KOORDINASI ISOLASI
A. Pendahuluan
Persoalan isolasi adalah salah satu dari beberapa persoalan yang terpenting dalam teknik tenaga listrik pada umumnya dan teknik tegangan tinggi pada khususnya, oleh karena ia menyangkut persoalan pokok bidang teknik dan ekonomi.
Koordinasi isolasi dapat dideenisikan sebagai korelasi antara daya isolasi alat!alat dan sirkuit listrik di satu pihak dan karakteristik alat!alat pelindungnya di lain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya!bahaya tegangan lebih se"ara ekonomis. Koordinasi isolasi dinyatakan dalam bentuk langkah!langkah yang diambil untuk menghindarkan kerusakan terhadap alat!alat listrik karena tegangan lebih dan membatasi lompatan sehingga tak menimbulkan kerusakan terhadap alat!alat listrik dan karakteristik alat!alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masing!masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan impulsnya.
Koordinasi isolasi mempunyai dua tu#uan $ %.
Perlindungan terhadap peralatan
&.
Penghematan 'ekonomi(
Oleh karena perlindungan bertu#uan ekonomi pula, maka kedua tu#uan tersebut disatukan men#adi satu tu#uan $ ekonomi, hal ini berlaku untuk semua masalah dalam bidang perlindungan. Dalam hal koordinasi isolasi, yang ditu#u ditu#u ialah sebuah sistem tenaga listrik yang bagian!bagiannya, masing!masing dan satu sama lain, mempunyai daya isolasi yang diatur sedemikian rupa, sehingga dalam setiap kondisi operasi, k)alitas pelayanan 'penyediaan( di"apai dengan biaya seminimum s eminimum mungkin. *iaya peralatan yang dimaksud terdiri dari biaya pertama peralatan 'irst "ost(, biaya kerusakan, biaya pelayanan berhenti 'outages(,biaya penurunan dan penaikan k)alitas pelayanan.
KARAK+RIS+IK KOORDINASI
Dalam hal kemampuan isolasi untuk menghadapi sur#a hubung dan sur#a petir maka yang berperan adalah kemampuan isolasi terhadap kenaikan tegangan yang dikenakan padanya. Dalam pengoperasian normal isolasi peralatan sistem tenaga ditentukan sesuai dengan tegangan ker#a 'kelas tegangan( dimana peralatan itu beroperasi. Pengaman petir dan dan sur#a hubung memerlukan penetapan dari leel tegangan yang disebut leel tegangan shunt, yaitu perangkat pengaman seperti arrester. *atas ketahanan impuls petir yang disebut sebagai *asi" Impulse Leel'*IL( adalah ketentuan untuk setiap sistem tegangan nominal dari berbagai peralatan. Semua peralatan dan komponen!komponennya harus mempunyai *IL di atas leel sistem proteksi, sesuai margin. Nilai batas ini biasanya ditentukan berdasarkan isolasi udara dengan metoda statistik. /ntuk peralatan yang bukan isolasi seperti trao isolasi, batas margin batas margin ditetapkan berdasarkan metoda konensional.
*. S0ARA1 PRK2*AN3AN
Sebelum perang dunia ke!% koordinasi isolasi mendapat perhatian sedikit sekali dan sukar dapat dilaksanakan karena tidak adanya data pokok yang diperlukan. Sedikit sekali diketahui mengenai karakteristik petir dan saluran transmisi dan pengaruhnya pada peralatan tenaga. Lebih kurang lagi pengetahuan para insinyur mengenai daya isolasi peralatan itu sendiri terhadap petir, dan karakteristik alat!alat pelindung 'terutama arrester petir( serta penerapannya belum benar!benar dimengerti. Akibatnya ialah bah)a "ara mengisolasi adalah "ara men"oba!"oba 'rule!o!thumb( belaka, sehingga ada bagian!bagian yang isolasinya kurang, sedangkan ada bagian!bagian yang isolasinya berkelebihan. Di Amerika Serikat tendensinya pada )aktu itu adalah menaikkan isolasi pada #ala!#ala transmisi dan mengurangi isolasi peralatan di gardu.1al ini tentu mengakibatkan banyaknya lompatan api ter#adi pada peralatan tersebut. Dalam masa tiga puluh tahun sesudah itu dilakukan penyelidikan dan riset yang menghasilkan $ Penemuan siat petir pada transmisi dan karakteristiknya pada )aktu mendekati gardu. Penentuan daya isolasi peralatan, bukan sa#a peralatan yang berisolasikan udara, misalnya isolator dan bushing, tetapi #uga peralatan yang lebih sulit dan mahal, seperti trao, bushing istime)a,dll. Penemuan tegangan impuls standard dan "ara pengu#ian trao untuk menentukan daya impulsnya.
Karakteristik alat!alat pelindung terutama arrester dari hasil!hasil pengu#ian di lapangan sur#a arus petir 'besar dan ke"epatannya naik( ditetapkan, tingkat perlindungan arrester ditentukan dan dipakai dalam koordinasi isolasi. Dengan ditetapkannya gelombang impuls standar dan dengan diketemukannya osilograp maka didapatkan data lain yang diperlukan guna meme"ahkan persoalan koordinasi isolasi, misalnya karakteristik olt!)aktu dari isolasi dan peralatan, tingkat perlindungan dari arrester untuk bentuk gelombang yang beraneka ragam, karakterist ik impuls dari udara 'isolator, bushing, dsb( . Penentuan tingkat isolasi impuls dasar '*asi" Impulse Insulation Leel, disingkat *IL( yang dideenisikan sebagai 4tingkat!tingkat patokan 'reeren"e leels( dinyatakan dalam tegangan pun"ak impuls dengan gelombang standar.
5. PRINSIP DAN PN3R+IAN DASAR
Rasionalisasi dari pada daya isolasi suatu sistem dan implementasi dari pada koordinasi isolasi menyangkut prinsip!prinsip tertentu yang di dalam prakteknya berupa aturan!aturan sebagai berikut $ %.
Arrester petir 'lightning arrester( dipakai sebagai alat pelindung pokok.
&.
+egangan sistem mempunyai tiga harga $ a(
+egangan nominal,
b( +egangan dasar 'rated( "( +egangan maksimum.
6. Ada dua ma"am sistem $ yang netralnya diisolasikan 'isolated neutral system( dan yang dibumikan se"ara eekti 'ee"tiely grounded system(. Pada kedua sistem ini tegangan!transmisi maksimumnya dapat men"apai %789 dari tegangan dasar.
:. +egangan dasar 'rating( yang dipakai pada arrester adalah tegangan maksimum rekuensi rendah '87 ";s( di mana arrester tersebut beker#a dengan baik. Pada sistem terisolasi, arrester harus mempunyai tegangan dasar maksimum tidak melebihi tegangan dasar penuh atau arrester %779. Pada sistem yang dibumikan, tegangan dasar maksimum dari pada arrester dapat diturunkan men#adi <79 dari tegangan sistem maksimum. 5ara dan aplikasi khusus memungkinkan pemakaian arrester =8!<79.
8. Dalam penentuan isolasi trao, dipakai isolasi yang dikurangi 'redu"ed insulation(, yaitu tingkat isolasi yang lebih rendah dari pada apa yang telah ditetapkan dalam standar seperti yang terdapat pada +abel
>. Dua unsur utama koordinasi isolasi yang penting ialah karakteristik olt )aktu dari isolasi yang harus dilindungi dan karakteristik pelindung dari arrester. Pada tegangan tinggi sekali '1?, /1?( ada dua pasang karakteristik yang perlu diperkatikan, satu untuk sur#a petir dan satu lagi untuk sur#a bubung.
Kelas Reerensi
*IL
<79 *IL
'k?(
'k?(
'k?(
%.&
67
&:
<.=
=8
>7
%&
@8
=>
&6
%87
%&7
6:.8
&77
%>7
>>
&87
&77
:@
687
&<7
@&
:87
6>7
%%8
887
::7
%6<
>87
8&7
%>%
%87
>77
%<7
<&8
>>7
%@>
@77
=&7
&67
%787
<:7
&>7
%%=8
@:7
&<=
%677
%7:7
6:8
%887
%&:7
+abel +ingkat *IL *erdasrkan +egangan Sistem
Dengan karakteristik isolasi dan karakteristik arrester dapat disusun suatu sistem pengaman yang terkoordinasi. +egangan operasi proteksi harus lebih ke"il dari tegangan tembus isolasi. Koordinasi antara kemampuan isolasi dan pengaman sistem ditentukan dengan *asi" Insulation Leel '*IL(.
D. KARAK+RIS+IK ALA+ PLIND/N3
Alat pelindung berungsi melindungi peralatan tenaga listrik dengan "ara membatasi sur#a 'surge( tegangan lebih yang datang dan mengalirkannya ke tanah. *erhubungan dengan ungsinya itu ia harus dapat menahan tegangan sistem 87 ";s untuk )aktu yang tak terbatas, dan harus dapat melakukan sur#a arus dengan tak merusaknya. Ke"uali itu sebuah alat pelindung yang baik mempunyai protek"tie!ratio yang tinggi, yaitu perbandingan antara tegangan sur#a maksimum yang diperbolehkan pada )aktu pelepasan dan tegangan sistem 87 ";s maksimum yang dapat ditahan sesudah pelepasan 'dis"harge( ter#adi.
3elombang sur#a merupakan suatu gelombang impuls tegangan yang melon#ak dan merambat dari titik sumbernya berarah radial sepan#ang penghantar.
+itik A merupakan besar amplitude gelombang sur#a yang dapat ditahan oleh isolator dan titik * untuk tanduk busur apinya. Bungsi dari tanduk busur api adalah melindungi isolator dari tegangan tembus yang disebabkan oleh gelombang sur#a.
*ila amplitude tegangan telah men"apai titik *, maka ter#adi pelepasan muatan listrik 'dis"harge( dari tanduk yang terhubung ke penghantar ke tanduk yang terhubunga ke bumi 'grounding( yang menimbulkan lon"atan api.
Karakteristik Alat Pelindung Sederhana
Sela batang adalah alat pelindung yang paling sederhana. Sela ini diadakan oleh dua buah batang logam yang mempunyai penampang tertentu 'biasanya persegi(, yang satu dihubungkan dengan ka)at transmisi, satunya dihubungkan dengan tanah. Keuntungan dari sela batang ialah bentuknya yang sederhana, mudah dibuat dan kuat 'rugged(. 5a"adnya ialah bah)a sekali ter#adi per"ikan karena tegangan lebih, api timbul terus meskipun tegangan lebihnya sudah tidak ada. Oleh sebab itu sirkuit harus diputus terlebih dahulu untuk menghentikan per"ikan api tersebut. Ke"uali itu tegangan gagalnya naik lebih tinggi dari pada isolasi yang dilindunginya untuk gelombang yang "uram
Oleh karena itu sela batang dapat dipakai sebagai perlindungan "adangan 'ba"k!up prote"tion( atau dalam kombinasi dengan 5* '"ir"uit breaker( yang mempunyai ke"epatan menutup kembali 'sesudah dibuka( yang tinggi 'high!speed re"luse operation(. Sekarang sela batang masih dipakai terutama guna melindungi 5* dalam keadaan terbuka terhadap pukulan petir.
. KARAK+RIS+IK ISOLASI
Dengan bertambahnya )aktu maka kemampuan menahan tegangan dari isolasi semakin menurun. Agar tidak ter#adi kerusakan atau tegangan tembus pada isolasi, maka tegangan lebih di#aga lebih ke"il dari tegangan tembus 'breakdo)n( isolasi.
*ila ?S't( adalah amplitude tegangan gelombang sur#a dan ?i't( kemampuan menahan tegangan isolasi, dengan isualisasi 3ambar &, titik D adalah amplitude gelombang sur#a yang telah men"apai tegangan tembus isolasi pada )aktu tD '?S't( C ?i't((.
B.
PNRAPAN ARRS+R
3angguan sur#a petir merupakan salah satu gangguan alamiah yang akan dialami sistem tenaga listrik, dan salah satu metode untuk mengatasinya yaitu dengan menggunakan peralatan proteksi arrester.
Arrester ini beker#a dengan mengimplementasikan resistor nonlinier yang mempunyai nilai yang besar untuk peralatan listrik dari tegangan yang berlebihan dari petir. Pada saat sparkoer maka tegangan akan turun dan tegangan residuarus dis"harge. *esarnya nilai sparkoer dan tegangan residu arusnya tergantung dari karakteristik arrester yang digunakan.
Agar pemakaian arrester dalam koordinasi isolasi dapat memberikan hasil yang maksimal perlu diikuti aas!aas berikut $
a( Sebagai disinggung dimuka tegangan dasar 87";s daripada arrester dipilih sedemikian rupa sehingga nilainya tidak dilampaui pada )aktu dipakai, baik dalam keadaan normal maupun hubung singkat. b( Arrester ini akan memberikan perlindungan bila ada selisih 'margin( yang "ukup antara tingkat arrester dan peralatan. "( Arrester harus dipasang sedekat mungkin kepada peralatan utama dan tahanan tanahnya rendah.
d( Kapasitas termis arrester harus dapat meneruskan arus besar yang berasal dari simpanan tenaga yang terdapat dalam saluran yang pan#ang. e( 0atuh tegangan maksimum dari arrester dipakai sebagai tingkat perlindungan arrester 'bukan #atuh tegangan rata!rata( ( Sebuah harga tegangan pelepasan arus petir harus ditetapkan untuk menentukan tingkat perlindungan arrester yang harus dikoordinasikan dengan *IL sekarang dipakai & ma"am arus $ 8777 A dan %7777 A g( Pengaruh dari se#umlah ka)at 'multiple!lines( dalam melindungi kega)atan petir pada gardu perlu diperhatikan pada penerapan arrester. h( *ila ada keragu!raguan mengenai kemampuan 87 ";s dari arrester, maka se#umlah persentase ditambahkan pada harga yang dihitung atau ditetapkan untuk arrester. Sekarang masih dipakai %79.
Selisih antara *IL isolasi yang harus dilindungi dan tegangan maksimum yang ter#adi pada arrester adalah persoalan yang banyak dibi"arakan, karena banyak aktor yang perlu diperhatikan antara lain $ a.
+egangan gagal ditentukan oleh ke"epatan naiknya tegangan.
b. +egangan pelepasan ditentukan oleh ke"epatan naiknya arus sur#a dan besarnya arus sur#a tersebut. ". 0arak antara arrester dan isolasi yang harus dilindungi mempengaruhi besarnya tegangan yang sampai pada isolasi tersebut.
Kega)atan sur#a tergantung baik buruknya perlindungan terhadap gardu, tingkat isolasi dardu dan isolasi ka)at transmisi yang masuk ke gardu.
