1 MITIGASI GANGGUAN TRANSMISI AKIBAT PETIR PADA PT. PLN (PERSERO) P3B SUMATERA UPT TANJUNG KARANG Handy Wihartady, Eko Prasetyo, Muhammad Bayu Rahmady, Rahmat Hidayat, Aryo Tiger Wibowo PT. PLN (Persero) P3B Sumatra UPT Tanjung Karang Jl. Basuki Rahmat No 19, Bandar Lampung Abstrak: Petir merupakan penyebab gangguan transmisi paling dominan di Indonesia. Di wilayah kerja UPT Tanjung Karang tercatat 10 kali gangguan transmisi yang disebabkan oleh petir terjadi pada tahun 2012 dan 2 diantaranya menyebabkan Subsistem Lampung padam total. Beberapa pemeriksaan dan perbaikan telah dilakukan antara lain perbaikan pentanahan tower transmisi, penyambungan ground wire, penggantian insulator yang mengalami flashover, dan pemasangan Transmission Line Arrester (TLA). Tulisan ini akan membahas perbaikan-perbaikan yang telah dilakukan tersebut dengan titik berat pada pemasangan TLA. Efektifitas pemasangan TLA masih belum dapat disimpulkan karena intensitas petir masih belum terlalu tinggi akibat baru dimulainya musim penghujan sehingga data yang terkumpul masih minim. Sehubungan dengan poin c di atas, berikut ini data gangguang transmisi pada jalur backbone pada tahun 2011 dan 2012. Tabel 1. Gangguan petir pada SUTT backbone tahun 2011 [1] 1 PENDAHULUAN UPT Tanjung Karang merupakan unit operasional transmisi dan gardu induk dengan wilayah kerja dari Bukit Asam sampai Kalianda yang melayani 5 area distribusi. Suplai energi listrik diperoleh dari 2 sektor pembangkitan dan transfer energi dari UPT Palembang melalui SUTT 150 kv Bukit Asam Baturaja untuk selanjutnya disalurkan ke pusat beban melalui SUTT 150 kv Baturaja Bukit Kemuning Kotabumi - Tegineneng. Performa dari pembangkit-pembangkit yang ada di Subsistem Lampung masih belum optimal sehingga mayoritas energi masih mengandalkan transfer energi dari UPT Palembang. Kendala-kendala yang dihadapi oleh UPT Tanjung Karang akibat transfer energi tersebut adalah : a. SUTT 150 kv Bukit Asam Baturaja Bukit Kemuning sebagai backbone utama masih menggunakan ACSR 240 mm 2 tiap penghantar dengan beban transfer maksimum 250 MW. Kondisi ini mengakibatkan security N-1 tidak terpenuhi. b. Transfer energi yang besar dan kurangnya suplai MVAR di Subsistem Lampung menyebabkan realisasi susut transmisi menjadi sebesar 5 6 %. c. Intensitas petir sangat tinggi sehingga dibutuhkan perhatian ekstra untuk mencegah gangguan akibat petir pada jalur tersebut. d. Akibat sering dibebani pada beban maksimal maka konduktor dan kelengkapannya harus lebih sering dimonitor. Tabel 2. Gangguan petir pada SUTT backbone tahun 2012 hingga akhir November 2012 [2] Mengacu pada Tabel 1 dapat diketahui bahwa pada tahun 2011 terdapat enam kali gangguan petir pada saluran backbone dengan total lama padam SUTT selama 1 jam 52 menit dan total energi tidak tersalurkan sebesar 1.098,8 MWh. Sedangkan pada tahun 2012 gangguan petir pada saluran transmisi backbone telah mengakibatkan 4 kali padam konsumen dengan total energi tidak tersalurkan sebesar 1.804,94 MWh. Berdasarkan data-data tersebut di atas, maka UPT Tanjung Karang dituntut untuk melaksanakan perbaikan yang akan dibahas secara detail pada bagian 3.
2 2 SAMBARAN PETIR PADA TRANSMISI Sambaran petir pada saluran transmisi dapat menyebabkan gangguan melalui 3 cara (seperti ditunjukkan pada gambar 1) : a. Sambaran langsung pada kawat fasa atau biasa disebut direct lightning stroke. Hal ini disebabkan karena kegagalan sudut perlindungan petir. Biasanya disebabkan oleh petir dengan arus yang tidak terlalu besar sehingga diameter jarak sambarannya tidak terlalu besar. Arus sambaran petir tersebut jika dikalikan dengan 0.5 dari karakteristik impedansi (300 Ω) akan menghasilkan magnitude tegangan yang besar sehingga dapat menyebabkan flashover atau sparkover. Kejadian ini biasa disebut sebagai shielding failure flash/sparkover. b. Sambaran tidak langsung yang mengenai tower atau kawat tanah (ground wire). Nilai arus petir dan pentanahan kaki tower yang besar serta nilai impedansi tower menyebabkan magnitude tegangan menjadi besar sehingga dapat menyebabkan flashover atau sparkover. Kejadian ini biasa disebut sebagai back flash/sparkover. c. Sambaran petir di sekitar saluran transmisi yang menyebabkan induksi tegangan pada kawat fasa atau tanah. A Indirect lightning stroke (in the tower or ground wire) B Direct lightning stroke (in the phase wire) due to shielding failure C Lightning stroke in the vicinity of the line or tower B A C Internal Breakdown Insulator Gambar 2. Gangguan arc pada insulator dan arcing horn 3 MITIGASI GANGGUAN AKIBAT PETIR Berdasarkan uraian pada bagian 2, beberapa hal perlu diperhatikan untuk menghindari gangguan akibat sambaran petir, diantaranya adalah perbaikan pentanahan kaki tower, pemasangan TLA, dan penambahan keping insulator. 3.1 Perbaikan pentanahan kaki tower Mayoritas hasil pengukuran resistansi pentanahan kaki tower SUTT tahunan telah menunjukkan nilai resistansi pentanahan yang baik dan memenuhi standar yaitu kurang dari 10Ω. Pada tower dengan resistansi pentanahan yang tinggi telah dilaksanakan perbaikan dengan hasil yang baik seperti terlihat pada Gambar 3. Gambar 1. Sambaran petir pada saluran transmisi Jenis-jenis sambaran petir di atas, seperti telah dijelaskan, akan mengakibatkan magnitude tegangan yang tinggi sehingga memberikan tekanan (stress) yang melebihi kemampuan daya tahan insulator atau arcing horn. Hal ini dapat menimbulkan gangguan arc pada insulator atau arcing horn yang berupa internal breakdown insulator, flashover, dan sparkover seperti ditunjukkan pada gambar 2. Jika nilai magnitude tegangan sangat tinggi, backflash/sparkover dapat terjadi pada lebih dari 1 fasa dan mengakibatkan gangguan 2 fasa tanah bahkan pada 2 penghantar sekaligus. Gambar 3. Grafik perbaikan resistansi gabungan pentanahan tower SUTT backbone Hal lain yang dilaksanakan untuk memperbaiki sistem pentanahan tower adalah : - Penyambungan ground wire ke tower, banyak temuan ground wire tidak disambung ke tower. - Penambahkan konduktor penghubung ground wire ke tanah serta menambah grounding rod di tanah seperti ditunjukkan pada gambar 4 Sebagai upaya mitigasi lanjutan dalam meminimalisir gangguan petir maka diprogramkan solusi baru dengan metode instalasi Transmission Line Arrester (TLA) dan upaya unbalance insulator dengan penambahan
3 insulator pada salah satu line pada tower SUTT backbone sebagai solusi untuk meminimalisir gangguan transmisi akibat sambaran petir. Sebagai bentuk mitigasi gangguan petir pada SUTT backbone maka mulai tanggal 23 Mei 2012 21 Juli 2012 telah dilaksanakan instalasi TLA pada penghantar 1 di 67 tower SUTT mulai dari GI Bukit Asam hingga GI Tegineneng. Gambar 4. Metode perbaikan resistansi pentanahan dengan konduktor penghubung ground wire 3. 2 Instalasi TLA dan Unbalance Insulator Data yang diperoleh dari Stasiun BMKG Kotabumi menunjukkan bahwa pada SUTT backbone khususnya pada saluran Baturaja Bukit Kemuning dan Bukit Kemuning - Kotabumi cukup rawan dengan gangguan petir, yaitu memiliki kerapatan petir lebih dari 1.359.599 sambaran per tahun dengan nilai sambaran terbesar yaitu lebih dari 2.950.774 sambaran per tahun pada wilayah saluran Bukit Kemuning Kotabumi. Gambar 6. Peta sebaran petir CG penghantar Bukit Asam - Baturaja [4] Gambar 7. Kondisi aktual instalasi TLA Pada tower transmisi yang berada pada wilayah kerja UPT Tanjung Karang terdapat dua macam insulator yang umum dipasang yaitu tipe porcelain dan kristal. Kedua tipe insulator tersebut dipasang dengan lokasi sebaran sebagai berikut : Gambar 5. Peta intensitas petir provinsi Lampung [3]
4 Tabel 3. Alokasi sebaran insulator pada SUTT backbone Tabel 5. Alokasi waktu instalasi TLA Hasil climb up inspection yang telah dilaksanakan oleh tim PDKB menunjukkan bahwa historical flashover pada SUTT backbone adalah sebagai berikut [4] : Tabel 6. Alokasi fasa instalasi TLA Tabel 4. Historical flashover hasil climb up inspection SUTT backbone tahun 2010-2012 Historical flashover tersebut merupakan bukti bahwa mayoritas gangguan petir SUTT terjadi pada penghantar Baturaja - Bukit Kemuning. Guna meminimalisir probabilitas terjadinya flashover pada tower tersebut, maka jumlah insulator yang memisahkan antara kawat transmisi dan tower transmisi ditambah. Upaya ini dilaksanakan hanya pada salah satu line dalam tiap tower transmisi dengan tujuan lebih melindungi penghantar 1 dan mengorbankan penghantar 2 untuk hanya bergantung pada fungsi auto reclose relay distance dalam menjaga penghantar 2 dari kemungkinan terputusnya penyaluran tenaga listrik ketika terjadi gangguan petir. Penambahan insulator pada SUTT backbone penghantar 1 dilaksanakan bersamaan dengan climb up inspection pada penghantar 2. Adapun alokasi upaya unbalance insulator tiap saluran SUTT backbone adalah sebagai berikut : Tabel 7. Alokasi waktu upaya unbalance insulator Mengacu pada Tabel 6 maka dapat diketahui bahwa hingga bulan November 2012 telah terdapat total 7 kali gangguan petir pada saluran SUTT backbone dimana 6 diantara-nya terjadi sebelum dilaksanakan instalasi TLA dan upaya unbalance insulator. Ketika terjadi gangguan petir pada kedua penghantar, penghantar 1 diharapkan lebih tahan dari kemungkinan tegangan tembus dan penghantar 2 akan tembus terlebih dahulu, sehingga relay distance pada penghantar 2 akan mendeteksi gangguan petir dan meng-initiate auto reclose. 4 ANALISA TITIK INSTALASI TLA Secara umum instalasi TLA pada SUTT backbone dilaksanakan pada penghantar 1 dengan alokasi tiap saluran penghantar adalah sebagai berikut : Tabel 8. Perbedaan efek flashover berdasarkan lokasi instalasi TLA pada riset Syarif Hidayat [5]
5 Sebagai referensi pengembangan, ke depan dapat dipertimbangkan untuk memodifikasi lokasi instalasi TLA pada tower transmisi mengacu pada hasil riset Syarif Hidayat [5] dan EGAT di Thailand [6]. Tabel 9. Hasil riset instalasi TLA oleh EGAT tahun 2008-2011 [6] Dari kedua riset tersebut dapat disimpulkan bahwa probabilitas paling aman dari sambaran petir dapat diperoleh ketika TLA dipasang di kedua penghantar pada posisi tiga fasa. Hasil riset Syarif Hidayat yang menunjukkan probabilitas terbaik diperoleh ketika dipasang pada fasa atas dan bawah tidak dapat dijadikan referensi penuh karena hasil riset EGAT menunjukkan masih terdapat flashover ketika konfigurasi tersebut digunakan pada tower transmisi mereka. 3. Sebagai referensi pengembangan, ke depan dapat dipertimbangkan untuk memodifikasi lokasi instalasi TLA pada tower transmisi mengacu pada hasil riset EGAT di Thailand [5] dan Syarif Hidayat [6]. 6 REFERENSI [1]. Tim Rencana dan Evaluasi, Pencapaian Kinerja UPT Tanjung Karang 2011, PT. PLN (Persero) UPT Tanjung Karang, Bandar Lampung, 2011. [2]. Tim Rencana dan Evaluasi, Verifikasi Kinerja UPT Tanjung Karang 2012, PT. PLN (Persero) UPT Tanjung Karang, Bandar Lampung, 2012. [3]. Santoso, Ari, Peta Intensitas Petir Wilayah Lampung 2011, Stasiun Geofisika BMKG Kotabumi, Kotabumi, 2011. [4]. Tim Pekerjaan Dalam Kondisi Bertegangan, Laporan Pelaksanaan Penggantian dan Penambahan Insulator SUTT 150 kv Bukit Asam Baturaja I Tanggal 08 20 Mei 2012, PT. PLN (Persero) UPT Tanjung Karang, Bandar Lampung, 2012. [5]. Hidayat, Syarif, Lightning & Transmission Lines, ITB, Bandung, 2012. [6]. 2012Suriyawong S dan Ruangkittikhun W, Transmission Line Arresters (TLA) Application On The 115 Kv Power Lines In Thailand, CEPSI, Bali, 2012. Hingga tulisan ini dibuat total terdapat 1 buah rekaman sambaran petir yang melewati TLA yang terpasang pada SUTT penghantar Baturaja - Blambangan Umpu, yaitu berupa sambaran petir negatif pada tower 306 kawat transmisi fasa S. 5 KESIMPULAN 1. Instalasi TLA dan unbalance insulator dilaksanakan hanya pada salah satu line dalam tiap tower transmisi dengan tujuan lebih melindungi penghantar 1 dan mengorbankan penghantar 2 untuk hanya bergantung pada fungsi auto reclose relay distance dalam menjaga penghantar 2 dari kemungkinan terputusnya penyaluran tenaga listrik ketika terjadi gangguan petir. 2. Efektifitas pemasangan TLA masih belum dapat disimpulkan karena intensitas petir masih belum terlalu tinggi akibat baru dimulainya musim penghujan sehingga data yang terkumpul masih minim.