STUDI KARAKTERISTIK TRANSIEN LIGHTNING ARRESTER PADA TEGANGAN MENENGAH BERBASIS PENGUJIAN DAN SIMULASI

Transkripsi

1 STUDI KARAKTERISTIK TRANSIEN LIGHTNING ARRESTER PADA TEGANGAN MENENGAH BERBASIS PENGUJIAN DAN SIMULASI Bangkit Wahyudian Kartiko (290136) Dosen Pembimbing: Dr. Eng. I Made Yulistya Negara, ST.,M.Sc. Ir. Arif Musthofa, MT. 1

2 Lightning Arrester Definisi Lightning Arrester Penggunaan Lightning Arrester Jenis-jenis Lightning Arrester 2

3 Cara Kerja Lightning Arrester Lightning arrester parallel dengan transformator Ketika arester bekerja, arester akan melindungi peralatan dari akibat sambaran petir dan menyalurkan arus sambaran ke tanah

4 Latar Belakang Topik utama yang dibahas pada tugas akhir : Pengujian Lightning Arrester Pengujian Tanpa Beban Pengujian menggunakan beban resistif 4,5 kω Simulasi Pemodelan Lightning Arrester Membandingkan dua pemodelan arester dengan datasheet Pemodelan arester pada saluran distribusi kv

5 Tujuan Pengujian + Simulasi Mendapatkan Karakteristik Lightning Arrester Mengevaluasi Kinerja Lightning Arrester Pada Saluran Distribusi kv 5

6 Objek Penelitian Parameter Tegangan Discharge FOW PL Tegangan Discharge LPL Tegangan Discharge SPL Arus Impuls ka 1,5 ka 3 ka 5 ka ka ka 500 A Tegangan Discharge (kv) 53,5 40,9 43,4 45, ,3 36,8 Rating Arester Dimensi A B C kv rms In cm In Cm In cm A 15 17,1 43,3 5,8 14,8 8,4 21,3 C B 6

7 karakteristik tahanan non liniernya ini direpresentasikan dengan pendekatan berikut : V-I Kareakteristik A0 V-I Kareakteristik A1 I (ampere) V (volt) Z (Ω) I (ampere) V (volt) Z (Ω)

8 Kurva karakteristik tahanan non linier A0

9 Kurva karakteristik tahanan non linier A1

10 Skema Pengujian Lightning Arrester

11 Rangkaian Pembangkit Tegangan Impuls Rangkaian Pembangkit Tegangan Impuls 2 tingkat (Generator Mark) Pengosongan muatan 11

12 Simulasi Pemodelan Lightning Arrester Pemodelan IEEE W G Pemodelan Pinceti-Giannattoni Simulasi Pemodelan IEEE W G Simulasi Pemodelan Pinceti-Giannattoni 12

13 Persamaan Pemodelan Lightning Arrester Parameter IEEE WG Pinceti-Giannettoni R 0 (( 0 d) / n) 1M R 1 (( 65 d) / n) - L 0 L 1 1 V r(1/ T 2) V r(8/ ) (( 0,2 d) / n) H Vn 2 V r(8/ ) 1 V r(1/ T 2) (( 15 d) / n) H Vn 4 V r V r(8/ ) (8/ ) C (( 0 n ) / d) pf - d : Ketinggian dari arester (meter) n : Faktor skala (jumlah kolom parallel dari metal oxide pada arester tersebut) V n : Rating tegangan arester V r(1/t2) : Tegangan discharge pada arus surge petir ka (1/T2 µs), dimana waktu penurunan tidak ditulis secara eksplisit karena berbeda pabrikan berbeda nilai T2 nya. V r(8/) (8/ µs). : Tegangan discharge pada arus surge petir ka 13

14 Pemodelan Saluran Distribusi Yang digunakan dalam simulasi 14

15 Data Saluran Tiang Panjang Penghantar (m) PB180 - PB PB347 PA PA655 - PA PA480 - PA Parameter R Line / fasa L AA L BB L CC L AB LBC LAC Nilai Ω/m mh/m mh/m mh/m mh/m mh/m mh/m 15

16 Pemodelan Lima Tiang Trafo Distribusi Pemodelan Sumber Petir Tiang 1 Tiang 2 Tiang 3 Tiang 4 Tiang 5 Pemodelan Tiang Pemodelan Arester 16

17 Hasil Pengujian Tanpa Beban V Charging (KV) V out Bentuk Gelombang VC1 VC2 (KV) T1 (µs) T2 (µs) Arus (A) ,411 0,948 49,78 18, ,775 1,869 52,011,573 34,96 0,951 49,068 58,021 34,64 0,946 49,915 56, ,61 1,12 47, , ,275 1,092 47, , ,704 1,294 38, , ,431 1,273 38, , ,747 2,811 29, , ,296 2,862 30, , ,609 3,528 27, , ,877 3,802 27, ,6 17

18 Gelombang Hasil Pengujian Tanpa Beban 26,775 kv,573 A Pengujian dengan tegangan impuls (26,775 kv) dan arus yang dialirkan arester (,573 A) 41,61 kv Pengujian dengan tegangan impuls (41,61 kv ) dan arus yang dialirkan arester (589,46 A) 589,46 A 18

19 19 Hasil Pengujian Berbeban Bentuk V Charging (KV) V out Gelombang VC1 VC2 (KV) T1 (µs) T2 (µs) Arus (A)* ,23 1,2 46, , ,6 1,096 52, , ,968 2,07 36, , ,626 2,05 37, , ,429 2,92 29, , ,425 2,932 27, ,367 3,938 24, , ,168 3,829 22, ,1 (*) : Arus yang mengalir di arrester Bentuk V Charging (KV) V out Gelombang VC1 VC2 (KV) T1 (µs) T2 (µs) Arus (A)** ,218 1,111 41,218 81, ,14 1,095 41,14 56, ,14 2,3 51, , ,03 2,9 51, ,782 2,967 59, , ,392 3,024 59, , ,983 3,892 69, , ,941 4,155 69, ,6 (**) : Arus yang mengalir di beban

20 Gelombang Hasil Pengujian Berbeban 41,23 kv 544,08 A Pengujian dengan tegangan impuls (41,23 kv) - arus yang dialirkan arester (544,08 A) 41,218 kv Pengujian dengan tegangan impuls (41,218 kv) - arus yang mengalir di beban (81,2 A) 81,2 A

21 Hasil Simulasi Pemodelan IEEE WG Tegangan Discharge PARAMETER FOW PL LPL SPL ka 1.5kA 3 ka 5 ka ka ka 500 A V discharge (KV) 59,53 44,33 48,30 51,41 55,44 59,48 40,90 I petir (A) I arester (A) 9882,5 1412,8 2908,7 4906,2 9894,9 1988,4 418,2 I beban (A) 119,07 88,66 96,59 2,82 1,88 118,96 81,81 Persentase Relative Error FOW PL (%)` LPL (%) SPL (%) ka 1.5 ka 3 ka 5 ka ka ka 500 A 11,27 8,39 11,29 12,00,88 5,65 11,14 21

22 Hasil Simulasi Pemodelan Pinceti- Giannettoni Tegangan Discharge PARAMETER FOW PL LPL SPL ka 1.5kA 3 ka 5 ka ka ka 500 A V discharge (KV) 58,15 43,55 45,51 46,57 48,34 50,60 40,90 I petir (A) I arester (A) 9901,8 1412,8 2909,0 4906,9 9903, ,0 418,2 I beban (A) 126,74 87,12 91,02 93,14 96,69 1,17 81,81 Persentase Relative Error FOW PL (%) LPL (%) SPL (%) ka 1.5 ka 3 ka 5 ka ka ka 500 A 8,69 6,48 4,86 1,46-3,32 -,12 11,14 22

23 Perbandingan Tegangan Discharge Rata-rata error tegangan discharge model arester Pinceti-Giannattoni lebih kecil dibandingkan model arester IEEE W G

24 Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Front Of Wave Protection Level (FOW PL) 60 [kv] 50 59,53 kv IEEE WG [us] 25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :XX [kv] 50 58,15 kv 40 Pinceti-Giannettoni [us] 25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :MOV 24

25 Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Lightning Protection Level (LPL) (IEEE WG ) Arus petir 1.5 ka (8/ µs) Arus petir 3 ka (8/ µs) Arus petir 5 ka (8/ µs) 50 [kv] [kv] [kv] 44,33 kv 40 48,30 kv 50 51,41 kv [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 60 [kv] Arus petir ka (8/ µs) Arus petir ka (8/ µs) 60 [kv] 50 55,44 kv 59,48 kv [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 25

26 Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Lightning Protection Level (LPL) (Pinceti-Giannettoni) Arus petir 1.5 ka (8/ µs) Arus petir 3 ka (8/ µs) Arus petir 5 ka (8/ µs) [kv] 40 43,55 kv [kv] 40 [kv] 45,51 kv 46,57 kv [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD Arus petir ka (8/ µs) Arus petir ka (8/ µs) 50 [kv] ,34 kv 60 [kv] ,60 kv [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD 26

27 Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Switching Protection Level (SPL) 50 [kv] 40 40,90 kv 30 IEEE WG [ms] 16 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 50 [kv] 40 40,90 kv Pinceti-Giannettoni [ms] 16 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :MOV 27

28 Perbandingan Kurva Proteksi Nilai BIL peralatan > 115 % dari tegangan discharge arester 28

29 Tegangan yang Terukur Sebelum Pemasangan Arester Arus Petir (KA) Tegangan (KV) Fasa Tiang 1 Tiang 2 Tiang 3 Tiang 4 Tiang 5 A 47, 158,82 214,98 7,06 6,98 B 17,90 132,95 214,98 182,87 181,24 C 21,70 152,27 214,98 8,70 8,50 A 155,60 713,90 03,70 955,60 955,30 B 97,70 554,90 03,70 431,06 380,50 C 116,90 642,00 03,70 867,80 855,80 A 291, , , , 189,07 B 161,85 911, ,70 857, 757,76 C 240, , , , ,40 A 427,00 22, , , 2826, B 246, , 2974, , ,00 C 364, , , , , A 562, , , 3762, ,50 B 331, 18, 3963, 17, ,40 C 488, , , 3419, , 29

30 Respon Tegangan Sinusida Sebelum Arester Dipasang Arus Petir (KA) Tegangan (KV) Fasa Tiang 1 Tiang 2 Tiang 3 Tiang 4 Tiang 5 A B C A B C A B C A B C A B C

31 Tegangan Tembus pada Isolator Tanpa Perlindungan Arester Arus Petir (KA) Fasa Tegangan (KV) T1 T2 T3 T4 T5 A B C Tegangan Tiang A B C Tegangan Tiang A B C Tegangan Tiang A B C Tegangan Tiang A B C Tegangan Tiang

32 Respon Tegangan Sinusida Setelah Arester Dipasang Arus Petir (KA) Fasa Tegangan (KV) PB180 PB347 PA555 PA480 PA481 A B C A B C A B C A B C A B C

33 Bentuk Gelombang Sebelum Pemasangan Respon tegangan (0 s - 1 s) Arester 2.0 [MV] Respon tegangan (0 s - 2 µs) Merah Hijau Biru : Fasa A : Fasa B : Fasa C [us] 2.0 (file Salurankvarrester18kv2.pl4; x-var t) v:pa555a v:pa555b v:pa555c 33

34 Aliran Arus yang Disalurkan Arester ke Tanah hampir semua arus petir mampu dialirkan arester ke tanah dengan persentase lebih dari 90% dari arus petir Arus Petir (ka) Arus yang Diaalirkan Arrester (A) 1 917, , , ,00 198,00 34

35 Bentuk Gelombang Setelah Pemasangan Arester 80 [kv] 58 Respon tegangan (0 s - 1 s) [kv] [s] 0. (file Salurankvarrester18kv2.pl4; x-var t) v:pa555a v:pa555b v:pa555c 36 Respon tegangan (0 s 0,5 ms) Merah Hijau Biru : Fasa A : Fasa B : Fasa C [ms] 0.5 (file Salurankvarrester18kv2.pl4; x-var t) v:pa555a v:pa555b v:pa555c 35

36 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian, arester akan bekerja apabila pada terminal arester mendeteksi tegangan ± 40 kv. Perbandingan error simulasi tegangan discharge kedua pemodelan dengan nilai pada datasheet menunjukkan model arester Pinceti- Giannettoni memiliki hasil error yang lebih kecil dibandingkan dengan model arester IEEE W G Pada kondisi tiang tanpa perlindungan arester lonjakan tegangan yang terjadi akibat sambaran petir pada kawat fasa mencapai nilai terendah 47,1 kv hingga nilai yang tertinggi mencapai 3,96 MV. Lonjakan tegangan ini terjadi selama ms kemudian berubah sinusoida dengan osilasi yang tinggi mencapai 45 kv. Pemasangan arester pada saluran distribusi memberikan perlindungan dari terjadinya tegangan lebih, sehingga nilai lonjakan tegangan pada masing-masing tiang ketika terkena sambaran langsung menjadi turun dengan nilai rata-rata dibawah BIL pada sistem kv. 36

37 Terima kasih