SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIKPENGAMAN PENYULANG DARI SURJA PETIR DENGAN KAWAT TANAH

Oleh:I Gusti Putu Santika Putra I Ketut Sukma Diyatmika Nasrul Faisal Made Sani Ugustra 0904405036 0904405036 0904405038 0904405048

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2011

KAWAT TANAH (OVERHEAD GROUNDWIRE) SEBAGAI PENANGKAL SURJA PETIR Abstrak Didunia kelistrikan sering kita jumpai istilah surja petir. Petir merupakan fenomena alam yang sering kita jumpai di kehidupan sehari-hari. Secara teoritis petir terjadi karena terpisahnya muatan positif dan muatan negative pada awan sehingga terjadi loncatan muatan listrik. Loncatan muatan listrik ke bumi inilah kita sebut dengan petir. Jika sambaran dari petir tadi mengenai system distribusi tenaga listrik atau kita kenal dengan istilah surja petir, maka komponen-komponen dan peralatan dari system distribudsii akan rusak sehingga menimbulkan kegagalan dalam system distribusi tenaga listrik.dari fenomena diatas maka dibuatlah system-sistem sebagai penangkal surja petir dalam sitem distribusi tenaga listrik,salah satunya adalah kawat tanah (overhead groundwire). Kemudian untuk meningkatkan performa perlindungan transmisi tenaga listrik dari sambaran petir yang paling mudah dilakukan dengan menambah jumlah groundwire. Kombinasi pemakaian groundwire dengan peralatanperalatan lainnya sangat diharapkan untuk memperoleh performa perlindungan yang lebih tinggi di antaranya dengan pemakaian arester yang merupakan alat pelindung modern. Kata kunci : kawat tanah (overhead groundwire)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.1

Latar Belakang Kawat tanah (overhead groundwire) adalah salah satu pengaman sistem

tenaga listrik dari ancaman surja petir, dalam hal ini lebih mengkhususkan pada pendistribusian tenaga listrik (penyulang). Surja sendiri adalah suatu fenomena dimana terjadi kenaikan tegangan secara ekstrem (bisa mencapai 170 KV) dalam waktu yang sangat singkat (dalam milisekon). Jika surja petir mengenai sistem tenaga listrik dalam hal ini pendistribusian maka akan menimbulkan kerusakan peralatan listrik pada media distribusi terutama pada yang memang merupakan sasaran sambaran petir. Untuk menghidari kerusakan peralatan listrik akibat surja petir, dibuatlah sistem-sistem untuk menangkal surja petir, salah satunya adalah kawat tanah (overhead groundwire). Kawat tanah adalah kawat yang dipasang didekat ataupun sejajar dengan kawat fasa pada sistem distribusi listrik sehingga jika terjadi sambaran petir yang terkena adalah kawat tanah bukan kawat fasanya sehingga penyulang atau peralatan lisrik pada sistem distribusi tidak mengalami kerusakan. Sambaran petir yang mengenai kawat tanah akan ditanahkan (ground) secara langsung atau tidak langsung melalui sela pendek. 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang yan disampaikan, rumusan masalah yang di dapat: Bagaimana prinsip kerja kawat tanah (overhead grounding) sebagai penangkal sambaran petir pada sistem distribusi tenaga listrik (penyulang) di Indonesia? Bagaiman cara untuk meningkatkan performa perlindungan dari kawat tanah (overhead grounding)?

1.3

Tujuan Adapun tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut:

Memberi penjelasan tentang bahaya surja petir dalam sistem distribusi tenaga listrik. Memberi penjelasan tentang manfaat kawat tanah (overhead grounding) sebagai penamgkal surja petir dalam sistem distribusi tenaga listrik.

1. 1 2 3

1.1 1.2 1.4 Batasan Masalah Adapun masalah yang dibahas dalam paper ini adalah tentang perlindungan sistem distribusi (penyulang) 3 kawat 3 dari bahaya surja petir dengan menggunakan kawat tanah.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Terjadinya Petir Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan mengumpulnya uap air di dalam awan. Ketinggian antara permukaan atas dan permukaan bawah pada awan dapat mencapai jarak sekitar 8 km dengan temperatur bagian bawah sekitar 60o F dan temperatur bagian atas sekitar - 60o F. Akibatnya, di dalam awan tersebut akan terjadi kristal-kristal es. Karena di dalam awan terdapat angin ke segala arah, maka kristal-kristal es tersebut akan saling bertumbukan dan bergesekan sehingga terpisahkan antara muatan positif dan muatan negatif. Pemisahan muatan inilah yang menjadi sebab utama terjadinya sambaran petir. Pelepasan muatan listrik dapat terjadi di dalam awan, antara awan dengan awan, dan antara awan dengan bumi tergantung dari kemampuan udara dalam menahan beda potensial yang terjadi. Petir yang kita kenal sekarang ini terjadi akibat awan dengan muatan tertentu menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah besar, maka muatan induksi pun makin besar pula sehingga beda potensial antara awan dengan bumi juga makin besar. Kejadian ini diikuti pelopor menurun dari awan dan diikuti pula dengan adanya pelopor menaik dari bumi yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah terjadi apa yang dinamakan petir. Panjang kanal petir bisa mencapai beberapa kilometer, dengan rata-rata 5 km. Kecepatan pelopor menurun dari awan bisa mencapai 3% dari kecepatan cahaya. Sedangkan kecepatan pelepasan muatan balik mencapai 10% dari kecepatan cahaya.

2.2

Sistem Perlindungan Petir Mengingat kerusakan akibat sambaran petir yang cukup berbahaya, maka

muncullah usaha-usaha untuk mengatasi sambaran petir. Teknik penangkal petir pertama kali ditemukan oleh Benyamin Franklin dengan menggunakan interseptor (terminal udara) yang dihubungkan dengan konduktor metal ke tanah. Teknik ini selanjutnya terus dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang efektif. Sekilas mengenai teknik penangkal petir, dikenal 2 macam sistem, yaitu: 2.2.1 Sistem penangkal petir Sistem ini menggunakan ujung metal yang runcing sebagai pengumpul muatan dan diletakkan pada tempat yang tinggi sehingga petir diharapkan menyambar ujung metal tersebut terlebih dahulu. Sistem ini memiliki kelemahan di mana apabila sistem penyaluran arus petir ke tanah tidak berfungsi baik, maka ada kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka terhadap medan transien. 2.2.2 Dissipation Array Sistem (DAS) Sistem ini menggunakan banyak ujung runcing (point discharge) di mana tiap bagian benda yang runcing akan memindahkan muatan listrik dari benda itu sendiri ke molekul udara di sekitarnya. Sistem ini mengakibatkan turunnya beda potensial antara awan dengan bumi sehingga mengurangi kemampuan awan untuk melepaskan muatan listrik.

BAB III METODELOGI PENULISAN 3.1 a. b. Metodologi Penulisan Metode yang digunakan dalam pembuatan paper ini yaitu Sumber data, diperoleh data yang dikumpulkan dari literature yang berkaitan dengan pokok bahasan. Metode pengumpulan data, menggunakan metode kepustakaan yaitu mencari literature dari internet yang berkaitan dengan pokok bahasan.

BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Prinsip Kerja Kawat Tanah Kawat tanah atau overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut perlindungan sekecil mungkin, karena dianggap petir menyambar diatas kawat.

Gambar 4.1 Pemasangan Groundwire

Pada umumnya ground wire terbuat dari kawat baja (steel wire) dengan kekuatan St 35 atau St 50, tergantung dari spesifikasiyang ditentukan oleh PLN. Dalam melindungi kawat phasa tersebut, daerah proteksi groundwire dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2. Daerah proteksi dengan menggunakan 1 buah groundwire

Dari gambar di atas, misalkan groundwire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi groundwire terletak di dalam daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi sambaran petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat phasa dibentangkan. Apabila hx merupakan tinggi kawat phasa yang harus dilindungi, maka lebar bx dapat ditentukan dalam 2 kondisi, yaitu : Untuk hx > 2/3 h , bx = 0,6 h (1 hx/h) Untuk hx < 2/3 h , bx = 1,2 h (1 hx/0,8h) 4.2 Cara Meningkatkan Performa Perlindungan Kawat Tanah Dalam beberapa kasus, sebuah groundwire dirasa belum cukup untuk memproteksi kawat phasa sepenuhnya. Untuk meningkatkan performa dalam perlindungan terhadap sambaran petir langsung, lebih dari satu groundwire digunakan. Bila digunakan 2 buah groundwire dengan tinggi h dari tanah dan terpisah sejauh s, perhitungan untuk menetapkan zona proteksi petir dilakukan seperti

halnya menggunakan 1 buah groundwire. Gambar 4.3 menunjukkan zona perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire.

Gambar 4.3. Zona perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire

Dari gambar tersebut, apabila ho menyatakan tinggi titik dari tanah di tengahtengah 2 groundwire yang terlindungi dari sambaran petir, maka ho dapat ditentukan : ho = h - s/4 Sedangkan daerah antara 2 groundwire dibatasi oleh busur lingkaran dengan jari-jari 5/4 s dengan titik pusat terletak pada sumbu di tengah-tengah 2 groundwire. Seperti disebutkan sebelumnya bahwa hadirnya groundwire dimaksudkan sebagai tempat sambaran petir langsung dan dapat melindungi kawat phasa. Zona perlindungan groundwire dapat dinyatakan dengan parameter sudut perlindungan, yaitu sudut antara garis vertikal groundwire dengan garis hubung antara groundwire dan kawat phasa. Jika sudut perlindungan tersebut dinyatakan dalam a dan tinggi groundwire adalah h, maka probabilitas sambaran petir pada groundwire (p) dapat ditentukan sebagai berikut :

log p =

-4

Dari persamaan tersebut, terlihat bahwa makin tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang besar, akan mengakibatkan probabilitas tersebut meningkat. Untuk itu diperlukan pemilihan tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang tepat untuk mendapatkan performa perlindungan yang baik dari sambaran petir.

Gambar 4.4 Kurva ketinggian groundwire vs sudut perlindungan

Gambar 4.4 menunjukkan kurva antara ketinggian rata-rata groundwire vs sudut perlindungan rata-rata. Dari gambar tersebut terlihat daerah berwarna hitam merupakan daerah kemungkinan gagal dalam perlindungan.. Dengan demikian, kurva pada gambar 4.4 menunjukkan probabilitas kegagalan dalam perlindungan kurang dari 1 %. Probabilitas ini berarti lebih kecil dari satu kali kegagalan dalam setiap 100 sambaran petir pada groundwire. 4.3 Pentanahan Sambaran Petir oleh Kawat Tanah. Untuk meningkatkan keandalan sistem ini, diperlukan pentanahan yang baik pada setiap menara listrik. Jika petir menyambar pada groundwire di dekat menara listrik, maka arus petir akan terbagi menjadi dua bagian. Sebagian besar arus tersebut mengalir ke tanah melalui pentanahan pada menara tersebut. Sedangkan sebagian kecil mengalir melalui groundwire dan akhirnya menuju ke tanah melalui pentanahan pada menara listrik berikutnya. Lain halnya jika petir menyambar pada tengah-tengah groundwire antara 2 menara listrik. Gelombang petir ini akan mengalir ke menara-menara listrik yang dekat dengan tempat sambaran tersebut. Perlu test lokasi geografis dari pentanahan 5 ohm. Tahanan bumi max. Yang terbaik untuk system ini = 5 ohm. Untuk menghindari kerusakan benda-benda akibat muatan listrik petir yang menuju tanah maka coaxial cabel dibungkus pipa isolasi. Metode tahanan langsung dari muatan listrik petir ke

dalam tanah menyebabkan seluruh unit mempunyai potensial yang sama dengan bumi. Sehingga benda-benda yang berada disekitar system akan aman.

4.4

Aplikasi Pemasangan KawaT Tanah Sebagai Penangkal Surja Pada

Distribusi Tenaga Listrik Kawat tanah ( overhead grounwire ) jarang digunakan dalam system distribusi listrik di Indonesia, hal ini dikeranakan system penangkal petir pada jaringan distribusi listrik lebih banyak menggunakan arrester. Hal ini disebabkan pada system distribusi menggunakan trafo yang berfungsi sebagai penurun tegangan (step down transformer), yang menurunkan tegangan 20 kV (tegangan menengah) menjadi 400/230 V (tegangan rendah). Karena trafo terhubung dengan saluran udara 20 kV dengan kawat telanjang (over head open wire) dan penempatannya yang di tempat terbuka sehingga pada trafo dapat terjadi gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir secara langsung atau sambaran petir tidak langsung (induksi). Sambaran petir akan menimbulkan tegangan lebih yang tinggi melebihi kemampuan isolasi trafo hingga menyebabkan kerusakan isolasi yang fatal. Untuk mencegah terjadinya hal tersebut maka setiap pemasangan trafo distribusi 20 kV pada GTT selalu dilengkapi dengan arrester. Sebagai contoh Saat ini telah diterapkan 4 sistem penempatan arrester pada GTT khususnya di Area Malang yang memiliki tujuan dan fungsi yang sama tetapi memiliki cara pengawatan dan peletakan arrester yang berbeda. Sistem penempatan arrester adalah sistem yang berhubungan dengan cara pengawatan arrester dengan trafo dan pelebur/CO yang memiliki tujuan untuk memberikan proteksi pada trafo dari tegangan lebih. Pada akhirnya keempat sistem penempatan arrester ini perlu dikaji kembali tentang efektivitas proteksinya pada trafo tersebut. Efektivitas proteksi pada trafo yang dimaksud adalah keberhasilan perlindungan yang diberikan pada trafo dengan memperkecil tegangan lebih yang terjadi pada trafo tersebut. Dengan cara mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tegangan surja dan arus surja yang terjadi pada masingmasing sistem, seperti pengawatan arrester, panjang kawat yang dipergunakan dalam sistem penempatan arrester, kecuraman gelombang datang, dan kecepatan merambat gelombang surja. Sehingga pada akhirnya didapatkan satu sistem

penempatan arrester yang efektif sebagai proteksi trafo distribusi 20 kV pada GTT. Sedangkan penggunaan kawat tanah (overhead groundware) sebagai penangkal petir lebih sering digunakan pada system transmisi tenaga listrik, hal ini dikarenakan Kawat Tanah (overhead groundwire) adalah media untuk melindungi kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang di atas kawat fasa dengan sudut perlindungan yang sekecil mungkin, karena dianggap petir menyambar dari atas kawat. Namun jika petir menyambar dari samping maka dapat mengakibatkan kawat fasa tersambar dan dapat mengakibatkan terjadinya gangguan. Kawat pada tower tension dipegang oleh tension clamp, sedangkan pada tower suspension dipegang oleh suspension clamp. Pada tension clamp dipasang kawat jumper yang menghubungkannya pada tower agar arus petir dapat dibuang ke tanah lewat tower. Untuk keperluan perbaikan mutu pentanahan maka dari kawat jumper ini ditambahkan kawat lagi menuju ketanah yang kemudian dihubungkan dengan kawat pentanahan.

BAB V PENUTUP 5.11.

Kesimpulan Pemakaian overhead groundwire dalam saluran distribusi tenaga listrik mempunyai harapan agar sambaran petir tidak mengenai kawat phasa. Luas zona/daerah perlindungan groundwire tergantung dari ketinggian groundwire itu sendiri. Probabilitas kegagalan dalam perlindungan akan

naik

dengan

makin

tingginya

groundwire

dan

besarnya

sudut

perlindungan. Untuk itu diperlukan pemilihan ketinggian serta sudut perlindungan yang sesuai untuk mendapatkan perlindungan yang baik. Kawat tanah lebih sering dijumpai sebagai penangkal petir pada system transmisi listrik sedangkan pada system distribusi lestrik sebagai penangkal petir banyak dijumpai penggunaan arrester.2.

Peningkatan performa perlindungan transmisi tenaga listrik dari sambaran petir yang paling mudah dilakukan dengan menambah jumlah groundwire. Kombinasi pemakaian groundwire dengan peralatan-peralatan lainnya sangat diharapkan untuk memperoleh performa perlindungan yang lebih tinggi di antaranya dengan pemakaian arester yang merupakan alat pelindung modern.

DAFTAR PUSTAKA [1] ELEKTRO INDONESIA, Edisi ke Dua Belas, Maret 1998 Arief Irawanto mahasiswa Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Overhead Groundwire, Perlindungan Transmisi Tenaga Listrik dari Sambaran Petir [2] Yudi Suhairi, Fenomena Petir , Elektron TH XVIII

[3] Wikipedia,penangkal_petir.html [4] Dunia listrik, konduktor-dan-kawat-tanah-pada-saluran.html [5] http://id.wordpress.com