ANALISIS KOORDINASI ISOLASI SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI 150 KV TERHADAP SAMBARAN PETIR DI GIS TANDES MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EMTP RV

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RE 1599 ANALISIS KOORDINASI ISOLASI SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI 150 KV TERHADAP SAMBARAN PETIR DI GIS TANDES MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EMTP RV IKA PRAMITA OCTAVIANI NRP Dosen Pembimbing IGN Satriyadi Hernanda,ST,MT Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST,M.Sc JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

2 TUGAS AKHIR RE1599 ANALISIS KOORDINASI ISOLASI SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI 150 KV TERHADAP SAMBARAN PETIR DI GIS TANDES MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EMTP-RV Ika Pramita Octaviani NRP Dosen Pembimbing IGN Satriyadi Hernanda,ST,MT Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST,M.Sc JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

3 ANALISIS KOORDINASI ISOLASI SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI 150 KV TERHADAP SAMBARAN PETIR DI GIS TANDES MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EMTP - RV TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Menyetujui : Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II IGN Satriyadi H,ST,MT NIP Dr.Eng.I Made Yulistya N,ST,M.Sc NIP SURABAYA JULI 2009

4 ABSTRAK Sejalan dengan kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat, maka diperlukan suatu sistem tenaga listrik yang dapat bekerja secara optimal. Sistem tenaga listrik menyalurkan daya dari pembangkit tenaga listrik ke konsumen melalui jaringan tenaga listrik yang terdiri dari saluran transmisi dan distribusi. Penyaluran daya listrik dengan saluran udara tegangan tinggi (SUTT) terkadang melalui daerah dengan potensi sambaran petir yang cukup tinggi sehingga dapat mengalami gangguan akibat sambaran langsung. Pada jaringan transmisi yang melalui daerah dengan potensi sambaran petir yang cukup tinggi, maka probabilitas terkena sambaran petir akan cukup besar. Oleh karena itu, dibutuhkan adanya koordinasi isolasi pada saluran udara tersebut untuk menghindari terjadinya kerusakan pada peralatan. Pada tugas akhir ini akan membahas koordinasi isolasi saluran udara tegangan tinggi 150 kv di GIS Tandes. Metode yang digunakan adalah melakukan simulasi dengan bantuan perangkat lunak EMTP RV untuk mendapatkan performa sistem. Pada kasus ini akan diambil contoh pada GIS Tandes yang mempunyai tegangan sistem 150 kv. Didapatkan nilai TID trafo 607,2 kv, TID peralatan (pemutus daya, trafo pengukur, busbar dan lain-lain) sebesar 715 kv dan TID saklar sebesar 825 kv Kata kunci : Koordinasi Isolasi, Back-flashover, Petir iii

5 ABSTRACT In compliance with the increasing electrical energy needs, it is necessary to have an optimal electrical power system that can supply electrical power for consumers. The supply of the electrical power from power plant to consumers send through the distribution and the transmission lines. Sometimes, the transmission with high voltage over head lines passed through high potential lightning location may cause flash to the line. This study, analysis the insulation coordination from lightning protection performance in high voltage transmission 150 kv in GIS Tandes, discussed and simulated the simulation with EMTP RV software to get the system performance. The results show that Tandes GIS that use 150 kv as the voltage system have overvoltage value 165 kv and 138 kv for the rating arrester. Keyword : Insulation Coordination, Back-flashover, Lightning iv

6 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul : ANALISIS KOORDINASI ISOLASI SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI 150 KV TERHADAP SAMBARAN PETIR DI GIS TANDES MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EMTP - RV Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi Strata-1 pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Keluarga yang telah banyak memberikan dorongan dan doa untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak IGN Satriyadi Hernanda, ST, MT dan Bapak Dr. Eng. I Made Yulistya N., ST, M.Sc selaku dosen pembimbing. 3. Seluruh dosen pengajar Jurusan Teknik Elektro ITS. 4. Seluruh rekan-rekan E-44 di Jurusan Teknik Elektro ITS. 5. Seluruh teman-teman, sahabat, yang tidak dapat disebutkan satu per-satu, yang banyak membantu dan mendukung selama pengerjaan tugas akhir ini. Dalam penyusunan laporan tugas akhir penulis menyadari masih terdapat beberapa kekurangan dalam penyusunan maupun pembahasan masalah karena keterbatasan pengetahuan penulis. Besar harapan penulis bahwa buku tugas akhir ini dapat memberikan informasi dan manfaat bagi semua pembaca. Surabaya, Juli 2009 Penulis. vii

7 DAFTAR ISI Hal LEMBAR JUDUL LEMBAR PENGESAHAN... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Tujuan Metodologi Sistematika Penulisan Relevansi... 4 BAB II TEORI PENUNJANG 2.1. Sistem Tenaga Listrik Tegangan Tinggi Gardu Induk dan Saluran Transmisi Petir Fenomena Petir Proses Terjadinya Petir Peta Iso Keraunic Penangkapan Sambaran pada Saluran Transmisi Proses Terjadinya Gangguan Petir pada Saluran Transmisi Back-flashover Gangguan Kilat Pada Kawat Tanah Kerusakan yang Diakibatkan Oleh Sambaran Petir Perlindungan Terhadap Sambaran Petir BAB III KOORDINASI ISOLASI 3.1 Koordinasi Isolasi Prinsip dan Pengertian Dasar ix

8 3.1.2 Memburuknya Isolasi Karakteristik Alat Pelindung Koordinasi Alat Pelindung dengan Isolasi Peralatan Arrester Karakteristik Arrester Jenis-jenis Arrester Pemilihan Arrester Rating Arrester Pemilihan Rating Arrester Pemodelan Menggunakan EMTP RV BAB IV ANALISIS KOORDINASI ISOLASI TERHADAP SAMBARAN PETIR 4.1 Saluran Transmisi dan Parameter Sambaran Petir Analisis dan Perhitungan Koordinasi Isolasi untuk Sistem 150 kv di GIS Tandes Simulasi Pemodelan Sambaran Petir di Saluran Udara Tegangan Tinggi Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Tegangan Terhadap Perubahan Nilai Front Time Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Tegangan TerhadapPerubahan Nilai Front Time Pada Transmisi Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Tegangan TerhadapPerubahan Nilai Front Time Pada CB Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Tegangan Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Tegangan Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum Pada Transmisi Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Tegangan Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum Pada CB Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Front Time Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Front Time di Tower I pada phase A, B dan C x

9 4.4.2 Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Front Time di Tower II pada phase A, B dan C Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Front Time di Tower III pada phase A, B dan C Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum di Tower I pada phase A, B dan C Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum di Tower II pada phase A, B dan C Analisis Hasil Simulasi Nilai Puncak Arus Terhadap Perubahan Nilai Arus Maksimum di Tower III pada phase A, B dan C BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR RIWAYAT HIDUP xi

10 DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Diagram Segaris Sistem Tenaga Listrik Sederhana Gambar 2.2 Lay Out GIS... 8 Gambar 2.3 Susunan Peralatan Gardu Induk (GIS) Bay Penghantar 150 kv... 8 Gambar 2.4 Beberapa Bentuk Tiang dan Menara Listrik Gambar 2.5 Isolator Tumpu Gambar 2.6 Isolator Gantung Gambar 2.7 Petir Gambar 2.8 Proses Terjadinya Petir Gambar 2.9 Sambaran Petir Gambar 2.10 Peta Iso Keraunic Level Indonesia Tahun Gambar 2.11 Lebar Jalur Perisaian Terhadap Sambaran Kilat Gambar 2.12 Petir Yang Menyambar Kawat Tanah Saluran Transmisi Di Tempat Yang Terletak Antara Dua Tiang Gambar 2.13 Back-flashover Pada Menara Transmisi Gambar 3.1 Penampang Arrester Gambar 3.2 Arrester Jenis Ekspulsi Gambar 3.3 Layar Utama EMTPWorks Gambar 3.4 Tampilan EMTP RV Gambar 4.1 Menara Transmisi Gambar 4.2 Single Line Diagram GIS Tandes Gambar 4.3 Single Line Diagram Dari GIS Tandes 150 kv Untuk Saluran Tandes Sawahan Gambar 4.4 Model Petir Tipe CIGRE Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Tegangan Impuls di Transmisi A, B dan C terhadap nilai front time Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi A Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi B Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi C Tegangan Impuls di CB A, B dan C Terhadap Nilai Front Time Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada CB A xii

11 Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada CB B Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada CB C Gambar 4.13 Tegangan Impuls di Transmisi A, B dan C Terhadap Nilai Arus Maksimum Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi A Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi B Gambar 4.16 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi C Gambar 4.17 Tegangan Impuls di CB A, B dan C Terhadap Nilai Arus Maksimum Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada CB A Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada CB B Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Tegangan Puncak Pada CB C Gambar 4.21 Arus Impuls di Tower I Pada Phase A, B dan C Terhadap Nilai Front Time Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase A Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase B Gambar 4.24 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase C Gambar 4.25 Arus Impuls di Tower II Pada Phase A, B dan C Terhadap Nilai Front Time Gambar 4.26 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase A Gambar 4.27 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase B Gambar 4.28 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase C Gambar 4.29 Arus Impuls di Tower III Pada Phase A, B dan C Terhadap Nilai Front Time xiii

12 Gambar 4.30 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase A Gambar 4.31 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase B Gambar 4.32 Grafik Perbandingan Nilai Front Time Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase C Gambar 4.33 Arus Impuls di Tower I Pada Phase A, B dan C Terhadap Nilai Arus Maksimum Gambar 4.34 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase A Gambar 4.35 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase B Gambar 4.36 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase C Gambar 4.37 Arus Impuls di Tower II Pada Phase A, B dan C Terhadap Nilai Arus Maksimum Gambar 4.38 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase A Gambar 4.39 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase B Gambar 4.40 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase C Gambar 4.41 Arus Impuls di Tower III Pada Phase A, B dan C Terhadap Nilai Arus Maksimum Gambar 4.42 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase A Gambar 4.43 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase B Gambar 4.44 Grafik Perbandingan Nilai Arus Maksimum Terhadap Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase C xiv

13 DAFTAR TABEL Hal Tabel 2.1 Relasi Empiris Antara Kerapatan Sambaran Kilat dan Hari Guruh Tahunan Tabel 2.2 Hubungan Antara Arus Puncak Kilat dan Seringnya Terjadi Tabel 2.3 Hubungan Antara Waktu Untuk Mencapai Puncak dan Seringnya Terjadi Tabel 2.4 Relasi Empiris Antara Kerapatan Sambaran Kilat dan Hari Guruh Tahunan Tabel 4.1 Data Transmisi PT. PLN (Persero) P3B Region Jawa Timur dan Bali UPT Surabaya Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Tahanan Pentanahan Menara SUTT 150 kv Line Tandes Sawahan PT. PLN (Persero) P3B Region Jawa Timur dan Bali UPT Surabaya Tabel 4.3 Perbandingan Hasil Perhitungan dengan Koordinasi Isolasi Peralatan Pada Sistem 150 kv Tabel 4.4 Nilai Front Time dan Nilai Tegangan Puncak PadaTransmisi A Tabel 4.5 Nilai Front Time dan Nilai Tegangan Puncak PadaTransmisi B Tabel 4.6 Nilai Front Time dan Nilai Tegangan Puncak PadaTransmisi C Tabel 4.7 Nilai Front Time dan Nilai Tegangan Puncak PadaCB A Tabel 4.8 Nilai Front Time dan Nilai Tegangan Puncak Pada CB B Tabel 4.9 Nilai Front Time dan Nilai Tegangan Puncak Pada CB C Tabel 4.10 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi A Tabel 4.11 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi B Tabel 4.12 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Tegangan Puncak Pada Transmisi C Tabel 4.13 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Tegangan Puncak Pada CB A Tabel 4.14 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Tegangan Puncak Pada CB B Tabel 4.15 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Tegangan Puncak Pada CB C xv

14 Tabel 4.16 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase A Tabel 4.17 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase B Tabel 4.18 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase C Tabel 4.19 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase A Tabel 4.20 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase B Tabel 4.21 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase C Tabel 4.22 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase A Tabel 4.23 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase B Tabel 4.24 Nilai Front Time dan Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase C Tabel 4.25 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase A Tabel 4.26 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase B Tabel 4.27 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower I di Phase C Tabel 4.28 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase A Tabel 4.29 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase B Tabel 4.30 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower II di Phase C Tabel 4.31 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase A Tabel 4.32 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase B Tabel 4.33 Nilai Arus Maksimum dan Nilai Arus Puncak Pada Tower III di Phase C xvi