Jurnal Emitor Vol. 12 No. 01 ISSN 1411-8890

68

EVALUASI ARRESTER UNTUK PROTEKSI GI 150 KV JAJAR DARISURJA PETIR MENGGUNAKAN SOFTWARE PSCAD

Sapari, Aris Budiman, Agus SupardiJurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Pabelan - Kartasura, Tromol Pos I Surakartagarduind@yahoo.co.id

ABSTRAKSI

Gardu Induk mempunyai peralatan yang sangat penting dan mahal yaitu transformator,sehingga pada transformator harus dipasang peralatan proteksi untuk meminimalisir gangguan.Gangguan tersebut diantaranya gangguan tegangan lebih yang disebabkan oleh alam sepertipetir. Peralatan proteksi yang dibutuhkan adalah arrester yang berfungsi untuk mengalirkangangguan tegangan lebih yang disebabkan oleh sambaran petir langsung ke tanah, sehinggatidak merusak peralatan di gardu induk. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui ratingtegangan untuk arrester 150 kV dan mengetahui karakteristik arrester pada software PSCAD.Penelitian dilakukan di gardu induk 150 kV Jajar, diawali dengan pengambilan data berupaname plate tranformator, arrester, tahanan pentanahan arrester dan penghantar yangdigunakan. Kemudian dihitung rating tegangan arrester, dan parameter yang akan digunakandalam simulasi menggunakan software PSCAD. Setelah itu parameter dimasukkan ke dalamrangkaian uji sampai mendapatkan hasil yang diinginkan.Hasil yang diperoleh dari penelitian yaitu: rating tegangan arrester pada sistem 150 kV adalah132 kV bila ditanahkan langsung dan 165 kV bila tidak ditanahkan langsung. Semakin besararus petir maka semakin besar pula tegangan kerja serta pemotongan arresternya. Rata – ratategangan kerja maksimum pada arus petir 10 kA – 80 kA adalah 261.37 kV, dan rata – ratapemotongan arrester pada arus petir 10 kA - 80 kA adalah 89.75 %

Kata kunci :petir, arrester, gardu induk, PSCAD

1. PendahuluanPenyaluran energi listrik dari sistem

pembangkit tenaga listrik dapat mengalamiberbagai gangguan yang dapat mengakibatkanterhentinya penyaluran energi listrik terhadapkonsumen. Selain itu gangguan tersebut dapatmengakibatkan rusaknya peralatan dan jugadapat membahayakan manusia yang ada disekitarnya, untuk menghindari gangguantersebut diperlukan suatu pengaman danperlindungan bagi peralatan listrik maupunpekerja, Pemasangan peralatan yang dapatmenghantarkan arus lebih ke tanah secaralangsung.

Gardu Induk mempunyai peralatan yangsangat penting dan mahal yaitu transformator,sehingga pada transformator harus dipasangproteksi untuk meminimalisir gangguan.Gangguan tersebut diantaranya gangguan

tegangan lebih yang disebabkan oleh alamseperti petir. Peralatan proteksi yangdibutuhkan adalah arrester yang berfungsiuntuk mengalirkan gangguan tegangan lebihyang disebabkan oleh sambaran petir langsungke tanah, sehingga tidak merusak peralatan digardu induk.

Arrester dan resistansi pentanahan yangbaik membuat peralatan gardu induk terutamatransformator daya akan lebih aman daritegangan lebih yang disebabkan oleh sambaranpetir. Pemisah (PMS) dan pemutus (PMT)tidak membuka ketika terjadi gangguan lebih,sehingga tidak terjadi pemutusan arus listrik(pemadaman listrik) terhadap konsumen.

Suatu sistem tenaga listrik dapat mengalamigangguan yang mengakibatkan terhentinyaproses penyaluran daya listrik. Salah satupenyebab gangguan yang mungkin terjadi

Sapari, Aris Budiman, Agus Supardi, Evaluasi Arrester Untuk Proteksi Gi 150 Kv Jajar Dari Surja Petir

69

adalah rusaknya sistem isolasi karenapengaruh tegangan lebih akibat operasipensaklaran maupun akibat surja hubung. Olehkarena itu, dalam pengoperasian sistem tenagalistrik perlu perhatian khusus pada sistemproteksi tegangan lebih (Aris Munandar,1990).1.1 Petir

Petir merupakan hasil pemisahan muatanlistrik secara alami di dalam awan badai,proses pelepasan muatan ini akan berupa kilatcahaya dan suara gemuruh yang biasa disebutpetir. Petir lebih sering terjadi antara pusatmuatan satu dengan pusat muatan lainnya didalam awan, sedangkan antara pusat muatan didalam awan dengan pusat muatan dipermukaan bumi jarang terjadi.

Petir terjadi disebabkan oleh adanyakonsentrasi muatan karena perbedaan tekananudara dan temperatur yang menyebabkanpergerakan udara ke atas. Pergerakan udarakeatas ini akan membawa uap air sampai padaketinggian tertentu dimana temperatur udarasangat dingin. Uap air tersebut terkonsentrasidan berubah menjadi titik-titik air seperti yangditunjukkan pada gambar 1, kumpulan darititik-titik air ini disebut awan (ComuloNimbus). Awan ini lebarnya bisa mencapaipuluhan kilometer dan terdiri dari sejumlahbesar sel-sel awan yang berdiri sendiri denganketinggian sekitar 7,5 km sampai dengan 18km. Secara garis besar ada dua jenis awanbadai yang membangkitkan muatan listrikstatik, yaitu:a. Awan badai panas (heat storm clouds).b. Awan badai frontal (frontal storm clouds).

Awan yang bermuatan positif adalah kristales sedangkan yang bermuatan negatif adalahtitik-titik air. Distribusi partikel-partikeltersebut secara normal memberikanpeningkatan muatan negatif didasar awan.Peningkatan muatan negatif didasar awanmengakibatkan peningkatan muatan positifdiatas tanah. Akibatnya antara tanah dan dasarawan terdapat beda potensial yang tinggi.Apabila gradien potensial tersebut sedemikianbesar, maka berakibat terjadinya prosestembus pada resistansi udara, sehinggamenimbulkan suatu peluahan petir.

Gambar 1 Sambaran Petir1.2 Arrester

Arrester adalah alat pelindung bagi sistemtenaga listrik terhadap tegangan lebih yangdisebabkan oleh petir atau surja hubung(switch surge). Alat ini digunakan sebagaijalan pintas (by-pass) sekitar isolasi. Arrestermembentuk jalan yang mudah dilalui oleh aruskilat atau petir, sehingga tidak timbul teganganlebih pada peralatan. Jalan pintas itu harussedemikian rupa sehingga tidak mengganggualiran arus daya system 50 Hz.

Arrester berfungsi untuk melindungi isolasiatau peralatan listrik terhadap tegangan lebihyang disebabkan oleh sambaran petir atautegangan transient yang tinggi dari suatupenyambungan atau pemutusan rangkaian(sirkuit), dengan jalan mengalirkan arus surja(surge current) ketanah serta membatasiberlangsungnya arus ikutan (follow current)serta mengembalikan keadaan jaringan kekeadaan semula tanpa mengganggu sistem.Jadi pada keadaan normal arrester berlakusebagai isolator dan pada saat timbul tegangansurja alat ini bersifat sebagai konduktor yangtahananya relatif rendah sehingga dapatmengalirkan arus yang tinggi ketanah.Persyaratan yang harus dipenuhi oleh arresteradalah:a) Tegangan percikan (spark over voltage) dan

tegangan pelepasannya (discharge voltage)yaitu tegangan pada terminalnya padawaktu pelepasan, harus cukup rendah,sehingga dapat mengamankan isolasiperalatan. Tegangan percikan disebut jugategangan gagal sela (gap break downvoltage).

Jurnal Emitor Vol. 12 No. 01 ISSN 1411-8890

70

b) Arrester harus dapat memutuskan arusdinamik dan dapat bekerja terus sepertisemula. Pada arrester terdapat beberapabagian yang penting, sebagai berikut:

1. ElektrodaElektroda-elektroda ini adalah terminal

dari arrester yang dihubungkan denganbagian yang bertegangan dibagian atas, danelektroda bawah dihubungkan dengan tanah.2. Sela Percikan (Spark Gap)

Apabila terjadi tegangan lebih olehsambaran petir atau surja hubung padaarrester yang terpasang, maka sela percikan(spark gap) akan terjadi loncatan busur api.Pada beberapa tipe arrester busur api yangterjadi tersebut ditiup keluar oleh tekanan gasyang ditimbulkan oleh tabung fiber yangterbakar.3. Tahanan Katup

Tahanan yang digunakan dalam arresterini adalah suatu jenis aterial yang sifattahanannya akan berubah bila mendapatkanperubahan tegangan.

1.3 Prinsip Kerja ArresterArrester terdiri dari dua bagian yaitu sela

api (spark gap) dan tahanan tak linier atautahanan kran (Valve Resistor). Keduanyadihubungkan secara seri, batas atas dan batasbawah dari tegangan percikan ditentukan olehtegangan maksimum dan oleh tingkat isolasiperalatan yang dilindungi. Oleh karena itu,sebenarnya arrester terdiri dari tiga unsur yaitusela api, tahanan kran atau tahanan katub dansistem pengaturan atau pembagi tegangan(Granding System).2. Metode Penelitian

Metode penelitian meliputi beberapatahapan diantaranya adalah proses pencariandata, data tersebut diolah untuk menghitungrating tegangan arrester, tahapan selanjutnyamemodelkan sistem dengan menggunakansoftware PSCAD, lalu disimulasikan hinggamendapatkan hasil yang sesuai denganperhitungan.3. Hasil Dan Pembahasan3.1 Rating Arrester

Rating arrester untuk sistem tegangan 150kV dapat dihitung menggunakan persamaan(1) sebagai berikut:

Ur = Vm .β .α (1)dengan:Ur = Tegangan dasar arresterVm = Tegangan nominal sistemβ = Toleransi untuk perhitungan

fluktansi tegangan (110%)α = Koefesien pentanahan (untuk sistem

yang ditanahkan langsung α = 0.8,sistem yang tidak ditanahkanlangsung α= 1.0)

Sistem yang ditanahkan seacara langsung:Ur = (150 x 1.1 x 0.8)

= 132 kVSistem yang tidak ditanahkan secara

langsung :Ur = (150 x 1.1 x 1.0)

= 165 kV3.2 Analisa Menggunakan PSCAD

Simulasi lightning arrester dapatmenggunakan model arrester pada PSCADditunjukan pada gambar 2.

Parameter yang digunakan untukpemodelan arrester 150 kV dengan panjangarrester d = 1.7 m dan jumlah kolom paraleln= 1 dapat dihitung sebagai berikut:

L0= 0.2d/n= 0.34 μH

C = 100n/d= 58.8 pF

L1= 15d/n= 25.5 μH

R = 65d/n= 110,5 ohm

Dari hasil perhitungan tersebut makaparameter arrester dapat dimasukan sepertipada gambar 3.

Gambar 3. Model Arrester Setelah Parameterdimasukan

Sapari, Aris Budiman, Agus Supardi, Evaluasi Arrester Untuk Proteksi Gi 150 Kv Jajar Dari Surja Petir

71

Gambar 4 Gambar Rangkaian Sistem untuk Uji Arrester

Jurnal Emitor Vol. 12 No. 01 ISSN 1411-8890

72

Tabel 1 Hasil Simulasi Arrester Menggunakan PSCADI petir max

(kA)V petir max

(kV)V kerja max

(kV)V pemotongan max

(kV)Pemotonganarrester (%)

10 876.68 248.97 628.03 71.6320 1700.14 257.88 1443.32 84.8930 2524.89 259.61 2264.81 89.6740 3347.01 261.39 3085.82 92.1950 4170.03 263.15 3906.38 93.6760 4992.83 264.81 4724.69 94.6270 5815.22 266.55 5548.82 95.4180 6636.14 268.62 6369.52 95.98

3.3 Rangkaian SistemRangkaian sistem untuk simulasi arrester

pada PSCAD dapat ditunjukan pada gambar 4.3.4 Hasil Simulasi Arrester

Berdasarkan simulasi arrester yangdilakukan dengan software PSCAD pada aruspetir 10 kA – 80kA, maka didapatkan hasilyang dinyatakan dalam tabel 1.

Besarnya rata–rata tegangan kerjamaksimum dan rata–rata pemotongan arresterpada kondisi arus petir 10 kA – 80 kA daritabel 2 dapat dihitung dengan persamaan 2.

Rata–rata tegangan kerja maksimum dariarus petir 10 kA–80 kA adalah sebagaiberikut:

Rerata pemotongan arrester dari arus petir10 kA–80 kA adalah sebagai berikut:

Hasil simulasi pada tabel 2 menunjukanbahwa semakin besar arus petir maka semakinmeningkatkan tegangan kerja maksimumnya.Semakin besar arus petir berpengaruh pulapada pemotongan arrester yang semakin besar.

4. KesimpulanBerdasarkan hasil pembahasan maka

didapat kesimpulan sebagai berikut:1. Rating tegangan arrester pada sistem 150

kV adalah 132 kV bila ditanahkan langsungdan 165 kV bila tidak ditanahkan langsung.

2. Semakin besar arus petir maka semakinbesar pula tegangan kerja serta pemotonganarresternya, rata – rata tegangan kerjamaksimum pada arus petir 10 kA – 80 kAadalah 261.37 kV dan rata – ratapemotongan arrester pada arus petir 10 kA -80 kA adalah 89.75 %.

Daftar Pustaka

Arismunandar, A. 1975, “Teknik TeganganTinggi”, Pradnya Paramita, Jakarta.

Arismunandar, A. 1997, “Teknik TenagaListrik”, Jilid III, Pradnya Paramita,Bandung.

Arismunandar, A. 1993, “Teknik TenagaListrik”, Jilid II, Pradnya Paramita, Jakarta.

L. Tobing, Bonggas. 2003, “PeralatanTegangan Tinggi”, Gramedia PustakaUtama, Jakarta.

Muthumuni, Dharshana. 2005, “PscadGetting-Started Tutorials”, ManitobaHVDC Research Centre Inc, Canada.

Winnipeg. 2008, “Applications of PSCAD® /EMTDC™”, Manitoba HVDC ResearchCentre Inc, Canada.

http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/19/jtptunimus-gdl-s1-2008-anasyusufn-917-2-bab2.pdf

www.abb.com/arresteronline/EXLIM-P.pdf