PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR DARI GANGGUAN PETIR DENGAN

MENGGUNAKAN ARRESTER PADA TEGANGAN MENENGAH

1. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG MASALAH

Kemajuan teknologi pengunaan tenaga listrik saat ini sudah semakin maju bukan hanya untuk

penggunaan penerangan saja dan keperluan industri , tetapi sudah sampai pada kebutuhan rumah

tangga yang sekecil- kecilnya . Oleh karena itu suatu system tenaga listrik sangat diharapkan untuk

dapat menyalurkan daya secara terus-menerus ( online) kepada konsumen . Dalam proses

penyaluran tenaga listrik tersebut sering terjadi gangguan internal dan eksternal , itu terjadi karena

jarak antara sumber listrik dan distribusi yang sangat jauh maka sumber harus dihubungkan oleh

system transmisi energy listrik yang disertai dengan system proteksi yang terdiri dari berbagai

komponen yang berfungsi sesuai dengan fungsinya. Faktor yang harus diperhatikan adalah system

transmisi dan distribusi , tegangan , frekuensi yang konstan maupun kesimbangan beban .

Gardu transformator tihang (GTT) merupakan salah satu bagian penting dalam suatu system

distribusi daya listrik. GTT digunakan sebagai tempat peletakan transformator system 20 KV atau

transformator distribusi 20 KV tipe pasangan luar (outdoor) . Trafo tersebut berfungsi sebagai

penurun tegangan ( stepdown 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 ditempat 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 kerusakkan isolasi yang fatal . Untuk

mencegah terjaadinya hal tersebut maka setiap pemasangan trafo distribusi 20 KV pada GTT selalu

dilengkapi dengan Lightning Arester.

Dengan meningkatnya kebutuhan tenaga listrik , maka timbul masalah mengenai penyaluran

daya yang continue kepada konsumen . Dimana penyaluran beban yang dimaksud adalah

kelestarian dari pengadaan tenaga listrik yang tidak terlepas dari kestabilan itu sendiri dalam

penyaluran tenaga listrik bila terjadi gangguan .

Salah satu masalah yang timbul dalam penyaluran daya adalah sambaran petir . Sambaran petir

pada jaringan hantaran udara merupakan suntikkan muatan listrik . Suntikan muatan ini

menimbulkan kenaikan tegangan pada jaringan , sehingga dijaringan terjadi tegangan lebih

berbentuk gelombang impuls dan merambat ke ujung-ujung jaringan

Secara khusus alat prokteksi yang akan dibahas adalah lightning arester , karena alat ini

sangat mendukung kehandalan suatu system penyaluran tenaga listrik , dan untuk menjamin

terlindungnya peralatan lainnya yang ada pada suatu gardu induk .

Oleh sebab itu penulis ingin mempelajari dan memahami prinsip kerja lightning arrester ,

sehingga diangkat judul oleh kelompok kami adalah PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR DARI

GANGGUAN PETIR DENGAN MENGGUNAKAN ARESTER PADA TEGANGAN

MENENGAH

B. IDENTIFIKASI

Petir merupakan gejala alam yang sering menganggu system tenaga listrik yang akan menimbulkan

kerusakan terhadap komponen-komponen penyalur listrik dan peralatan listrik serta elektronik.

C. BATASAN

Untuk menghindari adanya kemungkinan , penyimpangan dari pembahasan mengenai makalah ini

maka dibatasi permasalahan yang dibahas dalam makalah ini. Adanya bagian- bagiannya antara lain

:

1. Konstruksi lightning arrester

2. Prinsip kerja lightning arrester

3. Penggunaan linghtning arrester

4. Konstruksi penempatan lightning arrester

D. RUMUSAN MASALAH

Petir bukanlah nama yang asing bagi kita .Sambaran petir merupakan salah satu gangguan

terhadap system tenaga listrik yang dapat merusak system dan beban. Petir terjadi karena tumbukkan

antara awan bermuatan positif dan negative . karena besarnya tegangan yang dihasilkan oleh petir

yaitu kira-kira 100 juta volt dengan kecepatan rambat rata-rata 100-800 km/detik maka dirancanglah

suatu komponen proteksi yang dapat bekerja dengan cepat membumikan tegangan petir tersebut.

Komponen proteksi tersebut disebut dengan lightning arrester .

E. METODOLOGI

Tempat pengumpulan data :PT.PLN (PERSERO) RANTING TEBUNG TINGGI CABANG

PEMATANG SIANTAR

Waktu :05 januari s/d 05 febuari 2010

Sumber :DATA HASIL PKLI DARI JIMMY MELIALA (mahasiswa

unimed jurusan pendidikan teknik elektro stambuk 2006)

F. LANDASAN TEORI DAN PEMBAHASAN

a. LANDASAN TEORI

-Proses Terjadinya Petir

Petir adalah gejala alam yang bisa kita ibaratkan seperti sebuah kapasitor raksasa,yang

lempeng positif atau negative nya adalah awan dan lempeng keduanya adalah bumi yang dianggap

netral.kapasitor tersebut merupakan komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan

energy sesaat.petir terjadi karena adanya perbedaan antara awan dan bumi.

Proses pembentukan muatan pada awan terjadi karena pergerakannya yang teratur dan terus

menerus.selama pergerakannya itu ,awan akan berinteraksi dengan awan lain yang mengakibatkan

terkumpulnya muatan negative pada slah satu sisi atas atau sisi bawah dan muatan positif berkumpul

di sisi sebaliknya .jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar ,akan terjadi

pembuangan muatan negative atau electron dari awan ke bumi atau sebaliknya.hal ini terjadi untuk

mencapai tingkat kesetimbangan .Media yang dilalui oleh elektron tersebut adalah udara sehingga

pada saat elektron menembus batas isolasi udara terjadilah ledakan suara.

Ketika langit berawan,tidak semuanya merupakan awan petir.Hanya jenis awan

kumulonimbus yang menghasilkan petir.Petir lebih sering terjadi pada musim hujan karena udara

mengandung kadar air tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir.adanya

awan yang bermuatan positif dan awan yang bermuatan negative mengakibatkan petir juga bisa

terjadi antara awan yang berbeda muatan.

Seperti kita ketahui,bahwa petir banyak terjadi pada musim penghujan.dan ini merupakan

masalah yang dapat merusak atau menggangu kehidupan manusia dan sekitarnya.Terjadinya petir

diikuti dengan pergerakan muatan elektrik dari awan menuju permukaan bumi.muatan negative pada

awan menjadi penyebab terjadinya petir.jika bongkahan awan bergerak maka permukaan bumi akan

memiliki muatan positif yang sama jumlah nya dengan awan.sebelum terjadinya sambaran petir , kita

akan melihat kilatan garis dan juga cabang cabang kilatannya yang dikenal dengan “step ladder” atau

anak tangga.Cabang cabang kilatan tersebut bergerak menuju bumi dengan kecepatan yang sangat

tinggi.jika satu dari ujung cabaang petir tersebut sangat dekat dengan permukaan bumi ,maka

permukaan bumi timbul arus positif.Jika arus muatan positif dari permukaan bumi bertemu dengan

muatan negative dari ujung cabang petir tadi,maka dengan cepat terjadilah PETIR.

Kilat petir terjadi dalam bentuk setidaknya dua sambaran.pada sambaran pertama ,muatan

negative mengalir dari awan kepermukaan tanah.ini bukanlah kilatan yang sangat terang.sejumlah

kilat percabangan biasanya dapat terlihat menyebar keluar dari jalur kilat utama.ketika sambaran

pertama ini mencapai permukaan tanah,sebuah muatan berlawanan terbentuk pada titik yang akan

disambarnya dan arus kilat kedua yang bermuatan positif terbentuk dari dalam jalur kilat utama

tersebut langsung menuju awan.

Dua kilat tersebut biasanya beradu sekitar 50 meter diatas permukaan tanah.arus pendek

terbentuk dititik pertemuan awan dan permukaan tanah tersebut dan hasilnya sebuah arus listrik yang

sangat kuat dan terang mengalir dari dalam jalur kilat utama menuju awan.perbedaan tegangan pada

aliran listrik antara awan dan permukaan tanah ini melebihi beberapa juta volt.

Petir akan memilih objek sambaran yaitu tempat yang tinggi yang bermuatan listrik.dan untuk

menghindari sambaran petir dapat dilakukan dengan usaha menangkap sambaran tersebut.

-Lightning Arester

Lightning arrester sering kita singkat dengan LA atau arrester petir dan juga disebut sebagai

penangkal petir adalah alat pelindung bagi pelaratan system tenaga listrik terhadap tegangan surja

petir . Ia berlaku sebagai jalan pintas ( by- pass) sekitar isolasi . lightinng arrester membentuk

jalan yang mudah dilalui arus kilat atau petir , sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi

pada peralatan . Jalan pintas itu harus sedemikian rupa sehingga tidak menggangu arus aliran daya

system 50 Hz . Jadi pada kerja normal lightning arrester itu berlaku sebagai isolator dan bila timbul

surja arrester berlaku sebagai konduktor , jadi melewatkan arus yang tinggi . Setelah surja

hubung hilang , lightning arrester harus dengan cepat sebagai isolator , sehingga pemutusan tenaga

tidak sempat membuka .

Berlainan dengan sela batang , lightning arrester dapat memutuskan arus susulan tanpa

menimbulkan gangguan . inilah salah satu fungsi terpenting dari lightning arrester .

b. SYSTEM KERJA TEORI

TIPE DAN CARA KERJA LIGHTNING ARRESTER

Lightning arrester petir yang dipakai dalam suatu system arus bolak –balik dapat dibagi sebagai

berikut :

1. Lightning arrester tipe ekspulsi

2. Lightning arrester tipe katup

a. Cara kerja lightning arrester tipe ekspulsi

Lightning arrester tipe ekspulsi terdiri dari tabung isolasi yang mempunyai elektroda disetiap

ujung dan lubang pelepasan pada ujung bawah . Panjang tabung sedemikian rupa sehingga percikan

besar terjadi pada sela antara kedua elektroda dalam tabung .

Untuk ranting tegangan yang tinggi kemungkinan dalam tabung tergabung dua buah atau lebih

sela dengan lubang pelepasan pada bagian atas , bawah dan tengah –tengah dari tabung ini

merupakan sela seri yang dipasang antara elektroda dengan kawat penghantar yang mencegah

pemakaian tegangan system yang terus –menerus pada tabung dengan cara demikian kebocoran

korona dan karbonisasi dapat dihindari :

Pelepasan muatan listrik pada sela luar dan berakhir pada lubang dalam (internal bore ) dari

tabung pencegah sambaran petir pada isolasi paralel dari penghantar .

Daya dari arus susulan membantu tekanan menjadi tinggi di dalam lubang tabung (tube bore)

yang menimbulkan asap tabung akan memutuskan arus hubung singkat setengah cycle pertama

dan kedua .

b. Cara kerja lightining arrester tipe katup

Lightning arrester katup terdiri dari dua elemen yaitu sela seri dan sela seri elemen katup

(valve element ) , elemen katup merupakan sebuah tahanan yang tidak linear , tahanan ini

mempunyai sifat khusus yaitu tahanan berubah dengan berubahnya arus dan proses

perubahan ini berlangsung cepat .

Bila sebuah surja sampai pada kawat saluran tegangan menengah dan dilewatkan sela seri ,

tahanan elemen katup berubah turun dengan cepat , sehingga tegangan turun dibatasi meskipun

arusnya besar .

Bila tegangan itu telah habis dan tinggal tegangan normal (frekuensi 50 hz) tahanannya naik

lagi sehingga arus susulan (follow current) dibatasi dan akhirnya dimatikan pada saat tegangan

mencapau nol .

Gambar lightning arrester tipe katup

c. PENEMPATAN LIGHTNING ARESTER PADA GARDU TIANG PORTAL

d. PERALATAN

Gardu Tiang Trafo(GTT) berlokasi dekat dengan konsumen, trafo dipasang pada tiang listrik dan menyatu dengan jaringan listrik. Untuk mengamankan trafo dan sistemnya, GTT dilengkapi dengan unit-unit pengaman yang ditempatkan pada Perangkat Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) khususnya sistem pada PLN Distribusi Jatim. Trafo daya step down berfungsi untuk menurunkan dari tegangan menengah 20kV ke tegangan rendah 380/200 V(referensi tegangan trafo 400/231 V).

Untuk lokasi Gardu Distribusi khususnya tipe Gardu Trafo (GTT) berdekatan langsung dengan daerah pelayanan konsumen, selanjutnya GTT disalurkan ke konsumen melewati jurusan-jurusan, dan untuk setiap unit GTT disalurkan empat jurusan.

Jaringan Tegangan Menengah (JTM) atau Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 20kV. Karena tegangan masih tinggi belum dapat digunakan untuk mencatu beban secara langsung, kecuali pada beban yang didesain khusus. Ditribusi primer merupakan saluran yang akan mensuplay ke Gardu Tiang Trafo(GTT), unit peralatan yang termasuk sisi primer, sbb:

Saluran sambungan (jamper) dari SUTM ke unit trafo (Primer Trafo) Cut Out (CO) Ligthning Arrester (LA) Saluran masukan

1. Saluran Sambungan dari SUTM ke Unit Trafo

Besar arus sambungan SUTM menuju ke saluran trafo distribusi sisi primer dihitung berdasarkan besar kapasitas daya trafo terpasang.

Gambar single line GTT

1. Cut Out

Cut Out berfungsi untuk opersai dan sebagai unit trafo, cara kerjanya sebagai berikut:

Membuka  dan menutup saluran ke GTT, untuk mengoperasikan harus memakai tongkat khusus (stick) dan prinsip kerjanya seperti sakelar

CO sebagai pengamanan trafo atau GTT, karena unit CO dilengkapi dengan Fuse Link dan akan bekerja atau putus apabila dilewatioleh arus listrik yang lebih besar dari kapasitasnya

Proses putusnya Fuse Link, bias disebabkan karena: o SUTM terkena surja petir dan merambat pada saluran masukan GTT.o Pada saat ada gangguan hubung singkat pada saluran ke trafo atau pada unit

trafonya.o Saluran pengahantar dari SUTM ke CO memakai kabel jenis NYAF.

Besar kapasitas CO tergantung dari besar Fuse Link, dan besar Fuse Link harus disesuaikan dengan daya trafo, dan berfungsi sebagai pengaman(seperti pada fuse atau sekering). Apabila terjadi gangguan pada unit trafo maka fuse link akan putus, dan bisa diganti. Besar fuse link dari PLN adalah 3, 6, 10 A., karena disuaikan dengan besar kapasitas Trafo Distribusi milik PLN.

1. Lightning Arrester

Lightning Arrester (LA) digunakan untuk pengamanan SUTM terhadap gangguan tegangan lebih surja petir, system pemasangan LA, sbb:

LA dipasang antara SUTM dan CO

Apabila SUTM terkena gangguan surja petir, maka arus gangguan akan diamankan LA dan selanjutnya disalurkan ketanah.

LA dipasang setelah CO

Apabila SUTM tersambar surja petir, maka arus gangguan akan diamankan CO lebih dahulu dan arus sisa gangguan akan diamankan lebih lanjut oleh LA.

1. PHB-TR

Perlengkapan Hubung Bagi jaringan distribusi tegangan rendah, PUIL mensyaratkan sebagai berikut:

Pada jaringan distribusi tegangan rendah, PHB-TR berfungsi sebagai titik pencabangan jaringan dan sambungan pelayanan.

Instalasi PHB-TR pasangan luar dan pasangan dalam harus memenuhi persyaratan keamanan dan keselamatan lingkungan, persyaratan teknis elektris dan mekanis, serta harus dilindungi dari kemungkinan kerusakan mekanis.

Pada setiap unit PHB-TR harus mempunyai peralatan minimal; o Satu sakelar  masuk sirkit masuko Satu proteksi arus pada sirkit keluar atau kombinasi proteksi dan sakelar

(MCB atau MCCB).o Arus minimal sakelar masuk minimal sama besar dengan arus nominal

penghantar masuk atau arus maksimal beban penuh.o Besar arus yang mengalir pada rel harus diperhitungkan sesuai kemampuan

rel, temperature ruang dan kerja tidak boleh melebihi 65 oC.o Pemasangan rel telanjang harus sedemikian rupa sehingga memenuhi

persyaratan jarak 5 cm + 2/3 kV dari system tegangan nominal.

PHB-TR adalah suatu perlengkapan listrik yang berfungsi sebagai pengendali, penghubung dan melindungi, serta membagi tenaga dari sumber tenaga listrik ke suatu beban atau pemakai.

Untuk instrument ukur indicator dan terminasi, PHB-TR diisyaratkan sebagai berikut:

Harus dipasang paling sedikit instrument indikator dengan warna yang sesuai. Panel PHB-TR utama pada gardu distribusi (GTT) harus dipasang instrument ukur

minimal Volt meter dan Ampere meter. Instrument indicator harus disambung pada sirkit masuk sebelum saklar masuk. Sambungan sirikit pada PHB harus memakai sepatu kabel yang sesuai dengan jenis

metalnya dan ukuran penghantar serta harus dijepit/dipress pada penghantar, KHA terminal sepatu kanel harus minimum sama dengan kemampuan sakelar dari sirikit yang bersangkutan rangkaian.

Pemegang kabel harus dapat memikul gaya berat, gaya tekan dan gaya tarik, sehingga gaya tersebut tidak akan langsung dipikul oleh gawai listrik lain.

G. KESIMPULAN

a. Arrester merupakan suatu alat proteksi bagi peralatan listrik terhadap tegangan lebih yang

disebabkan oleh surja petir . Arrester bersifat sebagai by-pass disekitar isolasi

membentuk jalan dan mudah dialiri arus kilat ke system pentanahan .

b. Pada prinsipnya karakteristik arrester dalam keadaan normal berlaku sebagai isolator bila

timbul tegangan surja arrester bersifat konduktor yang tahanannya sangat rendah .

c. Arrester terdiri dari arrester Jenis ekspulsi sdan arrester jenis katup .

d. Pemasangan pada transformator distribusi dipasang sedekat mungkin dengan

transformator .