STUDI PEMODELAN PERAMBATAN GELOMBANG SURJA PETIR PADA SALURAN TRANSMISI 150 KV MENGGUNAKAN METODE MULTI-CONDUCTOR TRANSMISSION LINE

Transkripsi

1 STUDI PEMODELAN PERAMBATAN GELOMBANG SURJA PETIR PADA SALURAN TRANSMISI 15 KV MENGGUNAKAN METODE MULTI-CONDUCTOR TRANSMISSION LINE Kadek Adi Dwi Purwaka Jurusa Tekik Elektro-FTI, Istitut Tekologi Sepuluh Nopember Kampus Keputih-Sukolilo, Surabaya-6111, adi_dwipurwaka@yahoo.com Abstrak : Surja petir adalah gejala tegaga lebih trasie yag disebabka oleh sambara petir. Tegaga lebih trasie yaitu tegaga yag mempuyai amplitudo sagat besar, da berlagsug sagat sigkat. Tegaga lebih tersebut dapat merusak peralata isolasi serta kompoe-kompoe dalam sistem teaga listrik, jika magitude tegagaya melebihi BIL (Basic Isulatio Level) peralata isolasi serta kompoe sistem teaga listrik yag dipakai. Pada peelitia ii dibuat da diaalisa pemodela dari perambata gelombag surja petir pada salura trasmisi 15 kv dega meguaka metode Multi-Coductor Trasmissio lie (MTL), yag dapat diguaka sebagai dasar dalam peracaga sistem pegamaya. Metode yag diguaka adalah melakuka simulasi dega megguaka program MATLAB. Hasil dari simulasi ii meujukka bahwa sambara petir yag megeai suatu koduktor aka dapat megiduksi koduktor di dekatya. Perambata gelombag petir pada suatu koduktor megalami peurua ilai tegaga pucak higga ±5%, da aka megiduksika tegaga pucak tersebut pada koduktor di dekatya higga ±7% dari ilai tegaga pucak tersebut. Kata kuci: Multi-Coductor Trasmissio lie (MTL), pemodela surja petir, salura trasmisi. (Basic Isulatio Level) peralata isolasi serta kompoe sistem teaga listrik yag dipakai. Utuk dapat membuat pemodela perambata surja petir pada salura trasmisi 15 kv diguaka metode Multi-Coductor Trasmissio Lie. Pemodela dilakuka dega meuruka persamaa salura trasmisi dari persamaa Maxwell dega metode Multi-Coductor Trasmissio Lie.. TEORI PENUNJANG.1. Salura Trasmisi Teaga Listrik Pada suatu Sistem Teaga Listrik, eergi listrik yag dibagkitka dari pusat pembagkit listrik ditrasmisika ke pusat-pusat pegatur beba melalui suatu salura trasmisi, salura trasmisi tersebut dapat berupa salura udara atau salura bawah taah, amu pada umumya berupa salura udara. Eergi listrik yag disalurka lewat salura trasmisi udara pada umumya megguaka kawat telajag sehigga megadalka udara sebagai media isolasi atara kawat peghatar tersebut dega beda sekeliligya, da utuk meyaggah / meretag kawat peghatar dega ketiggia da jarak yag ama bagi mausia da ligkuga sekitarya, kawat-kawat peghatar tersebut dipasag pada suatu kostruksi bagua yag kokoh, yag biasa disebut meara / tower. Atara meara / tower listrik da kawat peghatar disekat oleh isolator. 1. PENDAHULUAN Idoesia merupaka egara yag terletak di daerah katulistiwa yag sagat paas da lembab. Kedua faktor ii sagat petig dalam pembetuka awa Cumuloimbus peghasil petir. Oleh karea itu, Idoesia memiliki hari guruh yag tiggi dega jumlah sambara petir yag bayak. Meurut data yag dikeluarka petir.com Idoesia buka cuma egara yag memiliki hari guruh terbayak tapi juga memiliki kerapata sambara petir yag sagat besar yaitu 1/km /tahu, yag berarti pada setiap luas area 1 km berpotesi meerima sambara petir sebayak 1 kali setiap tahuya. Sehigga dega kodisi tersebut jariga teaga listrik sagat rawa terkea sambara petir. Surja petir adalah gejala tegaga lebih trasie yag disebabka oleh sambara petir. Tegaga lebih trasie yaitu tegaga yag mempuyai amplitudo sagat besar, da berlagsug sagat sigkat. Tegaga lebih tersebut dapat merusak peralata isolasi serta kompoe-kompoe dalam sistem teaga listrik, jika magitude tegagaya melebihi BIL Gambar 1. Diagram Segaris Sistem Teaga Listrik Sederhaa.. Petir Idoesia terletak di egara tropis yag sagat paas da lembab. Kedua faktor ii sagat petig dalam pembetuka awa Cumuloimbus peghasil petir, karea secara umum di daerah tropis terbetuk siklo tropis yag merupaka daerah raksasa aktivitas awa, agi, da badai petir. Petir merupaka kejadia alam di maa terjadi locata muata listrik atara awa dega bumi. Locata muata listrik tersebut diawali dega megumpulya uap air di dalam awa. Pada ketiggia tertetu uap tersebut mejadi kristal-kristal es. Karea di dalam awa terdapat agi ke segala arah, maka kristal-kristal es tersebut aka salig bertumbuka da bergeseka sehigga terpisahka atara muata positif da muata egatif. Pemisaha muata iilah yag Halama 1 dari 7 halama

2 mejadi sebab utama terjadiya sambara petir. Gambar 3 mejelaska proses terjadiya petir. Petir yag meyambar salura trasmisi meimbulka gelombag berjala yag ditujukka pada gambar 4. Gelombag berjala ii salig beriteferesi da tegagaya bisa cukup tiggi utuk meimbulka flashover pada isolator. Surja yag meimbulka back-flashover kemudia berjala pada kawat fasa da megalir ke taah melalui lightig arrester atau bagia laiya dari istalasi..3. Gelombag Berjala Betuk umum suatu gelombag berjala digambarka sebagai berikut, Gambar 5. Spesifikasi dari suatu gelombag berjala : a. Pucak (crest) gelombag, E yaitu amplitude maksimum dari gelombag. b. Muka gelombag, t 1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaa sampai pucak. Dalam praktek ii diambil 1%E sampai 9%E, lihat Gambar 5. c. Ekor gelombag, yaitu bagia di belakag pucak. d. Pajag gelombag, t (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaa sampai titik 5%E pada ekor gelombag. e. Polaritas, yaitu polaritas dari gelombag, positif atau egatif. 3. PENURUNAN PERSAMAN SALURAN TRANSMISI DENGAN METODE MULTI- CONDUCTOR TRANSMISSION LINE 3.1. Peurua Persama Salura Trasmisi dari Persamaa Maxwell Salura trasmisi diasumsika seperti pada gambar 6, dimaa terlihat salura trasmisi yag terdiri dari + 1 koduktor. Koduktor yag berlabel ol adalah koduktor referesi karea koduktor tersebut merupaka referesi dari semua tegaga koduktor yag lai. Salura diaggap uiform (seragam) sepajag salura tersebut, tetapi salura tersebut memiliki peampag melitag yag berbeda-beda. A B C D E F Gambar 3. Proses Terjadiya Petir Gambar 6. Salura Trasmisi + 1 Koduktor. Tampak Sampig. (b) Tampak Peampag Melitag Peurua persama salura trasmisi dimulai dega megguaka persamaa Maxwell, yaitu : E = B/ t (1) Gambar 4. Petir yag meyambar kawat taah salura trasmisi di tempat yag terletak atara dua tiag (a) (b) Gambar 5. Spesifikasi gelombag berjala H = J + D/ t () Persamaa (1) da () dituruaka meurut model salura trasmisi dega metode metode multicoductor trasmissio lie diatas mejadi persamaa sebagai berikut : z V i s z + R I i z + L t I i z = V si z (3) z I i z + G V i s z + C t V i s z = (4) Persamaa (3) da (4) diselesaika megguaka metode fiite-differece. Skema fiite- Halama dari 7 halama

3 differece pada gambar 7 diguaka pada peyelesaia. V i,k+1 V i,k + R I i,k +1 I i,k + L I +1 i,k I i,k = V sj,k +1 + V sj,k t t (5) I i,k I i,k+1 V +1 i,k+1 V i,k+1 + G + C V i,k+1 +1 V i,k+1 = (6) t dega megguaka rumus V= IZ didapatka ilai pucak tegaga impuls gelombag petir sebesar 4 MV. Pajag salura trasmisi adalah 4 meter dega delta pajag (dz) 1 meter. Delta waktu sambara yag diguaka (dt) 1-7 detik. Jumlah titik yag ditau pada kawat adalah k max = pajag/dz, da jumlah step waktu yag dibutuhka ( max ) adalah 1. Jari-jari masig-masig koduktor (r),1 m dega jarak atar koduktor (D) 4,1 m. Iduktasi kawat per satua pajag (L) da kapasitasi per satua pajag (C) dari salura : [L ] = [C ] =,971,8,8,971 μh/m 9,43 4,61 4,61 9,43 pf/m Gambar 7. Fiite-Differeece Griddig yag Dikeaka pada Tiap Kawat dega z max = (k max 1) Solusi dari (5) da (6) I i,k +1 = L t + R 1 V i,k+1 +1 V i,k +1 Utuk k = 1,,, k max V i,k+1 +1 = G + C t 1 + C t G V sj,k +1 + V sj,k + L t R I i,k I i,k+1 V i,k+1 Utuk k = 1,,, k max 1 da =, 1,, N max 1 4. SIMULASI DAN ANALISA DATA 4.1. Simulasi Pemodela Gelombag Petir Pada tugas akhir ii, diguaka pemodela perambata surja petir dega double expoetial. Betuk gelombag berjala petir yag aka diiputka dalam simulasi program adalah sebagai berikut : e t = E(e at e bt ) Dega a da b adalah kostata, pucak tegaga impuls gelombag petir (E), waktu sambara (t). Parameter-parameter yag diguaka pada simulasi adalah ilai-ilai parameter awal yag serig terjadi pada salura udara tegaga tiggi (SUTT) 15 kv. Pada simulasi ii diasumsika salura trasmisi terdiri dari dua kawat koduktor tapa rugi-rugi/kawat ideal (R = G = ), yaki kawat 1 da kawat. Kawat 1 adalah kawat yag terkea sambara petir da kawat adalah kawat yag teriduksi oleh sambara petir. Besar impedasi surja utuk kawat udara = 4 6 Ohm da ilai pucak arus petir sebesar 1 ka maka 4.. Aalisa Data Dega megguaka program yag telah dibuat dega MATLAB 7..4, maka aka dilakuka aalisa data dega iputa beberapa waktu tegaga impuls gelombag petir. Waktu tegaga impuls yag diguaka adalah waktu muka gelombag yag berbeda-beda, yaitu 1/5 µs, 1,/5 µs, 3/5 µs, da 5/5 µs da waktu ekor gelombag yag berbeda-beda, I i,k yaitu (3.35) 1,/5 µs, 1,/5 µs, 1,/1 µs, da 1,/5 µs. Selai waktu tegaga impuls gelombag petir yag dirubah, pada aalisa data ii ilai pucak tegaga impuls gelombag petir juga dirubah, yaitu 1 MV, MV, 3 MV, da 4 MV. Posisi (k) pada kawat yag disimulasika adalah 1,,da Tegaga Impuls Gelombag Petir dega Waktu yag Berbeda Pada simulasi ii, ilai pucak tegaga gelombag petir yag diguaka adalah sebesar 4 MV. Nilai kostata a da b dapat dilihat pada tabel 1. da tabel. Tabel 1. Nilai Kostata Tegaga Impuls Gelombag Petir dega Waktu Muka Gelombag yag Berbeda Kostata Waktu Muka Gelombag yag Berbeda 1/5 1,/5 3/5 5/5 a 1,4 x 1 4 1,47 x 1 4 1,496 x 1 4 1,585 x 1 4 b 5,9 x 1 6 4,8 x 1 6 1,55 x x 1 5 Tabel. Nilai Kostata Tegaga Impuls Gelombag Petir dega Waktu Ekor Gelombag yag Berbeda Kostata Waktu Ekor Gelombag yag Berbeda 1,/5 1,/5 1,/1 1,/5 a,937 x 1 4 1,47 x 1 4,73 x 1 4,139 x 1 4 b 4,3 x 1 6 4,8 x 1 6 5,4 x 1 6 7, x 1 6 Gambar 8 merupaka salah satu grafik tegaga impuls gelombag petir dega waktu 1,/5 µs yag diiputka pada simulasi program. Dari seluruh hasil simulasi yag diperoleh dapat dilihat bahwa seluruh hasil simulasi memiliki betuk grafik yag sama haya saja memiliki ilai pucak yag berbeda. Berikut ii merupaka salah satu hasil simulasi dega iput waktu tegaga impuls gelombag petir 1,/5 µs. Halama 3 dari 7 halama

4 V Waktu (t) Gambar 8. Tegaga Impuls Petir dega Waktu 1,/5 µs Gambar 1. Tegaga pada Kawat dega Iput Waktu Tegaga Impuls Petir 1, /5 μs Posisi 1 berwara biru, berwara hau, da berwara merah. Dari hasil simulasi yag diperoleh terlihat bahwa terjadi perambata tegaga impuls gelombag petir pada kawat 1 (kawat yag terkea sambara petir) da kawat (kawat yag teriduksi oleh sambara petir). Gambar 9. Arus pada Kawat 1 dega Iput Waktu Tegaga Impuls Petir 1, /5 μs a) Waktu muka gelombag yag berbeda Tabel 3 da tabel 4 merupaka hasil simulasi dega iput tegaga impuls gelombag petir dega waktu muka gelombag yag berbeda. b) Waktu Ekor Gelombag yag Berbeda Tabel 5 da tabel 6 merupaka hasil simulasi dari tegaga impuls gelombag petir dega waktu ekor gelombag yag berbeda. Tabel 3. Nilai Pucak Arus da Tegaga Pada Kawat 1 dega Waktu Muka Gelombag yag Berbeda Tegaga Impuls Gelombag Petir 1/5 1,/5 3/5 5/5 (A) (A) (A) (A) Gambar 1. Arus pada Kawat dega Iput Waktu Tegaga Impuls Petir 1, /5 μs Tabel 4. Nilai Pucak Arus da Tegaga Pada Kawat dega Waktu Muka Gelombag yag Berbeda Tegaga Impuls Gelombag Petir 1/5 1,/5 3/5 5/5 (A) (A) (A) (A) , , , , , , , ,5 96, , , ,8 Tabel 5. Nilai Pucak Arus da Tegaga Pada Kawat 1 dega Waktu Ekor Gelombag yag Berbeda Tegaga Impuls Gelombag Petir 1,/5 1,/5 1,/1 1,/5 (A) (A) (A) (A) Gambar 11. Tegaga pada Kawat 1 dega Iput Waktu Tegaga Impuls Petir 1, /5 μs Tabel 6. Nilai Pucak Arus da Tegaga Pada Kawat dega Waktu Ekor Gelombag yag Berbeda Tegaga Impuls Gelombag Petir 1,/5 1,/5 1,/1 1,/5 (A) (A) (A) (A) , , , ,5 1 91, , , , ,4 169, , ,89 973, 11,17 Halama 4 dari 7 halama

5 Tegaga Pucak Tegaga Pucak Tegaga Pucak Tegaga Pucak Dari seluruh hasil simulasi yag ditujuka setiap tabel memperlihatka model ilai pucak arus da tegaga yag hampir mirip. Oleh karea itu, dapat dibuat hubuga atara waktu muka tegaga impuls petir yag berbeda terhadap ilai arus pucak da tegaga pucak dari hasil simulasi yag ditujukka pada gambar da waktu ekor tegaga impuls petir yag berbeda terhadap ilai arus pucak da tegaga pucak dari hasil simulasi yag ditujukka pada gambar ,/5 1,/5 1,/1 1,/ ,/5 1,/5 3,/5 5,/5 Gambar 13. Grafik Waktu Tegaga impuls Petir (µs) Terhadap Nilai pada Kawat ,/5 1,/5 3,/5 5,/5 Gambar 17. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai pada Kawat Gambar 18. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai Tegaga Pucak pada Kawat ,/5 1,/5 1,/1 1,/5 1 Gambar 14. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai Tegaga Pucak pada Kawat ,/5 1,/5 3,/5 5,/ ,/5 1,/5 1,/1 1,/5 Gambar 19. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai pada Kawat. Gambar 15. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai pada Kawat ,/5 1,/5 3,/5 5,/ ,/5 1,/5 1,/1 1,/5 Gambar 16. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai Tegaga Pucak pada Kawat Gambar. Grafik Waktu Tegaga Impuls Petir (µs) Terhadap Nilai Tegaga Pucak pada Kawat. Halama 5 dari 7 halama

6 Tegaga Pucak (Kv) Tegaga Pucak 4... Pucak Tegaga Impuls Gelombag Petir yag Berbeda Pada simulasi ii, diguaka tegaga impuls gelombag petir dega waktu 1,/5 µs. Tabel 7 da tabel 8 merupaka hasil simulasi dega iput tegaga pucak gelombag petir yag berbeda. Dari seluruh hasil simulasi yag ditujuka setiap tabel memperlihatka model ilai pucak arus da tegaga yag hampir mirip. Oleh karea itu, dari hasil simulasi di atas dapat dibuat hubuga atara tegaga pucak gelombag petir terhadap ilai arus pucak da tegaga pucak dari hasil simulasi yag ditujukka pada gambar -3. Tabel 7. Nilai Pucak Arus da Tegaga Pada Kawat 1 dega Iput Tegaga Pucak Gelombag Petir yag Berbeda Pucak Gelombag Petir (E) 1 MV MV 3 MV 4 MV (A) (A) (A) (A) , , , Tabel 8. Nilai Pucak Arus da Tegaga Pada Kawat dega Iput Tegaga Pucak Gelombag Petir yag Berbeda Pucak Gelombag Petir (E) 1 MV MV 3 MV 4 MV (A) (A) (A) (A) 1 95,3 61,3 59,6 1,1 885,9 183, ,1 98,4 43,38 596,7 86,76 895,1 13, ,5 3 78,3 4,6 556,7 48, , , Gambar 1. Grafik Pucak Tegaga Impuls Gelombag Petir (MV) Terhadap Nilai pada Kawat Pucak Gelombag Petir (MV) Pucak Gelombag Petir (MV) Gambar. Grafik Pucak Tegaga Impuls Gelombag Petir (MV) Terhadap Nilai Tegaga Pucak pada Kawat Gambar 3. Grafik Pucak Tegaga Impuls Gelombag Petir (MV) Terhadap Nilai pada Kawat Pucak Gelombag Petir (MV) Pucak Gelombag Petir (MV) Gambar 4. Grafik Pucak Tegaga Impuls Gelombag Petir (MV) Terhadap Nilai Tegaga Pucak pada Kawat. 5. PENUTUP 5.1. Kesimpula Kesimpula akhir yag dapat ditarik dari tugas akhir ii adalah: 1. Perambata gelombag petir pada kawat 1 memiliki ilai arus pucak yag sama pada semua titik yag ditau pada kawat (k) sedagka ilai tegaga pucak megalami peurua higga ±5% pada tiap titik yag ditau pada kawat (k).. Pada kawat 1 semaki besar waktu muka gelombag petir maka tegaga pucak aka megalami peurua higga ±3%, sedagka arus pucak aka megalami peigkata higga ±3%, da semaki besar waktu ekor gelombag petir maka tegaga pucak aka megalami peigkata higga ±1%, sedagka arus pucak megalami peurua higga ±5%. Pada kawat semaki besar waktu muka gelombag petir maka tegaga pucak megalami peigkata higga ±3%, sedagka arus pucak megalami peigkata higga ±5%, da semaki besar waktu ekor gelombag petir maka tegaga pucak megalami peurua higga ±4%, sedagka arus pucak megalami peigkata higga ±9%. 3. Nilai pucak gelombag petir memiliki hubuga berbadig lurus dega ilai arus pucak da tegaga pucak pada kawat 1 da. Semaki besar ilai pucak gelombag petir maka ilai arus pucak da tegaga pucak yag terjadi pada kawat 1 da aka megalami peigkata higga ±3%. 4. Perambata gelombag petir yag terjadi pada kawat memiliki ilai arus pucak da tegaga Halama 6 dari 7 halama

7 pucak yag megalami peurua pada tiap titik yag ditau (k). Nilai arus pucak pada kawat higga ±4% dari ilai arus pucak pada kawat 1sedagka ilai tegaga pucak pada kawat higga ±7% dari ilai tegaga pucak pada kawat Sara Sara yag dapat diberika dalam peerapa metode Multi-Coductor Trasmissio Lie utuk studi pemodela perambata gelombag surja petir pada salura udara tegaga tiggi (SUTT) 15 kv adalah: 1. Peerapa dega metode lai perlu ditambahka, agar ada pembadig dega metode Multi-Coductor Trasmissio Lie. Utuk pegembaga lebih lajut dapat dilakuka aalisa yag sama salura trasmisi tegaga meegah. DAFTAR PUSTAKA [1] Agrawal, A. K., Price, H. J., da Gurbaxai, S. H. Trasiet Respose of Multicoductor Trasmissio Lies Excited by a Nouiform Electromagetic Field, IEEE Tras. Electromag. Compat., vol. EMC-, May 198. [] Bada Meteorologi da Geofisika: Kelistrika Udara / Lightig, <URL: [3] D. Thompso, Philip, Robert O Brie, Kosa Kata Awa, Cuaca, Jakarta, Tira Pustaka, 198, edisi kedua. [4] Marsudi, Djiteg Operasi Sistem Teaga Listrik. Balai Peerbit da Humas ISTN. [5] Golde, R. H., Lightig Protectio. Lodo : Academic Press Ic, vol-. [6] Hutauruk, T.S Gelombag Berjala da Proteksi Surja. Jakarta : Erlagga. [7] Kadir, Abdul Trasmisi Teaga Listrik. UI Press. [8] L. Tobig, Boggas. 3. Peralata Tegaga Tiggi. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama. [9] Mahmudsyah, S. Diktat Kuliah Tekik Tegaga Tiggi : Feomea Petir da Petaaha Kaki Meara SUTT 15 kv da SUTET 5 kv. Surabaya : ITS. [1] Mahmudsyah, S. 5. Diktat Kuliah Tekik Tegaga Tiggi : Petir da Permasalahaya. Surabaya : ITS. [11] Petir, <URL: [1] Siklo Tropis, <URL: [13] Yato Husodo, Budi. Diktat Kuliah Aalisa Sistem Teaga Listrik I :Parameter Salura Trasmisi. Jakarta : Pusat Pegembaga Baha Ajar-UMB [14] Zoro. R., Saodah. S., 5. Peigkata Ketahaa SUTM kv Terhadap Sambara Petir di PT PLN (Persero) Distribusii Jawa Barat APJ Bogor. Badug : LPPM ITB. RIWAYAT HIDUP Kadek Adi Dwi Purwaka dilahirka di kota Depasar, 3 Juli Peulis adalah putra kedua dari empat bersaudara pasaga Ir. I Nyoma Adyaa da Sri Sai Puriawati. Peulis memulai jejag pedidikaya di TK Widyapura Depasar da SDN 5 Depasar higga lulus tahu Setelah itu peulis melajutka studiya di SLTP Negeri 6 Depasar. Tahu, peulis diterima sebagai murid SMA Negeri 3 Depasar higga lulus tahu 5. Pada tahu yag sama peulis masuk ke Jurusa Tekik Elektro Istitut Tekologi Sepuluh Nopember Surabaya dega NRP 5138 da megambil bidag studi Tekik Sistem Teaga. Halama 7 dari 7 halama