Pada Pada akhi akhirr tahu tahun n 1960 1960-a -an n tela telah h diad diadak akan an stud study y bers bersam amaa anta antara ra indu indust stri riaw awan an-industriawan, IEEE dan General Electric Company. Study tersbut dilakukan berdasarkan pendekatan Scale-model yang dikenal sebagai teknik model nanosccoild dan pendekatan monte carlo untuk menentukan parameter-parameter dari dari sambar sambaran an petir petir study study ini menggu menggunak nakan an model model skala skala dari dari bebera beberapa pa type type strukt struktur ur saluran distribusi untuk menentukan metodologi dari pengaman petir. Dalam study tersebut telah diamati berbagai metode pengaman petir meliputi penggunaan lighting arrester pada seluruh phasa, arrester-arrester pada tiang-tiang (dead ends), kawat tanah dan proteksi yang hanya pada phasa tengah dari saluran tiga phasa. Hasil utama dari study ini menunjukkan menunjukkan bahwa dengan dengan menggunakan menggunakan lighning lighning arrester pada seluruh phasa pada interval tertentu , ternyata lebih baik dari pada menggunakan kawat tanah atau dengan menggunakan pengaman hanya pada phasa teratas.
GAMBAR : Trafo dan Arrester.
Arrester dekat trafo dipasang sedekat mungkin ke trafo. Arrester pengaman trafo digardu induk disisi 20 Kv yang ditanahkan tak effektif (netral ditanahkan dengan tahanan).Jarak arrester dengan trafo maksimum 6mm (SPLN 7-1978) jenis arrester yang biasa dipakai
jenis kutub (valve arrester) dan jenis tabung tidak (Expulsion) untuk janis arrester tabung ledak ini perlu diperhatikan hal berikuti ini : Alat ini mempunyai pengaman yang lebih baik, khususnya pada saluran yang mempunyai tingkat gangguan yang rendah. Alat ini khususnya baik digunakan pada saluran dipedesaan (rural) yang dilayani oelh gardu yang kecil.Yang menjadi persoalan dari teknik ini adalah setiap terjadi spark-over terjadi perubahan (erosi) pada tabung sehingga memberikan nilai yang berubah-ubah pada tingkat spark-over.Sesudah 5 atau 6 kali alat ini beroperasi, ketahanan impuls isolasi dari L A ini akan dengan mudah menjadi tinggi dari ketahanan impuls isolasi peralatan yang diamankan.Dengan demikian alat L A ini tidak dapat lagi memberikan pengamanan yang memadai.
Spesifikasi arrester yang dipakai untuk JTM 20 kV adalah 18 kV 5 kA pada sisi 20 kV trafo hubung bintang ditanahkan 24 kV5 kA seri A (pada sisi 20 kV trafo distribusi ,hubungan delta maupun phasa satu dari system delta 24 kV, 10kA untuk jaringan pada sisi 20 kV trafo daya (GI).
9.1.5. Arrester pada Trafo Distribusi.
Terminal pentanahan arrester diinterkoneksikan dengan terminal pentanahan tanki trafo dan terminal pentanahan netral trafo (netral ditanahkan langsung).Jika ditanahkan bersama maka arus surya yang mengalir ke tanah melalui suatu impedansi (z) menyebabkan drop tegangan pada impedansi tersebut sehingga tegangan tinggi pada kumparan primer trafo. Karena kumparan sekunder dan tanki mempunyai beda potensial terhadap tanah.maka timbul beda potensial diantara kedua kumparan dan diantara kumparan primer dan tanki lihat gambar 7.8 Jika ditanahkan bersama maka akan menurunkan drop tegangan pada impedansi tersebut diatas yaitu menghilangkan beda potensial yang dihasilkan oleh drop tegangan pada impedansi tersebut diatas yaitu menghilangkan beda potensial yang dihasilkan oleh drop tegangan pada impedansi tanah lihat gambar 7.9.
Jika terinterkoneksi (solid) antara tanki dan titik pentanahan bersama tidak diizinkan dapat digunakan celah antara titik pentanahan dan netral kumparan sekunder.Lihat gambar 7.10.Hal ini menyebabkan arus surya dilewatkan melalaui beberapa impedansi pentanahan pararel dan behaya terhadap kerusakan isolasi diminimalkan, walaupun dalam kondisi arus surya besar dan impedansi pentanahan tinggi.
Arrester dipasang pada tiap kawat / penghantar baik trafo 3 phasa maupun satu phasa untuk system Y , ditanahkan lihat gambar 7.11.Untuk system ∆ (segitiga) arrester pada jaringan tak ditanahkan. Tegangan pada arrester adalah tegangan phasa-phasa ; jika salah satu penghantar mengalami gangguan phasa tanah dan arrester pada tiap kawat diisi primer seperti ditunjukkan pada gambar 7.12.
GAMBAR :Pengamanan dengan arrester tanpa interkoneksi terminal pentanahan.
GAMBAR : Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi terminal pentanahan (solid).
GAMBAR : Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi pentanahan lewat celah (gap).
GAMBAR : Hubungan arrester pada system bintang ditanahkan.
GAMBAR : Pemakaian arrester pada sysem segi-tiga (delta).
9.1.6. Arrester Pada Rekloser (PBO)
Arrester dipasang sedekat mungkin ke PBO di kedua sisi (sisi sumber dan beban ) pada tiap penghantar phasa dan pertimbangan lain seperti pada trafo.Jika dari segi ekonomis arrester dipasang hanya pada satu sisi.maka arrester sebaiknya dipasang pada sisi sumber PBO.Surya petir pada sisi sumber dapat menyebabkan flash over pada bushing sisi sumber dan mengakibatkan gangguan fasa tanah yang mana harus diamankan oleh PBO cadangan.Suatu arrester pada sisi sumber akan mengamankan surnya disisi nya sendiri mengamankan arus ikutan frekwensi daya (50 Hz).
Jika bushing sisi beban dikenali petir dari sisi beban .PBO berfungsi secara normal untuk menginteruosi dan mengamankan arus ikutan frekwensi daya bila PBO dipakai pada GI arrester mengamankan sisi sumber tiap phasa , karenanya hanya satu arrester per phasa diperlukan pada sisi beban.
9.1.7. Arrester Pada Kapasitor Distribusi
Pemakaian pada kapasitor ini juga memerlukan pertimbangan faktor-faktor yang sama seperti jarak sedikit mungkin bangku kapasitor dan interkoneksi pentanahan seperti pada trafo.Arrester surya direkomendasikan untuk semua instalasi kapasitor berikut yaitu bangku kapasitor hubungan delta, bangku bintang netral ditanhakan bercelah, bangku kapasitor hubungan bintang netral tak ditanahkan dan bangku saklar.arrester juga
direkomendasikan untuk semua hubungan bintang netral ditanahkan secara solid (batang) bangku tiga phasa dengan pengenal 500 KV AR atau lebih kecil. Arrester harus dipasang pada sisi sumber saklar kapasitor dari semua bangku kapasitor yang mempunyai saklar pengatur faktor daya. Lokasi ini umum dan praktis, dan ini diperlukan karena ada kemungkinan timbul tegangan lebih dari pukulan balik saklar.
9.1.8. Arrester Pengaman Lebur (PL).
Arrester dipasang pada sisi primer Pengaman Lebur (PL) agar jika terjadi surja petir, arus surja petir mengalir ke arrester terus ke tanah, tidak melalui PL, sehingga PL tidak lebur / putus.
Gambar : Hubungan arrester yang direkomondasikan untuk sisi beban dibagian primer PL.
9.1.9. Arrester pada SUTM. Penempatan arrester pada jaringan dilaksanakan sebagai berikut : Arrester sedapat mungkin dipasang pada titik percabangan dan pada ujung-ujung saluran yang panjang, baik saluran utama maupun saluran percabangan, jarak arrester yang satu dan yang lain tidak boleh lebh dari 500 meter. Jika terdapat kabel tanah sebagai bagian dari sistem, arrester sebaiknya dipasang pada ujung kabel. Arrester yang dipasang pada tiap kawat fasa.
9.1.10. Arrester SKTM. Saluran kabel bawah tanah tahan terhadap gangguan petir jika saluran kabel bawah tanah mulai dari generator sampai pelanggan. Akan tetapi jika SKTM digabung dengan SUTM, maka petir dapat masuk ke SKTM melalui SUTM tiang naik. Jadi arrester harus dipasang pada tiang naik dan di tiap kawat fasa.
Gambar 14 : Tegangan pada SKTM akibat sambaran petir pada SUTM
9.2 KEGAGALAN PENGAMANAN DAN SEBAB-SEBABNYA. Pengaman tegangan lebih yang terbaik adalah arrester jika pengaman terpasang tapi alat yang diamankan juga mengalami kerusakan saat terkena sambaran petir baik langsung maupun tidak langsung disebabkan oleh kekurangan, antara lain : a. Arrester. 1. Sambungan kawat arrester pada terminal arrester tidak baik (tidak
cukup
kencang). 2. Sambungan kawat arrester pada kawat fasa jaringan tidak baik ( tidak cukup kencang ) 3. Sambungan kawat arrester ke terminal tanah arrester tidak baik (tidak cukup kencang) 4. Sambungan kawat pentanahan arrester yang satu dengan kawat pentanahan arrester lain tidak baik ( tidak cukup kencang).
5. Sambungan kawat pentanahan arrester dengan kawat batang / batang pentanahan tidak baik ( tidak cukup kencang ). 6. Tahanan pentanahan arrester lebih besar dari 1 ohm. 7. Jarak arrester terlalu jauh dari trafo. 8. Jarak panjang arrester pada tiang yang satu dengan arrester pada tiang yang lain terlalu jauh. 9. Arrester tidak bekerja optimal, yaitu walaupun tidak ada petir menyambar langsung maupun tidak langsung, langsung arrester bekerja. Atau jika ada sambaran dan arrester bekerja tapi alat yang diamankan juga rusak, ini disebabkan oleh jarak celah arrester tidak sesuai atau arrester sudah rusak, karena itu perlu diganti dengan yang baik/baru. Jika arrester meledak karena terkena sambaran langsung atau tidak langsung baik pada JTM maupun pada arrester maka berarti arrester tidak dapat bekerja, tidak dapat merubah dirinya menjadi penghantar lagi jadi arrester harus diganti.
b. Bila turun (trafo, isolator, bushing) Rodgap/Sparkgap. 1. Posisi dan jarak antara rod gap pada terminal sekunder trafo GI maupun pada terminal primer trafo distribusi perlu dikembangkan ke posisi dan jarak semula yang benar. 2. Rod gap perlu dibersihkan dari akumulasi kotoran/polusi bushing : tua, kotor, retak rambut dan lain-lain. Isolator. Kotor, jadi perlu dibersihkan dari akumulasi kotoran / polusi. Retak/pecah, perlu diganti. Trafo : Trafo sudah tua/isolasi kumparan menurun tahanan isolasinya. Minyak trafo kotor, banyak mengandung bahan konduktif, endapan karbon dan uap/air.
Kawat tanah : –
Jarak kawat tanah dari kawat fasa kurang dari standar ( sudut perlindungan maksimum 45o ).
–
Kawat tanah mengendor.
–
Terjadi perubahan konstruksi JTM karena gangguan alam, tiang miring, dll.
–
Pentanahan kawat tanah tidak sempurna ( lebih besar dari 1 ohm ) misalnya sambungan pada konnektor longgar, elektroda bumi berkarat, perubahan kondisi tanah, dll.
b. Perencanaan
salah
yaitu
penempatan pengaman,
jenis/ukuran pengaman,
koordinasi isolasi salah pemilihan dan survey tahanan tanah tidak akurat. c. Pemeliharaan tidak baik pada jaringan, trafo, penghantar maupun pada alat pengaman.
1. Pemilihan Arrester
Untuk penyederhanaan dalam pemilihan arrester ditentukan langkahlangkah sebagai berikut : 1)
Penentuan besarnya tegangan lebih satu phasa ke tanah
atau tegangan lebih akibat kerja sistem yang tidak normal pada lokasi dimana arrester dipasang. Tegangan lebih ini akibat gangguan satu phasa ke tanah dapat
menyebabkan
kenaikan tegangan
phasa
sehat
lainnya. Besarnya
tegangan ini tergantung dari karakteristik sistem dan jenis pentanahan sistem pada waktu gangguan terjadi. 2)
Perkiraan besarnya tegangan pengenal arrester pada
frekuensi jala-jala . Jika tegangan tinggi sistem dan koefisien pentanahan
sudah diketahui maka tegangan pengenal dari arrester sudah dapat dihitung secara kasar. Tegangan pengenal tidak boleh lebih rendah dari perkalian kedua harga diatas. Misal: Tegangan sistem 20 kV ditanahkan efektif maka tegangan pengenal (110 % x 20 kV) x 0,8 = 17.6 kV. Tegangan pengenal standar untuk sistem 20 kV adalah 17,6 kV. Tegangan kerja arrester : UA = Tegangan rms phasa ke phasa x 1.10 x koefisien pentanahan UA = 20 x 1.10 x 0.8 = 17.6 utk system yg ditanahkan langsung UA = 20 x 1.10 x 1 = 22.2 kV utk system yg ditanahkan tidak langsung 3)
Memilih besarnya arus impuls yang diperkirakan akan
dilepas melalui arrester. Untuk penangkap petir yang dipasang digardu berlaku : tegangan system 20 kV, maka In = 10 kA, kelas normal duty 4)
Tegangan Pelepasan (Tegangan Kerja/Sisa Arrester)
Ini
adalah
karakteristik
yang
paling
penting
dari
arrester
untuk
perlindungan di Peralatan. Tegangan kerja penangkap petir ada dibawah T.I.D peralatan
yang dilindungi,
perlindungan peralatan tergantung pada
maka dengan faktor keamanan
yang optimum
dapat
yang cukup
diperoleh. Tegangan
kerja
arus pelepasan arrester dan kecuraman gelombang datang.
Tegangan kerja arrester akan naik dengan naiknya arus pelepasan tetapi kenaikan ini sangat dibatasi oleh tahanan tak linear dari arrester. Menurut standard Inggris (B.S) : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.6 x 20 = 32 kV Menurut standard IEC : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.5 x 20 = 30 kV (masih lebih kecil dari existing LA 40 kV – Cooper) 5)
Faktor perlindungan
Faktor perlindungan adalah besar perbedaan tegangan antara T.I.D dari peralatan yang dilindungi dengan tegangan kerja dari arrester. Pada waktu menentukan tingkat perlindungan peralatan yang dilindungi oleh
penangkap
petir umumnya diambil harga 10 % diatas tegangan kerja arrester tujuannya untuk mengatasi kenaikan tegangan pada kawat penghubung dan toleransi pabrik. Besarnya faktor perlindungan ini umumnya lebih besar atau sama dengan 20 % dari TID peralatan arrester yang dipasang dekat dengan peralatan yang dilindungi. Contoh:
Tegangan kerja arrester untuk sistem 220 kV adalah 649 kV perlindungan ini ditambah 10 % untuk kawat penghubung, toleransi pabrik dan lain-lain sehingga tingkat perlindungan arrester menjadi 713 kV, pilih TID peralatan sebesar 950 kV. Faktor perlindungan = (950 – 713 ) kV = 237 kV. Faktor perlindungan ini lebih besar dari 20% dari TID peralatan, sehingga arrester ini sudah memberi faktor perlindungan yang baik. 6) Jarak Lindung Arrester
Jarak lindung dari arrester ke peralatan yang dilindungi (dalam hal ini adalah transformator) adalah : ............................................................................(3.6) L
U t =
2
−
U a
du dt
V
dimana
L
= Jarak antara arrester dengan peralatan yang dilindungi (m) = Tegangan ketahanan terhadap gelombang impuls dari peralatan
U t
yang dilindungi (kV) U a
=
tegangan kerja arrester (kV)
du/dt = Kecuraman dari gelombang yang datang (kV/μs) nilai berkisar antara 1000 kV/μs - 2000 kV/μs. V
=
kecepatan propagasi geombang tegangan lebih ; 300 m/ μs untuk saluran udara, 150 m/ μs untuk kabel.
(7) Lokasi Pemasangan Arrester
Umumnya alat-alat pelindungan harus diletakkan sedekat mungkin dengan peralatan yang akan dilindungi, terutama pada ujung transmisi dimana terdapat gardu atau trafo. Karena biaya yang mahal maka tidak mungkin memasang arrester pada setiap peralatan di gardu untuk melindungi peralatan tersebut.
Hal ini tidak
perlu dilakukan karena ada faktor perlindungan dari alat pelindungan dari arrester, oleh karena itu hanya peralatan yang penting saja yang dilengkapi dengan arrester. Transformator merupakan peralatan yang paling mahal dan yang paling penting pada sebuah gardu. Jika trafo rusak maka perbaikan / pergantiannya akan mahal, membutuhkan waktu yang lama, dan juga kerugian akibat terputusnya daya cukup besar. Selain itu trafo adalah ujung terminal dari suatu transmisi, tempat paling sering terjadi pemantulan gelombang. Pada sistem diatas 220 kV TID dari transformator
dapat
diperendah pada batas-batas
yang diizinkan
untuk
memperkecil biaya isolasi. Karena alasan-alasan tersebut diatas maka arrester pada peralatan umumnya dipasang pada terminal trafo daya. Arrester berfungsi sebagai by-pass di sekitar lokasi yang membentuk jalan dengan mudah dilalui oleh tegangan lebih ke sistim pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang tidak merusak peralatan isolasi listrik. Bypass ini sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran frequensi 50 Hz. Pada keadaan normal arrester berlaku sebagai isolator, bila timbul gangguan surja, alat ini berfungsi sebagai konduktor yang tahanannya relative rendah agar dapat mengalirkan arus yang tinggi ke tanah. Setelah surja hilang, arrester dengan cepat kembali menjadi isolasi.
Jenis-jenis Arester [F.H.Kreuger,1992] a. Open Spark Gaps arrester b. An Improvement arrester dihasilkan dari SiC. Untuk tegangan Sistem 20 kV I. Pemilihan arrester 3. Tegangan percikan frekuensi jala-jala Menurut standard Inggris (B.S) : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.6 x 20 = 32 kV Menurut standard IEC : Tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum = 1.5 x 20 = 30 kV (masih lebih kecil dari existing LA 40 kV – Cooper) 4. Tegangan kerja impuls arrester lihat table 3 Maximum Impulse Sparkover Test Voltage untuk kelas 5 kA, U LA = 80 kV (existing LA 39 kV, lebih baik) 5. Tegangan sisa arrester Lihat table 4 Maximum Residula Voltage utk kelas 5 kA, UR = 64 kV 6. Arus pelepasan maksimum arrester Lihat table point III.6, utk kelas 5 kA : Imax = 65 kA
II.
Jarak lindung arrester
BIL trafo < 500 kV _ UT = 110 kV di/dt = 30 kA/ms (local) G = 300 ohm (rata-rata) maka : L = (UT – ULA).V/(2.dU/dt) = L = (110 - 80).300/(2.300.30) = 0.5 m JARAK LINDUNG ARRESTER
