Oleh:

Teguh Aryo Nugroho

2209100072

Studi Pengaruh Backflashover pada Sistem Pentanahan Menara Saluran Transmisi

Tegangan Tinggi Terkonsentrasi Menggunakan ATPDraw.

Pembimbing:

I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST, MT

Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST, M.Sc

• Fenomena Backflashover yang terjadi pada saluran transmisi tegangan tinggi

• Tegangan lebih yang terjadi akibat adanya fenomena Backflashover

Latar Belakang

• Mengetahui respon dari model sistem pentanahan menara saluran transmisi terkosentrasi terhadap efek dari backflashover.

• Mengetahui respon dari model sistem pentanahan terkonsentrasi menara saluran trasnmsisi terhadap perubahan jenis tanah, gradien kritis ionisasi tanah, tahanan pada arus rendah dan frekuensi rendah, dan waktu depan sumber impuls.

Tujuan

Backflashover adalah fenomena yang diakibatkan oleh sambaran petir pada kawat pelindung (groundwire) yang menyebabkan arus mengalir pada menara saluran transmisi , dan ketika menara saluran transmisi tidak mampu menyalurkan tegangan petir tersebut pada tanah sehingga terjadi peningkatan potesnisial pada menara.

Backflashover

Sistem Pentanahan Terkonsentrasi Menara Saluran Transmisi

Sistem Pentanahan:

-Terkonsentrasi (Concentrated)

-Menyebar (Ekstended)

Sistem pentanahan menara saluran transmisi dikatakan terkonsentrasi apabila mempunyai radius perlindungan kurang dari 30 meter.

• 𝐼𝑅 = 𝜌 𝐸0

2𝜋𝑅02

Keterangan:

• IR: Arus yg mengalir akibat backflashover (kA)

• E0: Gradien kritis ionisasi tanah (kV/m)

• R0: tahanan pada arus dan frekuensi rendah (Ohm)

• 𝜌: Tahanan jenis tanah (Ohm.m)

Konsep sistem pentanahan terkonsentrasi

𝑅0 =𝜌

2𝜋𝑟0

𝑅𝑖 = 𝑅0

𝐼𝑔

𝐼𝑅

𝑅𝑖 𝑠

𝜌=

𝐸0𝑠2

2𝜋𝜌𝐼𝑅

Tahanan Impuls Pentanahan

Model Formula

Korsuntev ∏1= 0.2564 . ∏2

-0.3411 , 0.03 ≤ ∏2 ≤ 5

∏1= 0.3367 . ∏2-0.4927 , 5 ≤ ∏2 ≤ 100

Oettle log ∏1 = -0.3. log ∏2-0.62 , 0.005 ≤ ∏2 ≤ 20

log ∏1 = -0.3. log ∏2-0.49*

Chilosom et al from

Populansky

∏1= 0.2564 . ∏2-0.3411 , 0.3 ≤ ∏2 ≤ 10

Chowduri From

Populansky

∏1= 0.2965 . ∏2-0.2867 , ∏2 ≤ 5

∏1= 0.4602 . ∏2-0.6009 , 5 ≤ ∏2 ≤ 50

∏1= 0.9543 . ∏2-0.7536 , 50≤ ∏2 ≤ 500

∏1= 1.8862 . ∏2-0.8693 , ∏2 ≤ 500

• ∏1=𝑅 𝐼 .𝑠

𝜌

• ∏2=𝐼.𝜌

𝑠2.𝐸0

Tabel 1 Dimensionless Parameter ∏1 dan ∏2

TGIR (Tower Grounding Impulse Resistance)

No Model Ωm) E0 (kV/m) s(m)

1 Korsuntev 200 1000* 4.56

2 Oettle 200 1000 11.77

3 Chilosom et al. 200 241. 0.125 atau

1000**

4.56

4 Chowduri from

Populansky

200 300*** 4.56

5 CIGRE WG from

weck

200 300*** -

6 Yasuda et al. 200 300*** -

7 Darveinza - - -

Tabel 2 Parameter Model Sistem Pentanahan Terkonsentrasi

Menara Saluran Transmisi

* = nilai yang telah ditentukan untuk tahanan tanah sebesar 180 Ωm. ** = tergantung pada model yang dipilih dari parameter TGIR ***= nlai yang ditentukan berdasarkan [10]

1) Aplikasi TGIR pada saluran transmisi 150 kV dan terkoneksi dengan Gardu Induk

2) Simulasi dilakukan pada 2 keadaan yaitu : Tanpa pemasangan surge arrester dan terpasang surge arrester

3) Simulasi pengaruh Backflashover terhadap :

I. perubahan jenis tanah.

II. Perubahan Gradien kritis ionisasi tanah.

III. Perubahan Pengaruh Perubahan nilai low current and low frequency resistance.

IV. Perubahan Waktu depan sumber Impuls.

Simulasi

Pemodelan Saluran Transmisi ( tanpa pemasangan surge arrester )

(file substation0.pl4; x-var t) v:X0081A v:X0081B v:X0081C 0 5 10 15 20 25 30 35 40[us]

-1,5

-0,5

0,5

1,5

2,5

3,5

[MV]

Merah : fasa A

Hijau : fasa B

Biru : fasa C

Pemodelan Saluran Transmisi ( dengan pemasangan surge arrester )

(file substation0.pl4; x-var t) v:X0076A v:X0076B v:X0076C 0 5 10 15 20 25 30 35 40[us]

-1,2

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1,2

[MV]

Merah : fasa A

Hijau : fasa B

Biru : fasa C

no Model

Tegangan puncak

Tanpa Arrester (MV) Terpasang Arrester (MV)

1 Korsuntev 3,2027 1,0052

2 Oettle 2,9708 1,0014

3 Chislom et Al 3,4830 1,0107

4 Chowduri from Populansky 3,2791 1,1040

5 CIGRE WG 3,0759 1,0125

6 Yasuda et al 3,4831 1,0107

7 Darveniza et Al 3,1151 1,0052

Hasil Pengukuran tegangan puncak pada saluran masukan GI

Tegangan puncak yang terjadi pada saluran masuk GI, dengan atau tanpa arester; 1 p.u = 750 kV.

Tipe-tipe Tanah Tahanan Jenis Tanah

(Ohm-m)

Humus lembab 30 Tanah liat 100 Tanah liat berpasir 150 Pasir lembab 300 Beton 400 Kerikil lembab 500 Pasir kering 1000

I. Pengaruh Efek Backflashover terhadap Perubahan Jenis Tanah

keterangan : Grafik perbandingan nilai tegangan puncak pemodelan pentanahan terkonsentrasi pada jenis tanah pasir kering ( SR= 1000 Ohm.m ).

No Jenis Tanah

Tegangan Puncak

Tanpa Arester (p.u.)

Terpasang arester (p.u)

1 Humus Lembap 3,6309 1,338 2 Tanah Liat 3,7709 1,3384 3 Tanah Liat Berpasir 4,1031 1,3532 4 Pasir Lembap 4,6599 1,3476 5 Beton 4,6411 1,3476 6 Kerikil Lembap 4,6411 1,3476 7 Pasir Kering 4,5265 1,3476

Hasil simulasi perubahan jenis tanah terhadap model pentanahan Korsuntev :

No Jenis Tanah

Tegangan Puncak

Tanpa Arester (p.u.) Terpasang arester (p.u) 1 Humus Lembap 3,5208 1,3381 2 Tanah Liat 3,7319 1,3456 3 Tanah Liat Berpasir 3,8552 1,3512 4 Pasir Lembap 4,1407 1,3524 5 Beton 4,2876 1,3371 6 Kerikil Lembap 4,4291 1,3476 7 Pasir Kering 4,6411 1,3524

Hasil simulasi perubahan jenis tanah terhadap model pentanahan Oettle:

II. Pengaruh Perubahan Nilai Gradien Kritis Ionisasi Tanah terhadap Efek Backflashover

E0 (kV/m)

300

600

1000

1500

Keterangan : Grafik perbandingan tegangan puncak pada tiap model pentanahan terhadap pada gradien kritis ionisasi tanah E0 = 600 kV/m

No E0 (kV/m)

Tegangan puncak

Tanpa Arester (p.u) Terpasang Arester (p.u)

1 300 3,9967 1,3408 2 600 4,1469 1,3560 3 1000 4,2703 1,3377 4 1500 4,3880 1,3476

Hasil sumulasi perubahan gradien kritis ionisasi tanah terhadap model pentanahan Korsuntev (E0) :

no E0 (kV/m)

Tegangan puncak

Tanpa Arester (p.u)

Terpasang Arester (p.u)

1 300 3,9611 1,3352 2 600 3,9611 1,3352 3 1000 3,9611 1,3352 4 1500 3,9611 1,3352

Hasil simulasi perubahan gradien kritis ionisasi tanah terhadap model pentanahan Oettle (E0) :

III. Pengaruh Perubahan nilai Tahanan pada low current and low frequency resistance terhadap efek Backflashover

R0 (Ohm)

10

20

30

40

Keterangan : Grafik perbandingan model pentanahan pada kondisi R0 = 40 Ohm.

no

R0

(Ohm)

NilaiTegangan Puncak

Tanpa Arester (p.u) Terpasang Arester (p.u)

1 10 4,0752 1,3341 2 20 4,2703 1,3377 3 30 4,2716 1,3389 4 40 4,2677 1,3349

Hasil simulasi perubahan tanahan pada low current and low

frquency terhadap model pentanahan Korsuntev :

Hasil simulasi perubahan tanahan pada low current and low

frquency (R0 ) terhadap model pentanahan Oettle :

no R0 (Ohm)

NilaiTegangan Puncak

Tanpa arester (p.u) Terpasang Arester (p.u) 1 10 3,9631 1,3341 2 20 3,9611 1,3352 3 30 3,9595 1,3589 4 40 3,9581 1,3555

Waktu Impuls (µs)

4 / 77,5

6 / 77,5

8 / 77.5

10 / 77.5

IV. Pengaruh Perubahan Waktu Impuls terhadap efek dari Backflashover

Keterangan : Grafik perbandingan tegangan puncak setiap model pentanahan pada kondisi TF = 4/77,5 µs.

no Waktu Impuls (µs)

Tegangan Puncak

Tanpa Arrester (p.u)

Terpasang Arrester (p.u)

1 4 / 77,5 8,8380 1,4837 2 6 / 77,5 5,6693 1,3465 3 8 / 77.5 4,2703 1,3377 4 10 / 77.5 3,5107 1,3387

Hasil simulasi perubahan waktu depan sumber impuls pada pemodelan pentanahan Korsuntev :

Hasil simulasi perubahan waktu depan sumber impuls pada pemodelan pentanahan Oettle :

no Waktu Impuls (µs)

Tegangan Puncak

Tanpa Arrester (p.u)

Terpasang Arrester (p.u)

1 4 / 77,5 8,6216 1,5005 2 6 / 77,5 5,9440 1,3728 3 8 / 77.5 3,9611 1,3352 4 10 / 77.5 3,8579 1,3384

1. Pada simulasi dengan menggunakan parameter pada tabel 2 pemodelan pentanahan Oettle adalah yang paling mampu meredam tegangan lebih besar darpada model lainnya. Dengan nilai tegangan puncak 3,9611 p.u ( 1 p.u = 750 kV) . Dan dengan tegangan puncak setelah pemasangan surge arrester sebesar 1,3352 p.u.

2. Dari hasil simulasi dengan melakukan perubahan pada jenis tanah dan dimodelkan terhadap pemodelan pentanahan konsentrasi. Didapatkan bahwa pemodelan Oettle dapat meredam tegangan puncak lebih daripada model lainnya. Tetapi untuk kondisi tanah berupa pasir kering ( SR = 1000 Ohm.m) model Darveniza et Al adalah yang dapat meredam, nilai tegangan puncak 4,1533 p.u dan setelah terpsang surge arrester menjadi 1,3403 p.u.

3. Dari Hasil Simulasi dengan merubah nilai gradien kritis ionisasi tanah dan dimodelkan pada pemodelan pentanahan terkonsentrasi. Didapatkan bahwa Model Oettle adalah yang paling dapat meredam tegangan puncak daripada pemodelan yang lain. Dengan nilai tegangan tegangan puncak untuk semua nilai E0 yang diujikan sebesar 3,9611 p.u dan setelah pemasangan surge arrester sebesar 1,3352 p.u.

Kesimpulan

4. Dari hasil simulasi dengan melakukan perubahan tahanan pada arus rendah dan frekuensi rendah terhadap pemodelan pentanahan terkonsentrasi. Didapatkan bahwa model Oettle adalah yang paling dapat meredam tegangan puncak. Model Oettle dapat meredam tegangan puncak pada keadaan tahanan yang paling tinggi 40 Ohm dengan nilai tegangan 3,9581 p.u. dan setelah terpasang surge arrester sebesar 1,3555 p.u.

5. Dari Hasil simulasi dengan melakukan perubahan waktu depan sumber impuls pada sumber petir dan TF (Time Front) terhadap pemodelan pentanahan terkonsentrasi. Masing-masing pemodelan mempunyai keunggulan masing-masing. Untuk waktu depan sumber impuls 10/77.5 µs yang paling dapat meredam tegangan puncak adalah model Chislom et Al. Dengan nilai tegangan puncak 3,0384 p.u. dan setelah terpsang surge arrester 1,3384 p.u. Untuk waktu depan sumber impuls 8/77.5 µs. Yang paling dapat meredam tegangan puncak adalah model Oettle. Dengan dengan nilai tegangan puncak 3,9611 p.u. dan nilai tegangan puncak setelah pemasangan surge arrester sebesar 1,3352 p.u. Untuk waktu depan sumber impuls 6/77.5 µs yang paling mampu meredam tegangan puncak adalah model Darvineza et Al . Dengan nilai tegangan puncak 4,1535 p.u. dan setelah pemasangan surge arrester sebesar 1,3403 p.u. Dan untuk waktu depan sumber impuls 4/77.5 yang paling dapat meredam tegangan puncak adalah model Yasuda et Al. Dengan nilai tegangan puncak 8,3855 p.u. dan setelah pemasangan surge arrester sebesar 1,5008 p.u.

Terima kasih &

Semoga Bermanfaat