasi terdapat perbedaan

dikarenakan pada perhitungan manual hanya menghitung besar tegangan

maksimum yang mungkin terjadi akibat sambaran petir. Namun dengan

menggunakan simulasi dengan metode Bergeron menggunakan proses iterasi

Tipe Pole Arus Impuls

(kA) Zo ()

Vmaks-

perhitungan (kV)

Vmaks-

simulasi (kV)

S Kecuraman

(kV / s)

VTanah

Maks (kV)

Double Pole

A 2.7 394.18

536.195 354

85.3

27

Double Pole

B 2.7 397.68 536.868 354

85.3

27

Double Pole

C 2.7 397.68 536.868 354

85.3

27

Single Pole A 2 302.32 302.32 355 68.93 21.3

Single Pole B 2 302.32 302.32 355 68.93 21.3

Single Pole C 2 302.32 302.32 355 68.93 21.3

53

gelombang berjalan akibat sambaran petir tersebut. Sehingga data yang

ditampilkan oleh hasil simulasi lebih akurat karena melalui iterasi berulang.

Berdasarkan hasil di atas, besar tegangan yang timbul pada kawat fasa

akibat sambaran langsung sangat tinggi dan jauh melebihi batas BIL isolator

jaringan 13,8 kV. Oleh karena itu, jika kawat fasa mendapat sambaran langsung

(hanya dengan arus kritikal maksimum atau di bawahnya) maka isolator akan

mengalami Flashover dan akan terjadi outage pada sistem. Namun, kemungkinan

terjadinya Flashover akibat sambaran langsung tersebut sangatlah kecil

dikarenakan probabilitas terjadinya sambaran petir dengan arus di bawah 5 kA

hanya 3% (IEEE 1992).

4.1.3 Tegangan Kawat Fasa Akibat Sambaran Pada Kawat Tanah

Tipe Pole Arus Impuls (kA) Vkawat Tanah (kV) Kecuraman Petir (kV / s)

Vind-

kawat Fasa

(kV)

S Kecuraman

Petir (kV / s)

Vtanah

Maks

(kV)

Double Pole A 15 617 894,22 151 212,67 7

Double Pole B 15 617 894,22 151 212,67 7

Double Pole C 15 617 894,22 151 212,67 7

Single Pole A 15 627 922,05 202 284,5 126

Single Pole B 15 627 922,05 202 284,5 126

Single Pole C 15 627 922,05 202 284,5 126

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan dan Simulasi Sambaran Pada Kawat Tanah

Pada jaringan 13,8 kV, dengan menggunakan metode bola gelinding

(Rolling-Sphere Methode) diperoleh besar arus sambaran petir tertinggi yang

masih dapat menyambar langsung kawat fasa adalah 2,7 kA. Probabilitas

terjadinya sambaran petir dengan besar arus di bawah 2,74 kA adalah kurang dari

3% (IEEE 1992). Dengan menggunakan perhitungan manual, maupun dengan

menggunakan simulasi ATP-EMTP besar tegangan akibat sambaran langsung

pada kawat fasa yang terjadi jauh diatas BIL (tingkat isolasi dasar) semua jenis

insulator yang dipasang. Maka dari itu terjadilah Flashover pada permukaan

54

insulator. Sambaran langsung pada kawat fasa dapat menyebabkan Flashover

pada jaringan 13,8 kV karena melebihi batas BIL (TID Tingkat Isolasi Dasar)

insulator. Akan tetapi kemungkinan (probabilitas) kejadiannya kurang dari 3%,

atau sangat tidak mungkin kawat fasa tersambar petir.

Berdasarkan statistik IEEE probabilitas 50% sambaran petir di sekitar 15

kA. Sambaran petir pada kawat tanah dengan arus sambaran 15 kA, besar

tegangan pada kawat tanah untuk tipe Double Pole adalah 151 kV dengan

kecuraman petir 212,67 kV, untuk tipe Single Pole adalah 202 kV dengan

kecuraman petir 212,67 kV. Tegangan ini juga merupakan tegangan pada Pole

(tower) dan tegangan pada crossarm dudukan insulator dan melebihi BIL

insulator. Dengan demikian maka terjadilah backflashover atau flash over dari

tanah ke kawat fasa.

Flashover pada permukaan insulator akibat sambaran petir pada kawat tanah

maupun kawat fasa menyebabkan pengaliran arus hubung singkat yang tak

terpotong, menyebabkan terbukanya circuit breaker, terjadi gangguan pelayanan

daya. Hal ini menunjukkan korelasi yang kuat antara kerapatan sambaran petir

(GFD) dengan Fault (kegagalan pelayanan daya).

4.1.4 Tegangan Akibat Sambaran Pada Kawat Tanah (Rangkaian

Modifikasi)

Single

Pole Tipe

A

Arus

Impuls

(KA)

Tegangan

Kawat

Tanah

(KV)

Kecuraman

Petir (kV/

s)

Tegangan

Kawat Fasa

(KV)

Kecuraman

Petir (KV / s)

Kondisi

Eksisting 15 627 922,05 202 284,5

Modifikasi

(Jarak

pentanahan

1 m dari

20 140 70 70 8,75

55

tiang)

Modifikasi

(Jarak

pentanahan

5 m dari

tiang)

110 55 60 6,85

Modifikasi

(Jarak

pentanahan

10 m dari

tiang)

105 52,5 58 6,62

Tabel 4.4. Hasil Simulasi Pada Jaringan Perbaikan / Modifikasi

Dari hasil simulasi rangkaian modifikasi di atas terlihat bahwa semakin jauh

pentanahan dari tiang, semakin rendah tegangan yang dirasakan oleh kawat fasa

dan kawat tanah. Perubahan tegangan yang dirasakan ini, dengan jarak tertentu

dapat memperkecil tegangan antara kawat fasa dengan tiang sehingga

backflashover dapat dihindari.

Pada jarak 1 meter kita lihat adanya kenaikan tegangan di ground wire, ini

terjadi akibat dari perubahan resistansi pentanahan, tapi hal itu tetap tidak

mengubah bahwa penggeseran pentanahan ini berimbas baik terhadap tegangan

yang akan dirasakan oleh tiang.

Resistansi pentanahan kita dapatkan dari

=

+

dimana :

R : resistansi pentanahan

Rm : resistansi tanah dari permukaan ionisasi ke elektroda pengukuran

=

2

+ 1

+ 1

56

ri : resistansi permukaan ionisasi

=

2

= 2410.215

g : resistivitas tanah

Ig : arus sambaran

R : resistansi tanah dari elektroda pengukuran ke titik dimana potensial

bernilai 0

=2

+ 1

+ 1

Dari hasil di atas dapat dianalisa bahwa cukup dengan penggeseran

pentanahan sebesar 1 meter dari tiang dan mengacu pada BIL isolator terkecil

(isolator pin) yaitu 175 kV didapati bahwa sistem tidak akan mengalami gangguan

jika tersambar petir dengan arus 20KA (arus yang digunakan untuk simulasi

diatas). Dengan demikian, teknik penggeseran pentanahan akan mengurangi

resiko terjadinya gangguan akibat backflashover sampai 45%. Untuk jarak

pentanahan lebih dari 2 (dua) meter, resiko terjadinya gangguan akibat

backflashover dibawah 10 %.

57

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dengan menggunakan metode bola gelinding (Rolling-Sphere Method)

diperoleh besar arus sambaran petir tertinggi yang masih dapat

menyambar langsung kawat fasa adalah 2,7 kA. Probabilitas terjadinya

sambaran petir dengan besar arus di bawah 2,74 kA adalah kurang dari

3%.

2. Dengan menggunakan perhitungan manual, besar tegangan akibat

sambaran langsung pada kawat fasa, untuk tipe Double Pole adalah

536 kV. Sedangkan dengan menggunakan simulasi EMTP besar

tegangan akibat sambaran langsung pada kawat fasa adalah 354 kV

dan kecuraman arus petir 85,3 kV/s. Walau terdapat perbedaan,

namun besar tegangan yang terjadi jauh diatas BIL (tingkat isolasi

dasar) semua jenis insulator yang dipasang dan terjadilah flash over

pada permukaan insulator.

3. Dengan menggunakan perhitungan manual, besar tegangan akibat

sambaran langsung pada kawat fasa, untuk tipe Single Pole adalah 302

kV. Sedangkan dengan menggunakan simulasi EMTP besar tegangan

akibat sambaran langsung pada kawat fasa adalah 355 kV dan

kecuraman arus petir 68,93 kV/s. Hasil ini jauh diatas BIL insulator.

4. Pada kesimpulan poin 1 dan 2 di atas, sambaran langsung pada kawat

fasa dapat menyebabkan Flashover pada jaringan 13,8 kV karena

melebihi batas BIL (TID Tingkat Isolasi Dasar) insulator. Akan tetapi

kemungkinan (probabilitas) kejadiannya kurang dari 2%, atau sangat

tidak mungkin kawat fasa tersambar petir.

5. Berdasar statistik IEEE probabilitas 50% sambaran petir di sekitar 15

kA. Dengan menggunakan simulasi EMTP, sambaran petir pada kawat

58

tanah dengan arus sambaran 15 kA, besar tegangan pada kawat tanah

ini, untuk tipe Double Pole adalah 151 kV dengan kecuraman petir

212,67 kV, untuk tipe Single Pole adalah 202 kV dengan kecuraman

petir 212,67 kV.Tegangan ini juga merupakan tegangan pada Pole

(tower) dan tegangan pada cross arm dudukan insulator dan melebihi

BIL insulator. Dengan demikian maka terjadilah Back Flashover

flash over dari tanah ke kawat fasa.

6. Berdasarkan hasil perhitungan dan simulasi dengan ATP-EMTP ini,

maka sambaran petir secara langsung pada kawat fasa jaringan 13,8 kV

dengan magnitude diatas 15 kA, maupun pada kawat tanah dapat

menyebabkan terjadinya Flashover. Dengan Flashover pada

permukaan insulator, follow current (arus ikutan) hubung singkat akan

terjadi dan tidak akan terputus seperti pada arrester, menyebabkan

circuit breaker membuka (Fault).

7. Tingginya korelasi antara Fault (kegagalan pelayanan daya) dan

kerapatan sambaran petir dibuktikan dengan banyak terjadinya

Flashover pada permukaan insulator.

8. Suatu upaya menurunkan tegangan sambaran petir dengan

memperbaiki tahanan pentanahan, pada dasarnya tidak banyak

hasilnya, dikarenakan besarnya impedansi surja jaringan dan tower

(Pole). Dengan demikian harus dilakukan upaya lain untuk

menurunkan fault (kegagalan pelayanan daya).

9. Untuk memperbaiki performasi (unjuk kerja) jaringan distribusi 13,8

kV PT. CPI adalah dengan meniadakan sumber penyebab terjadinya

tegangan pada crossarm. Improvisasi yang dapat dilakukan adalah

pemasangan insulator pada kawat tanah dan langung diketanahkan

tanpa melewati Pole (kaki tower).

10. Dari hasil simulasi untuk rangkaian modifikasi, diperoleh kesimpulan

bahwa cukup dengan penggeseran pentanahan sebesar 1 meter

59

menggunakan metode iGEW (isolated Ground Earth Wire) dapat

menurunkan tegangan puncak pada kawat fasa dan kawat tanah hingga

30%. Dengan jarak ini beda tegangan pada insulator kawat tanah ke

kaki tower dibawah BIL insulator dan tidak akan terjadi flash over

pada insulator kawat tanah. Dengan demikian terjadinya back

Flashover juga akan terhindar.

5.2 Saran

Untuk mengurangi terjadinya Outage akibat sambaran petir pada jaringan

tegangan menengah 13,8 kV, PT. CPI disarankan untuk melakukan pilot project

pada jaringan eksisting menggunakan jaringan perbaikan/modifikasi. Perbaikan

jaringan/modifikasi tersebut adalah dengan pemasangan iGEW (isolated Ground

Earth Wire) pada jaringan eksisting. Dengan penerapan modifikasi tersebut

diharapkan akan mengurangi outage akibat sambaran petir pada jaringan tegangan

menengah 13,8 kV PT. CPI.

60

DAFTAR PUSTAKA

[1] Chowduri, Pritindra. Electromagnetic Transients in Power Systems, John

Wiley and Sons (1996)

[2] Chris, Violeta. Bala, Christina dan Craciun, Daciana. Simulation of Lightning

Overvoltages With ATP-EMTP AND PSCAD/EMTDC, ACTA Universitatis

Apulensis (2000)

[3] Datasheet of PT. Chevron Pacific Indonesia

[4] Denno, Khalil. High Voltage Engineering in Power Systems,CRC Press

(1992)

[5] Greenwood, Allan. Electrical Transients in Power Systems, John Wiley and

Sons, Second Editon (1991)

[6] Hileman, Andrew.R Insulation Coordination for Power System, Marcel

Dekker (1999)

[7] IEEE Guide for Improving Lightning Performance of Electric Power Overhead

Distribution Lines

[8] IEEE Guide for Improving Lightning Performance of Transmission Lines

[9] Piantini, Alexandre, Lightning Protection of Overhead Power Distribution

Lines, University of Sao Paulo (2008)

[10] R. Mostafizur dan Hossain Faisal, Lightining Surge Analysis On Vertical

Tower Using Electromagnetic Transient Program (EMTP, Departemen of

Electronics and Communication Engineering, KUET Bangladesh (2006)

[11] Zorro, Reynaldo. Diktat Kuliah Proteksi Sistem Tenaga, Penerbit ITB