PERHITUNGAN OUTAGE RATE

Transkripsi

1 Makala Sminar Tugas Akir PERHITUNGAN OUTAGE RATE AKIBAT SAMBARAN KILAT TIDAK LANGSUNG PADA SALURAN DISTRIBUSI 2 K (STUDI KASUS : FEEDER SRL 4 GI SRONDOL) Fuad Hidaanto - L2F Jurusan Tknik Elktro Fakultas Tknik Univrsitas Dipongoro Abstrak - Saluran distribusi 2 k mrupakan sala satu bagian pnting dalam sistm tnaga listrik. Tgangan lbi induksi akibat sambaran kilat tidak langsung pada saluran distribusi 2 k mnbabkan gangguan baik tmporr maupun prmannt. Gangguan ini mnbabkan turunna kontinuitas plaanan nrgi listrik k konsumn atau dngan kata lain mngurangi tingkat kandalan. Dalam pritungan tgangan induksi dilakukan mnggunakan tori ang dikmukakan Rusck. Pritungan angka kluaran (outag rat) didasarkan pada asumsi bawa bila ada tgangan induksi ang mlbii batas ktaanan impuls isolator ( 5% ) maka pngantar akan trganggu. Dimana smakin kcil angka kluaran mnunjukkan bawa tingkat kandalan nrgi listrik smakin baik. Sbagai studi kasus digunakan fdr utama Srl 4 GI Srondol 2 k saluran tunggal tiga fasa. Dari pritungan diprol bsarna tgangan induksi adala 116 k 181 k dan angka kluaran (outag rat) sbsar 6 gangguan pr taun. Kata kunci : tgangan induksi, mtod rusck, outag rat.. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Blakang Prkmbangan nrgi listrik di Indonsia baik dalam bidang konsumsi maupun dalam bidang produksina smakin mningkat dari taun ktaun. Prkmbangan ang psat ini arusla diikuti dngan prbaikan dalam bidang mutu nrgi listrik ang diasilkan. Dimana nrgi listik ang diasilkan arus brkualitas dan mmiliki kandalan ang tinggi, baik dari sgi tknis maupun konomis. Dari sgi tknis ang mnjadi paramtr kbaikan nrgi listrik aitu tgangan, frkunsi dan kandalan. Tgangan dan frkunsi ang diasilkan ol suatu pmbangkit arus mmpunai bsaran ang trtntu dngan suatu pnimpangan ang diijinkan. Kandalan mrupakan angka ang mnunjukkan kmampuan pmbangkit mnalurkan nrgina k konsumn dalam batas mutu ang diijinkan. Jadi mrupakan kontinuitas plaanan nrgi. Adana gangguan ang trjadi pada sistm akan mngakibatkan turunna ksinanggungan pnaluran nrgi listrik. Sala satu gangguan ang sring trjadi adala gangguan tgangan lbi pada dara pnaluran baik transmisi maupun distribusi. Kondisi dara Indonsia ang mmpunai tingkat krapatan kilat ang tinggi dan cura ujan ang bsar mnbabkan banakna gangguan ang trjadi akibat sambaran kilat baik scara langsung maupun tidak langsung. Pada saluran distribusi pngaru sambaran kilat tidak langsung mmgang pranan ang lbi bsar dibandingkan sambaran langsung. Trkait dngan al ini maka prlu diitung bsarna angka kluaran akibat sambaran kilat tidak langsung ang mnunjukkan tingkat kandalan sistm. 1.2 Tujuan Tujuan dari pnulisan tugas akir ini adala 1. Mngitung bsarna tgangan induksi ang diasilkan ol sambaran kilat tidak langsung dan mngtaui angka kluaranna 2. Mmprol asil ang akurat dan mmprmuda pross pritungan srta mndapatkan asil ang rlatif singkat dngan bantuan progam komputr 3. Mngtaui bsarna tgangan induksi dan outag rat pada fdr Srl 4 GI Srondol. 1.3 Batasan Masala Dalam pmbuatan tugas akir ini pnulis mmbatasi prmasalaan sbagai brikut : 1. Jaringan ang digunakan adala fdr utama Srl 4 GI Srondol 2 k tiga fasa, bukan pada fdr cabang 2. Tidak dibaas jaringan satu fasa dan doubl circuit. 3. Pritungan angka kluaran ang dilakukan akibat sambaran tidak langsung saja, pritungan akibat sambaran langsung tidak dilakukan 4. Pritungan tgangan induksi dan angka kluaran didasarkan pada mtod RUSCK 5. Tidak dibaas mngnai sistm protksi saluran 6. IKL ang digunakan brdasarkan asil pngamatan BMG ( Badan Gofisika dan Mtorologi ) untuk wilaa smarang dan skitarna sbsar 154 ari guru / taun. II. TEGANGAN LEBIH SURJA PETIR 2.1 Pross Trjadina Kilat Tori ang scara luas dapat ditrima tntang ptir aitu bawa awan trdiri dari dara

2 brmuatan positif dan ngatif. Pusat-pusat muatan ini mnginduksikan muatan brpolaritas brlawanan k awan trdkat atau k bumi. Gradin potnsial di udara antara pusat-pusat muatan di awan atau antara awan dan bumi tidak sragam. Dimana konsntrasi muatan trtinggi dan gradint tgangan tinggi dari awan k bumi, timbul muatan plpasan ang scara umum trjadi di awan. Ktika gradint tgangan tinggi pada titik konsntrasi muatan dari awan mlbii arga tmbus udara ang trionisasi, maka udara di dara konsntrasi tkanan tinggi mngionisasi atau tmbus (brak down). Muatan dari pusat muatan mngalir k dalam kanal trionisasi, mmprtaankan gradint tgangan tinggi pada ujung kanal dan mlanjutkan pross tmbus listrik. Sambaran ptir k bumi mulai ktika suatu muatan spanjang pinggir awan mnginduksikan suatu muatan lawan k bumi, sprti trliatkan pada gambar 2.1. Gambar 2.1. Muatan Spanjang pinggir awan mnginduksikan muatan lawan pada bumi Kmudian akan timbul lida ptir ara bawa mnbar dari awan k bumi sprti trliat pada gambar 2.2. Gambar2.2. Lida ptir mnjalar kara bumi Bgitu lida ptir mndkati bumi, sambaran kara atas trbntuk, biasana dari titik trtinggi skitarna. Bila lida ptir k ara atas dan kara bawa brtmu sprti trliat pada gambar 2.3 Suatu ubungan awan k bumi trbntuk dan nrgi muatan awan dilpaskan k dalam tana. Muatan-muatan dapat trinduksi k jaringan listrik ang ada diskitar sambaran ptir k tana. Walaupun muatan awan dan bumi dintralisir lwat gambar 2.4. Gambar 2.4. Kumpulan muatan pada saluran distribusi Bsar muatan ang trjbak ini brgantung pada gradint mula awan k bumi dan kdkatan sambaran jaringan. Tgangan trinduksi pada jaringan listrik sambaran akan mnjalar spanjang jaringan dalam bntuk glombang brjalan sampai ilang ol pngurangan (attnuasi), kbocoran, isolator rusak / pca, atau arrstr broprasi 2.2 Pngaru Ptir pada Jaringan Listrik Dari sgi listrik ptir sangat mmbaaakan klangsungan plaanan listrik. Kilat trjadi pada smbarang waktu dan smbarang tmpat ang tidak dapat dipastikan. Gangguan kilat pada kawat pngantar listrik adala gangguan karna kilat ang mnambar atau mmpngarui kawat fasa/pngantar, singga al trsbut dapat mngakibatkan timbulna surja tgangan dan surja arus pada pada kawat pngantar ang sama atau mlbii ktaanan impuls isolasi dari isolator ataupun instalasi. Pada kadaan surja tgangan ang timbul mnamai atau mlbii ktaanan impuls isolator maka isolator akan flas ovr. Krusakan sistm distribusi karna ptir mrupakan prsoalan pnting pada sistm-sistm prusaaan dan sbagian bsar dipritungkan sbagai pngluaran konsumn, mrupakan pngluaran trtinggi dalam princian pralatan distribusi. Prlindungan tradap ptir ang kurang mmadai mngakibatkan ksalaan pada sistm distribusi ang mungkin brakibat langsung pada transformator substasion. Krusakan transformator distribusi ang diltakkan di atas tiang ang disbabkan ol ptir mrupakan prsoalan lama pada smua sistm. Prtimbangan konomi untuk prlindungan brkaitan dngan biaa prbaikan ang arus dikluarkan. Prsoalan lain ang dipikirkan adala tidak namanna konsumn dan kilangan kuntungan karna pngluaran Gambar 2.3. Kilat Sambaran balik dari bumi k awan

3 III. PERHITUNGAN TEGANGAN LEBIH INDUKSI AKIBAT SAMBARAN TIDAK LANGSUNG 3.1 Karaktristik Glombang Ptir Eksprsi dasar dari glombang brjalan scara sistmatis dinatakan dngan prsamaan di bawa ini, at bt ( t) E( ) (3.1) dimana : E, a, b adala konstanta. Glombang kilat tipikal a b trbatas srta riil c Gambar 3.1. Bntuk glombang brjalan Glombang kilat tipikal mrupakan bntuk ang paling mirip dngan bntuk glombang surja kilat. Bntuk glombang ini trgantung dari argaarga a dan b Puncak dan muka glombang Puncak trjadi pada saat t = t 1, aitu waktu untuk mncapai tgangan puncak. Jadi,untuk t = t 1, d( t) at1 bt1 E a b dt at 1 bt a b 1 maka ln b / a ln b / a t 1 1/ a B / a..(3.2) b a b / a 1 dan Epuncak = E ( -B - -Bb/a )......(3.3) Panjang glombang Waktu sampai ½ puncak = t 2, jadi at2 bt2 E / 2 E E 2 puncak E Bt2 / t1 ( b / a) Bt2 / t1 B Bb / a Bt 2 / t1 ( b / a ) Bt 2 / 1 E 1 t.(3.4) dimana : E, B, a, b adala konstanta. Prsamaan ini mnatakan ubungan antara t 2 /t 1 untuk brbagai arga trtntu dari b/a. Ttapi karna prsamaan ini transcndntal, maka untuk mncari t 2 /t 1 arus dngan jalan mngisi argaarga trtntu, misalna mmbuat grafik Gambar 3.2. Spsifikasi glombang kilat tipikal Grafik mnunjukkan ubungan-ubungan: at 1 sbagai fungsi b/a dari prsamaan (3.2) E 1 /E sbagai fungsi b/a dari prsamaan (3.3) t 2 /t 1 sbagai fungsi b/a dari prsamaan (3.4) Cara pnggunaan grafik untuk arga-arga t 1 dan t 2 ang diktaui, dicari arga b/a, at 1, dan arga E 1 /E dari lngkung t 2 /t 1 dan kmudian cari arga a dari at 1 dan b dari b/a. Scara umum tgangan impuls ptir bntuk 1,2/5 ang brarti tgangan impuls dngan t 1 =1,2µs dan t 2 =5 µs. 3.2 Dara Prisaian Suatu saluran disrtibusi di atas tana dapat dikatakan mmbntuk baang-baang listrik ang brada dibawa saluran atau disbut dara prisaian. Kilat ang biasana mnambar tana di dalam baang-baang itu akan mnambar saluran distribusi sbagai gantina, sdang kilat di luar baang-baang itu sama skali tidak mnambar saluran. Lbar baang-baang listrik itu mnurut Witad adala W = ( b + 4 1,9 ) mtr Gambar 2.5(a). Lbar baang-baang listrik saluran udara tanpa kawat ntral n 2 1,9 2 1,9 w n Kawat ntral Saluran udara dngan kawat ntral n (b=) Gambar 2.5(b). Lbar baang-baang listrik saluran udara dngan kawat ntral n (b=

4 3.3 Tgangan Induksi Lbi Ptir Brdasarkan RUSCK mtod, dibrikan prsamaan sbagai brikut Z I 1 c 1, maks 1....(3.12) c 11 2 c c Harga c/c =,1 sampai,5 jadi Z I, maks 1,7 1,38. Tgangan induksi pada saluran di titik ang jau dari sambaran, aitu bila diisikan x = Bila arga ini diisikan dalam prsamaan (3.1) dan kmudian diitung tgangan induksi maksimum pada titik trjau diprol, Z I 3I i, maks..(3.13) di mana : i = tgangan induksi pada kawat, dalam k I = bsar arus kilat, dalam ka = tinggi rata-rata di atas tana, dalam m = jarak orizontal antara sambaran kilat dngan kawat, dalam m Bila saluran itu dilngkapi dngan kawat tana, maka bsar tgangan induksi pada kawat fasa tla dibrikan prsamaan (3.21) ' Z 12 2 i i R Z dimana : i = tgangan induksi dngan kawat tana, k i = tgangan induksi tanpa kawat tana, k Z 22 = impdansi surja sndiri, om Z 12 = impdansi surja brsama, om 1 = tinggi rata-rata kawat fasa, mtr 2 = tinggi rata-rata kawat tana, mtr R = taanan pntanaan, om Jumla sambaran pada dara Δ untuk panjang 1 km saluran, ΔN =,15 IKL Δ....(3.27) dimana : ΔN = Jumla sambaran IKL = jumla sambaran ptir dalam 1 taun Δ = bidang sambar, dalam m Gambar 3.5. Saluran udara tgangan mnnga dngan kawat tana Mnurut prsamaan (3.13), bsar tgangan induksi pada kawat, 3I i Supaa tgangan induksi sama atau mlbii ktaanan impuls isolasi 5% I 5% 3 Probabilitas arus ang dmikian diprol dari prsamaan (3.25), atau P I I 34 P I 5 % %. P I (3.28) Jadi jumla sambaran pada bidang Δ ang dapat mnimbulkan tgangan mlbii 5% adala, ΔN FL =,15.IKL.Δ %....(3.29) Bila Δ dibuat kcil skali, Δ bruba mnjadi d dan ΔN FL bruba mnjadi dn FL, dan stla dilakukan intgrasi dari min (=2 1,9 ) sampai maks (=tak tringga) untuk kdua sisi saluran diprol, N FL = 2 atau,15 IKL 1,9 2 =,3 IKL 12 5% N FL = 3,6 IKL 5 12 %. d 5% 5% 1, % 51 5%,9...(3.3) Prsamaan (3.3) di atas adala untuk kadaan tidak ada kawat tana. Bila ada kawat tana maka mnurut prsamaan (3.21) i = FP i 3I = FP x di mana : FP = faktor prisaian = tinggi kawat fasa, m = jarak sambaran ptir tradap saluran, m

5 Dari prsamaan (3.2), FP = Z R Z 22 1 Jadi jumla lompatan api adala : N FL = 3,6 IKL.FP. 5 % 51 FP, 9...(3.31) 5 % Tidak smua lompatan api dapat brali mnjadi busur apai atau gangguan, dan bsarna gangguan itu trgantung dari bsar probabilitas η. Dngan dmikian jumla gangguan karna sambaran induksi adala : (a) Tanpa kawat tana N i = 3,6 IKL (b) Dngan kawat tana N i = 3,6 IKL.FP. 5% 51 5%, 9 5% 51FP 5%,9 x η...(3.32) x η..(3.33) di mana : N i = angka kluaran (Outag rat) atau jumla gangguan trinduksi (gangguan pr 1 km pr taun) IKL = jumla sambaran ptir dalam 1 taun FP = faktor prisaian = tinggi kawat fasa, dalam m η = probabilitas trjadina busur api 5% = Ktaanan impuls isolator (k) 3.4 Flowcart Pritungan Outag rat A Hitung konstanta saluran Hitung faktor prisaian (FP) Hitung Tgangan Induksi ( i ) i > 5% Hitung Outag Rat (N i ) Hitung total Outag rat (ΣN i ) Slsai Ya tidak I. PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1 Program Pritungan Data masukan Konfigurasi tiang tip C 1 A tinggi kawat fasa (HF) : 12 m tinggi kawat ntral (HN) : 11 m jari-jari kawat ntral (JR) :,65 m jarak pisa antar kawat fasa (A) :,8 m panjang lngan tiang (B) : 1,4 m taanan pntanaan (R) : 7 om IKL : 154 Arus Kilat : 3-6 B Gambar 4.2. Form Input Data

6 4.1.2 Pritungan Dari gambar 4.11 ditunjukkan bawa arga tgangan induksi brbanding lurus dngan bsarna arus kilat. Sdangkan dngan jarak tmpat trjadina sambaran kilat adala brbanding trbalik Pngaru konduktor ntral tradap bsarna tgangan induksi ptir Gambar 4.4. Form Pritungan 4.2 Analisa Hasil Program Glombang tgangan induksi ptir Gambar 4.9. Grafik karaktristik tgangan induksi Dari gambar 4.9 ditunjukkan arga tgangan induksi tradap waktu mngikuti fungsi ksponnsial. Hal ini dikarnakan bntuk tgangan induksi impuls ptir mnrupai bntuk glombang tipikal ang mmpunai prsamaan (t) = E ( -at - -bt ) dimana : E, a, b adala konstanta Pngaru prubaan Arus ptir dan jarak sambar tradap bsarna tgangan induksi Gambar Grafik prbandingan tgangan induksi dngan kawat ntral dan tanpa kawat ntral Dari gambar 4.12 ditunjukkan bawa arga tgangan induksi dngan kawat ntral lbi kcil daripada tgangan induksi tanpa kawat ntral. Dimana pngaru kawat ntral mnurunkan arga tgangan induksi. Hal ini dikarnakan pada konstruksi tanpa kawat ntral mmpunai arga faktor prisaian = 1, sdangkan arga faktor prisaian konstruksi tiang dngan kawat ntral sbsar : FP = 1 - Z R Z 22 1 Dari rumus diatas trliat bawa nilai FP < 1, dan arga tgangan induksi sbanding dngan arga faktor prisaian i = FP x 3 I Dimana : i adala tgangan induksi dan FP adala faktor prisaian Pngaru prubaan taanan pntanaan tradap outag rat Gambar Grafik ubungan tgangan induksi dngan jarak sambaran Gambar Grafik prbandingan outag rat dngan taanan pntanaan

7 Dari gambar 4.15 ditunjukkan bawa arga tgangan induksi dan arga angka kluaran (outag rat) brbanding lurus dngan dngan bsarna taanan pntanaan. Hal ini dapat diliat dari rumus Z12 2 FP = 1 -, dimana FR (faktor 2R Z 22 1 prisaian) brbanding lurus dngan taanan pntanaan.hubungan tgangan induksi dngan faktor prisaian juga brbanding lurus sprti tla dibaas diatas. Smakin bsar tgangan induksi ang trjadi mmungkinkan brtamba bsarna jatu atau trgangguna pnaluran, ang brarti makin bsarna arga angka kluaran (outag rat) Prbandingan tgangan induksi untuk brbagai konstruksi tiang Gambar Grafik prbandingan tgangan induksi untuk brbagai konstruksi tiang Dari gambar 4.16 ditunjukkan bawa arga trtinggi tgangan induksi trjadi pada konfigurasi tiang tip C8, kmudian C1-A, B1, B2 dan C1. Tinggina tgangan induksi pada masing-masing konstruksi tiang dipngarui ol tinggina konduktor fasa, jnis konstruksi tiang ang mnpngarui arga faktor prisaian dan jnis isolator ang digunakan 4.3 Studi kasus fdr 4 GI SRL Brdasarkan singl lin diagram dan asil survai lapangan, didapatkan data sbagai brikut: Tabl 4.3. Data Konstruksi Tiang Fdr 4 GI SRL Tip Konstruksi Jumla Panjang Tiang B1 dan B2 C1 dan C2 C1-A dan C2-A C Saluran 4,56 km 2,82 km 6, km 2,4 km Data diatas mrupakan pnglompokan konstruksi tiang brdasarkan tip tiang ang dominan.ktinggian smua tiang rata-rata adala 13 m dngan panjang gawang 6 m.ssuai standar PLN, taanan pntanaan tiang rata-rata sbsar 7 om.brdasarkan data dari BMG Smarang bsarna IKL dara Smarang adala 154. Dari asil pritungan mlalui program diatas dapat dibuat tabl asil pritungan angka Kluaran (Outag Rat) fdr 4 GI SRL, sbagai brikut : Tabl 4.4. Konstruksi Tiang dan Angka Kluaran (Outag Rat) Konstruksi Tiang C1 dan C2 C1-A dan C2-A B1 dan B2 C8 Outag rat (gangguan pr 1 km pr taun) Jumla angka kluaran (outag rat) fdr SRL 4 GI Srondol adala sbagai brikut : N T = 1 N t1. L1 N t 2. L2... N tn. Ln L N T = 1 (35x2,82) (4x6,) (41x4,56) (52x2,4) 15,42 N T = 98,7 24, 186,96 16,8 15,42 N T = 631, N T = 4,97 gangguan pr 1 km pr taun 15,42 N t = x 4, 97 1 N t = 6,32 = 6 gangguan pr taun Dari pritungan ang dilakukan didapatkan bawa pada konstruksi tiang C1, C2, C1-A dan C2-A outag rat atau kgagalan saluran trjadi pada arus ptir 6 ka, untuk tip B1, dan B2 trjadi pada arus ptir 55 ka, sdangkan untuk tip C8 trjadi pada arus ptir 5 ka. Dari asil pritungan didapatkan total angka kluaran (outag rat) fdr SRL 4 GI Srondol adala sbsar 6 gangguan pr taun.. PENUTUP 5.1 Ksimpulan Brdasarkan asil pritungan dan analisa ang tla dibrikan, maka dapat diambil bbrapa ksimpulan, sbagai brikut: 1. Bsar tgangan induksi pada fdr Srl 4 GI Srondol adala 116 k - 181k 2. Total Angka kluaran (Outag rat) pada fdr Srl 4 GI Srondol sbsar 6 gangguan pr taun. 3. Harga tgangan induksi brbanding lurus dngan bsarna arus kilat dan ktinggian kawat fasa. Sdangkan dngan jarak tmpat

8 . trjadina sambaran kilat adala brbanding trbalik. 4. Harga tgangan induksi dngan kawat ntral lbi kcil dari pada tgangan induksi tanpa kawat ntral 5. Faktor prisaian dipngarui ol bsarna taanan pntanaan. Makin bsar arga taanan trsbut maka makin bsar arga faktor prisaianna. Dngan mmbsarna arga faktor prisaian maka brarti tingkat prlindunganna kurang baik. 6. Harga angka kluaran (outag rat) akan naik dngan naikna taanan pntanaan. 7. Harga trtinggi tgangan induksi trjadi pada konfigurasi tiang tip C8, kmudian C1-A, B1, B2 dan C1. Pmbimbing I Fuad Hidaanto lair di Maglang tanggal 23 Januari 1984, Saat ini sdang mnlsaikan studi strata 1 di Jurusan Tknik Elktro Univrsitas Dipongoro dngan mngambil konsntrasi Tnaga Listrik. Mngtaui dan mntujui: Pmbimbing II 5.2 Saran 1. Tugas akir ini dapat dilanjutkan dngan mngadakan pritungan tgangan induksi dan angka kluaran dngan adana alat-alat plindung sprti ligtning arrstr 2. Tugas akir ini ana mngitung pada fdr utama, singga dapat dilanjutkan pritungan pada saluran cabang. Ir. Agung Warsito, DHET NIP Abdul Sakur, ST, MT NIP DAFTAR PUSTAKA 1. Hutauruk, T. S, Glombang Brjalan dan Protksi Surja, Erlangga, Jakarta, Hutauruk, T. S, Transmisi Daa Listrik, Erlangga, Jakarta, Sulasno, Ir., Analisis Sistm Tnaga Listrik, Jilid I,Sata Wacana, Smarang, Mi Sulasno, Ir., Tknik dan Sistm Distribusi Tnaga Listrik, Jilid I, Badan Pnrbit Univrsitas Dipongoro, Smarang 5. Marsudi, Djitng,Ir, Oprasi Sistm Tnaga Listrik, Balai Pnrbi & Humas ISTN, Jakarta, Pabla, AS., Abdul Hadi,Ir. Sistm Distribusi Daa Listrik, Erlangga, Jakarta, Saadat,Hadi, Powr Sstm Analsis, McGraw-Hill Book Compan, Columbia. 8. Turan Gonn, Elctric Powr Distribution Sstm Enginring, McGraw-Hill, C. A. Nucci, F. Racidi, M.. Ianoz and C. Mazztti, Ligtning-inducd voltags on ovrad lins, IEEE Transactions on Elctromagntic Compatibilit, vol. 35, no 1, Fbruar, 1993, pp , Buku Pdoman Standar Konstruksi Jaringan Distribusi PLN, PLN Distribusi JawaTnga, Smarang, , Kursus Oprasi dan Pmliaraan Distribusi TM, PT PLN Jasa Pndidikan dan Platian,Jakarta, 1997

9