PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR DARI DARI GANGGUA GANGGUAN N PETIR DENGAN MENGGUNAKAN ARRESTER PADA TEGANGAN MENENGAH 1. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG MASALAH Kemajuan teknologi pengunaa n tenaga listrik listrik saat ini sudah semakin maju maju bukan hanya untuk penggunaan penerangan saja saja dan keperluan keperluan industri , tetapi sudah sampai pada kebutuhan rumah tangga yang sekecil- kecilnya . Oleh karena itu suatu system system tenaga listrik sangat diharapkan diharapkan untuk dapat
menyalurkan daya secara terus-menerus terus-menerus
( online) kepada konsumen . Dalam
proses
penyaluran tenaga listrik tersebut sering terjadi terjadi gangguan internal dan eksternal , itu terjadi karena jarak antara sumber listrik dan dan distribusi yang yang sangat jauh maka maka sumber harus dihubungkan oleh system transmisi transmisi energy listrik
yang disertai dengan system proteksi yang terdiri dari berbagai
komponen yang berfungsi sesuai dengan fungsinya. fungsinya. Faktor yang yang harus diperhatikan adalah system transmisi dan distribusi , tegangan 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 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 deng an saluran udara 20 KV dengan kawat telanjang (over head open wire ) dan penempatannya yang ditempat ditempat terbuka sehingga pada trafo trafo dapat terjadi
gangguan tegangan lebih akibat sambaran sambaran petir secara langsung atau
sambaran petir tidak langsung ( induksi) . sambaran petir akan menimbulkan tegangan lebih yang tinggi melebihi melebihi kemampuan isolasi trafo hingga menyebabkan kerusakkan isolasi yang fatal . Untuk Untuk mencegah terjaadinya hal tersebut maka setiap 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
kelestarian dari pengadaan tenaga listrik
. Dimana penyaluran beban
yang dimaksud adalah
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
menimbulkan kenaikan
tegangan
merupakan merupakan suntikkan muatan muatan listrik . Suntikan muatan ini pada jaringan , sehingga dijaringan terjadi tegangan
berbentuk gelombang impuls dan merambat ke ujung-ujung ujung-ujung jaringan
lebih
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 adan ya kemungkinan , penyimpang an 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. P etir 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 (PER SER O) R ANTING TEBUNG TINGGI CA BANG PEMATANG
SIANTAR
Waktu
:05 januari s/d 05 febuari 2010
Sumber
:DATA HASIL PKLI DAR I 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 adan ya 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 ³step 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 rupasehingga 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 t erus ±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
(valve element ) , elemen katup mempunyai sifat
khusus
yaitu
merupakan
yaitu sela seri dan sela seri elemen katup
sebuah tahanan
tahanan berubah
dengan
yang tidak linear , tahanan ini 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) tahanann ya 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 R endah (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 (JT M) 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 salura n yang akan mensuplay ke Gardu Tiang Trafo(GTT), unit peralatan yang termasuk sisi pri mer, sbb: y y y y
Saluran sambungan (jamper) dari SUT M ke unit trafo ( Primer Trafo) Cut Out (CO) Ligthning Arrester (LA) Saluran masukan
1. Saluran Sambungan dari SUT M ke Unit Trafo Besar
arus sambungan SUT M 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: y
y
y
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: SUTM terkena surja petir dan merambat pada saluran masukan GTT. o Pada saat ada gangguan hubung singkat pada saluran ke trafo atau pada unit o trafonya. Saluran pengahantar dari SUT M ke CO memakai kabel jenis N YAF. o
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 SUT M terhadap gangguan tegangan lebih surja petir, system pemasangan LA, sbb: y
LA dipasang antara SUTM dan CO
Apabila SUTM terkena gangguan surja petir, maka arus gangguan akan diamankan LA dan selanjutnya disalurkan ketanah.
y
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: y
y
y
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; Satu sakelar masuk sirkit masuk o Satu proteksi arus pada sirkit keluar atau kombinasi proteksi dan sakelar o (MCB atau MCCB). Arus minimal sakelar masuk minimal sama besar dengan arus nominal o penghantar masuk atau arus maksimal beban penuh. Besar arus yang mengalir pada rel harus diperhitungkan sesuai kemampuan o o rel, temperature ruang dan kerja tidak boleh melebihi 65 C. Pemasangan rel telanjang harus sedemikian rupa sehingga memenuhi o 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 t erminasi, PHB-TR diisyaratkan sebagai berikut: y y
y y
y
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. K ESIMPULAN 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 .
