Pengertian Arrester

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2. 1.

Umum

Lightning Lightning Arrester Arrester merupakan merupakan alat alat proteksi proteksi peralatan peralatan listrik listrik terhadap terhadap tegangan lebih yang disebabkan oleh petir atau surja hubung (switching surge). Alat ini bersifat sebagai by-pass di sekitar isolasi yang membentuk jalan yang mudah dilalui oleh arus kilat ke sistem pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang tinggi dan tidak merusak isolasi peralatan listrik. By-pass ini harus sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu mengganggu aliran daya sistem frekuensi 50 Hz. Pada keadaan normal, arrester berlaku sebagai isolator dan bila bila timbul tegang tegangan an surja, surja, alat ini bersifa bersifatt sebagai sebagai konduktor konduktor yang yang tahanannya tahanannya relative rendah, sehingga dapat mengalirkan arus yang tinggi ke tanah. Setelah surja hilang, arrester harus dapat dengan cepat kembali menjadi isolasi. Pada pasarnya pasarnya arrester terdiri dari 3 unsur [2]: 1.

Elektroda Elektroda ini adalah terminal dari arrester yang dihubungkan dengan

bagian yang bertegangan dibagian atas dan elektroda bawah dihubungkan ke tanah. 2.

(spark gap) Sela percik (spark

Apabila terjadi tegangan lebih oleh sambaran petir atau surja hubung pada arrester yang terpasang, maka pada sela percikan (spark-gap) akan terjadi loncatan

Universitas Sumatera Utara

busur api. Pada beberapa type arrester, busur api yang terjadi tersebut ditiup keluar oleh tekanan gas yang ditimbulkan oleh tabung fiber yang terbakar. 3.

Tahanan ka katup (valve resistor)

Tahanan yang dipergunakan dalam arrester ini adalah suatu jenis material yang sifat tahanannya dapat berubah bila mendapatkan perubahan tegangan seperti terlihat pada Gambar 2.1.

Gambar Gambar 2.1. Karakteriktik Karakteriktik Tahanan Katup Katup [2]

Keterangan : A

= Tahanan linear

B

= Tahanan non linear

Vr

= Residual voltage

Is

= Discharge current


Ada dua jenis arrester yakni arrester ekspulsi dan arrester katup [3]. Sebagai pengaman pengaman tegangan lebih pada jaringan jaringan distribusi, arrester harus memiliki karakteristik berikut [4]: 1.

Arres Arrester ter tida tidak k boleh boleh beke bekerja rja pada pada keadaa keadaan n norma normall

2.

Arrester Arrester harus harus bekerja bekerja saat tega tegangan ngan puncak puncak surja surja lebih lebih tinggi tinggi dari dari teganga tegangan n yang mampu dipikul arrester.

3.

Arrester Arrester harus harus mampu mampu mengalirka mengalirkan n dan dan melawatka melawatkan n arus arus surja ke tanah tanah tanpa merusak arrester itu sendiri.

4.

Setelah Setelah ganggua gangguan n dinetralisi dinetralisir, r, arus arus susulan susulan akibat akibat arus arus sistem sistem harus harus segera segera dipadamkan.

2.1. 2.1.1. 1. Arre Arreste sterr Ek Ekspu spulsi lsi (Expulsion Type)

Konstruksi arrester arrester jenis ekspulsi diperlihatkan diperlihatkan pada Gambar Gambar 2.2. Arrester jenis ekspulsi mempunyai sela luar dan sela dalam yang ditempatkan di dalam tabung serat, dimana keduanya terhubung seri.


Konduktor transmisi Sela luar

Tabung serat Sela dalam

Elektroda Saluran pembuangan gas

Gambar Gambar 2.2. Konstruksi Konstruksi Arrester Ekspulsi Ekspulsi [3]

Pemakaian arrester ini terbatas pada sistem bertegangan sampai 33 kV. Arrester ini dapat digunakan untuk melindungi transformator distribusi bertegangan 3 – 15 kV, tetapi belum memadai untuk melindungi trafo daya. Keuntungan arrester ekspulsi sebagai berikut: 1.

Harganya Harganya tidak begitu begitu mahal mahal karena karena konstr konstruksi uksinya nya yang yang seder sederhana hana..

2.

Kinerjany Kinerjanyaa lebih lebih baik daripada daripada jenis sela batang batang karena karena dapat dapat memadamka memadamkan n arus susulan sendiri.

3.

v – t t arrester Karakter teristik tik v arrester ini lebih baik dari dari sela batang.

4.

Pema Pemasa sang ngan anny nyaa muda mudah h


Kerugian arrester ekspulsi sebagai berikut: 1.

Arrester Arrester harus harus diganti diganti setela setelah h beberap beberapaa kali kali bekerja bekerja karen karenaa gas yang dikeluarkan setiap bekerja akan mengakibatkan sebagian material tabung terkelupas.

2.

Arrester Arrester ini tidak tidak dapat dapat ditemp ditempatka atkan n berdampin berdampingan gan denga dengan n peralatan peralatan yang yang akan dilindungi karena terdapat gas buangan ketika bekerja.

2.1. 2.1.2. 2. Arre Arrest ster er Kat Katup up

Arrester katup terdiri dari arrester sela pasif, arrester sela aktif dan arrester tanpa sela percik atau yang dikenal dengan arrester metal oksida. Kostruksi arrester katup diperlihatkan pada Gambar 2.3.

Gambar Gambar 2.3. Konstruksi Konstruksi Arrester Arrester Katup [3]


2.1.2.1. Arrester Katup Sela Pasif

Arrester katup sela pasif terdiri dari sela percik, resistor tak – tak – linear, dan isolator tabung. Sela percik dan resistor tak – tak – linear di tempatkan dalam tabung isolasi yang tertutup, sehingga kerja arrester ini tidak dipengaruhi oleh keadaan udara sekitar. Resistor tak – tak – linear terbuat dari beberapa piring silikon karbida (silicon carbide) yang terhubung seri. Nilai resistansi resistor pada arrester ini sangat

besar ketika melewatkan arus lemah, namun nilai resistansinya akan sangat rendah ketika dilewati dilewati arus kuat. Karakteristik arus arus dan tegangan tegangan resistor resistor tak – tak – linear dinyatakan oleh Persamaan 2.1.

=

……………………………………….……....(2.1)

Dimana Dimana nilai α untuk untuk silikon silikon berkisar berkisar antara antara 2 – 6, sedangkan nilai K bergantung pada ukuran dan bentuk geometris piring pir ing silikon karbida.

2.1.2.2. Arrester Katup Sela Aktif

Konstruksi arrester katup sela aktif hampir sama dengan arrester katup sela pasif. Arrester katup sela aktif terdiri dari sela utama, kumparan, sela bantu dan resistor tak – linear yang dimasukkan dalam tabung isolasi porselen. Saat tegangan impuls tiba di terminal arrester arrester katup sela aktif aktif yang membuat sela sela utama terpercik, maka sela utama, kumparan dan resistor tak – linear akan mengalirkan arus petir ke tanah. Frekuensi tegangan impuls yang tinggi akan membuat impedansi kumparan menjadi besar dan tegangan pada terminal kumparan tinggi, sehingga membuat adanya beda tegangan yang tinggi pada


terminal kumparan yang akan mengakibatkan sela bantu tembus dan dialiri arus petir. Setelah arus petir menjadi nol, maka arus susulan berfrekuensi daya akan mengalir pada kumparan disebabkan impedansi kumparan yang berubah menjadi sangat rendah pada frekuensi daya. Akibatnya busur api pada sela bantu tidak stabil dan akhirnya padam. Arus yang mengalir pada kumparan akan membangkitkan membangkitkan medan magnet magnet yang akan akan menerpa busur busur api pada sela utama, utama, membuat lintasan busur api semakin panjang dan suhunya berkurang. Sehingga saat arus susulan bernilai nol, busur api pada sela utama padam. Pemadaman busur api inilah yang membedakan antara arrester katup sela aktif dengan arrester katup sela pasif. Dalam aplikasi arrester katup sela aktif pada jaringan bertegangan tinggi selalu ditambah ditambahkan kan satu atau lebih lebih set ‘sela utama – kumparan – kumparan – – sela bantu’ atau – linear sebagai pengganti sela bantu. dengan menggunakan menggunakan resistor tak – linear

2.1.2.3. Arrester Metal Oksida(MOA)

Arrester atau yang juga sering dikatakan sebagai penangkal petir adalah alat pelindung peralatan sistem tenaga listrik terhadap surja petir yang sifatnya sebagai by-pass di sekitar isolasi yang membentuk jalan yang mudah dilalui oleh arus kilat ke sistem pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang tinggi dan tidak merusak isolasi peralatan listrik. Arrester metal oksida merupakan arrester yang banyak digunakan sejak 1976 hingga saat ini [5]. Arrester ini tidak memiliki sela percik (gap udara




Adalah besar puncak tegangan impuls yang terjadi diantara kedua terminal arrester ketika arrester tersebut menyalurkan arus impuls. Jenis arus impuls dalam menentukan tegangan sisa adalah: a.

– buka : (30-100) Aru Arus imp impuls uls hubu hubun ng – buka (30-100) / (60-200) (60-200) µs, i ≤ 2 kA

b.

Arus impuls petir

: 8/20 µ s, i ≤ 40 kA

c.

Arus impuls tinggi

: 4/10 µ s, i ≤ 100 kA, umumnya pada arrester 65 dan 100 kA

Tegangan ini harus di bawah tegangan ketahanan terhadap tegangan impuls. 4.

Aru Arus pelua luahan maks maksim imum um Adalah nilai puncak tertinggi dari arus impuls 5/10 μs yang dapat dialirkan arrester tanpa merusak arrester. Dewasa ini, arus peluahan maksimum arrester dirancang 100 kA untuk gardu dan 65 kA untuk arrester jenis saluran.

5.

Arus nominal Adalah Adalah besar besar puncak puncak arus impuls impuls 8/20 µs menurut menurut standa standar, r, dan digunakan digunakan untuk mengklasifikasikan arrester. Puncak arus nominal umumnya adalah: ≤

a.

2,5 kA, kA, digu diguna nakan kan untu untuk k sistem sistem bert bertega eganga ngan n nomina nominall

b.

5 kA, digu diguna nakan kan untu untuk k sistem sistem bert bertega eganga ngan n penge pengenal nal

c.

10 kA, kA, digu digunak nakan an untu untuk k sistem sistem bert berteg egang angan an nomi nominal nal 3 – 3 – 360 360 kV, dan

d.

20 kA, diguna digunakan kan untuk untuk sistem sistem berte bertega ganga ngan n nomi nomina nall diata diatass 360 360 kV

≤

36 kV

132 kV

hingga 756 kV.

6.

Tega Tegang ngan an perc percik ik fre freku kuen ensi si day dayaa


Adalah besar tegangan tegangan efektif efektif frekuensi frekuensi daya yang membuat

terjadinya

percikan di sela arester. Tegangan percik frekuensi daya harus cukup tinggi agar sela arester tidak terpercik jika terjadi hubung singkat satu fasa ke tanah maupun pada saat terjadi operasi hubung-buka. Biasanya tegangan percik frekuensi daya ditetapkan ≥ 1,5 kali tegangan pengenal arrester. 7.

Tegang Tegangan an percik percik impuls impuls petir petir maksi maksimum mum Adalah puncak tegangan maksimum impuls 1,2/50 μs, yang membuat sela arrester pasti terpercik atau bekerja. Misalnya ada suatu arrester tegangan percik impuls maksimum 65 kV – 1,2/50 μs, sebanyak 5 kali, maka sela arrester akan terpercik 5 kali.

8.

Freku rekueensi nsi peng pengeenal nal Sama dengan frekuensi sistem dimana arrester dipasang.

2.2. 2.2.

Meka Mekani nism smee Sam Samb baran aran Petir etir [6] [6]


Petir adalah mekanisme pelepasan muatan listrik di udara yang dapat terjadi di dalam awan, antara awan, awan dengan udara, dan antara awan dengan tanah. Antara awan dengan permukaan bumi dapat dianalogikan seperti dua keping lempeng bermuatan, dimana lempeng pertama adalah awan dan lempeng kedua adalah bumi. Terjadinya muatan pada awan diakibatkan adanya pergerakan awan secara teratur dan terus menerus yang membuat awan terpolarisasi sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi, sedangkan muatan positif berkumpul pada sisi yang lainnya. Muatan listrik pada awan ini akan menimbulkan beda potensial antara awan dengan bumi yang akan menimbulkan medan listrik antara awan dan bumi. Jika medan listrik antara awan dengan dengan bumi lebih besar besar daripada daripada kekuatan kekuatan dielektrik udara yang mengantarai awan dengan bumi, maka akan terjadi pelepasan muatan pertama yakni pilot leader . Pada ujung pilot leader akan terjadi proses ionisasi sehingga terjadi pelepasan kedua yang disebut downward leader . Pada ujung downward leader terjadi lagi pelepasan muatan hingga semakin mendekati bumi yang disebut leader . Saat leader semakin mendekati bumi, terjadi medan listrik yang sangat tinggi antara ujung leader dengan bumi, yang membuat terjadi penumpukan muatan di ujung suatu objek yang berada dipermukaan bumi. Sehingga muatan yang berasal dari bumi bergerak menuju ujung leader . Titik pertemuan antara kedua aliran yang berbeda muatan ini disebut titik pukul (striking point) yang diperlihatkan pada Gambar 2.6.c. Sesaat setelah pertemuan kedua aliran berbeda muatan tersebut terjadi perpindahan muatan dari permukaan tanah keawan melalui



Sambaran langsung adalah kilat yang menyambar langsung pada kawat fasa ( untuk saluran tanpa kawat tanah) atau pada kawat tanah (untuk saluran dengan kawat tanah). Pada saluran udara tegangan menengah diasumsikan bahwa pada saluran dengan kawat tanah tidak ada kegagalan perisaian. Hal ini dikarena dikarenakan kan tinggi tinggi kawat kawat diatas diatas tanah tanah relative relative rendah rendah ( 10 - 13 meter meter ) dan juga karena dengan sudut perisaian yang biasanya lebih kecil dari 60 ˚ sudah dapat dianggap semua sambaran kilat mengenai kawat tanah, jadi tidak ada kegagalan perisaian. Untuk itu dalam tugas akhir ini akan dibahas tentang gangguan sambaran langsung pada saluran udara tegangan menengah tanpa kawat tanah. Saat kilat menyambar kawat tanah atau kawat fasa maka akan timbul arus besar dan sepasang gelombang berjalan yang merambat ke kawat. Arus yang besar ini dapat membahayakan peralatan – peralatan yang ada pada saluran. Besarnya arus atau tegangan akibat sambaran ini tergantung pada besarnya arus kilat, waktu muka dan jenis tiang saluran. Karena saluran tegangan menengah tidak begitu tinggi diatas tanah, maka jumlah sambaran langsungpun relative rendah. Makin tinggi tegangan sistem makin tinggi tiangnya, dan makin besar pula jumlah sambaran ke saluran itu.

2.2. 2.2.2. 2. Be Bent ntuk uk Ge Gelom lomba bang ng

Bentuk gelombang tidak selalu sama. Hal ini dikarenakan pengaruh besarnya arus, kecuraman (kenaikan arus), serta lama waktu kejadian. Karena – tiap Negara adanya perbedaan perbedaan setiap setiap petir ini, maka bentuk standar standar petir ditiap – tiap atau lembaga berbeda – beda, seperti Jepang yang standarnya JIS, Jerman VDE,




Dimana : α

= Sudut perisaian untuk gangguan sambaran sambaran langsung jaringan distribusi (≤ 60˚)

w

= Panjang isolator (cm)

Xs

= Dae Daera rah h yang yang tid tidak ak ter terli lind ndun ungi gi ole oleh h peri perisa saia ian n (m) (m)

Sehingga berdasarkan Gambar 2.8, maka:

=

+

…………………………………………...(2.6)

Maka besar besar probabilitas petir menyambar menyambar kawat fasa adalah [1]:

=

…………………………………………...(2.7)

2.2.4. Teori Perhitungan Perhitungan Probabilitas Probabilitas Kegagalan Kegagalan dan dan Usia Usia Arester Arester

Tidak selamanya arester bekerja sebagaimana mestinya saat ada arus surja petir ataupun ataupun arus surja hubung. hubung. Kegagalan Kegagalan arester beroperasi beroperasi bukan bukan hanya hanya membuat peralatan peralatan terganggu namun juga rusak, rusak, dan hal ini juga mempengaruhi kinerja dan ketahanan arester. Berdasarkan kondisi ini maka probabilitas kegagalan kinerja arester dapat dihitung dengan menggunakan persamaan – persamaan berikut. Dimana selain besar arus petir yang menyambar, durasi sambaran petir merupakan salah satu parameter terpenting t erpenting yang harus diketahui. Faktor yang cukup penting diketahui dalam penggunaan arrester adalah tegangan frekuensi daya tertinggi yang mungkin dipikul arrester. Tegangan ini merupakan tegangan yang mempertahankan arus frekuensi daya (50 Hz) yang durasinya akan selalu lebih lama dari pada durasi pada arus petir. Besar arus frekuensi daya ini sendiri ditentukan oleh besarnya arus petir yang datang.


Semakin besar arus petir maka arus frekuensi daya memiliki kemungkinan untuk bernilai besar juga. Jika arus frekuensi daya ini besar dan berlangsung cukup lama maka hal inilah yang memungkinkan arrester gagal bekerja dengan sebagaimana mestinya. Dalam tugas akhir ini tidak secara keseluruhan lamanya durasi sambaran digu diguna naka kan, n, mel melai aink nkan an wak waktu tu-e -eko korr

yang ang dija dijadi dika kan n vari variab abel el beb bebas asla lah h yang ang

diteliti. Distribusi waktu-ekor ini dipengaruhi oleh probabilitas distribusi arus puncak, puncak, yakni yakni [9]: (

=

⁄Ī)

…………………………(2.8)) …………………………(2.8

√

Dimana terdapat ketentuan yakni [10]: Untuk dan

< 20 > 20

, Ī = 61.1

= 1.33

, Ī = 33.3

= 0.605

Dengan Dengan adanya adanya Persamaa Persamaan n 2.8 tersebut, tersebut, maka probabi probabilitas litas waktu-e waktu-ekor kor dapat diperoleh dari persamaan persamaan [9,11]: g(

Dima Dimana na

) = −

=

.

………………...(2.9) ………………...(2.9)

meru merupa paka kan n kon konst stan anta ta berd berdas asar arka kan n obs obser erva vasi si [11] [11] yang ang

besa besarny rnyaa 0.8 0.85 5 dan dan nila nilaii

dapa dapatt dia diamb mbil il dari dari Tab Tabel el 2.1 2.1 [12 [12]. ].

Tabel 2.1. Konstanta Distribusi Frekuensi Kumulatif Gelombang Arus Petir

Parameter

Nilai 50%

Nilai 16%

Arus Puncak (kA)

24

51

Time-to-half (µ s)

89

631


Berdasarkan persamaan – pers persam amaa aan n yang ang ada, ada, maka maka prob probab abil ilit itas as kegagalan arrester bekerja oleh sambaran ke fasa dapat dinyatakan dengan persamaa persamaan n berikut [9,11]: [9,11]:

=∫ Dimana

∞

∫

∞

( )

……...…..(2.10) ……...…..(2.10)

:

: Probabilitas kegagalan arrester : Fungsi probabilitas kerapatan arus puncak

( ) : Fungsi probabilitas kerapatan nilai time-to-half dari gelombang arus : Arus petir yang diperlukan untuk menyebabkan menyebabkan kegagalan untuk nilai T50 (Untuk nilai Time-to-half diperlihatkan oleh oleh Tabel2.1). Tabel2.1). : Waktu-ekor maksimum yang yang digunakan digunakan dalam dalam simulasi (µs) (µ s) : Besar probabilitas probabilitas petir menyambar menyambar kawat kawat fasa

Jika jaringan distribusi tersebut menggunakan kawat tanah, maka kemungkinan kemungkinan besar objek yang akan disambar disambar oleh petir adalah adalah kawat tanah tanah tersebut. Namun tidak menutup kemungkinan arrester akan gagal bekerja. Kegagalan yang lebih dari 1 kali atau dapat dikatakan berkali – kali, – kali, akan mempengaruhi performa arrester yang lambat laun akan membuat usia arrester sema semaki kin n pend pendek ek.. Usia Usia rata rata – rata arrester arrester yang yang dipengaruhi dipengaruhi oleh kegagalan kegagalannya nya dalam bekerja bekerja dinyatakan oleh oleh persamaan berikut [9,11] :

=

∙ ∙

…………………………………...(2.11) …………………………………... (2.11)


Dimana : = Usia arrester rata-rata (tahun) = Jumlah sambaran petir ke saluran (berdasarkan standar IEEE) (banyak/100km. tahun) = Jarak antara arrester (km) = Probabilitas kegagalan arrester akibat petir (%)

BAB III


Pengertian Arrester

Recommend Documents