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
Lightning Arrester Definisi Lightning Arrester Penggunaan Lightning Arrester Jenis-jenis Lightning Arrester 2
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
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
Tujuan Pengujian + Simulasi Mendapatkan Karakteristik Lightning Arrester Mengevaluasi Kinerja Lightning Arrester Pada Saluran Distribusi kv 5
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 45,9 50 56,3 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
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) 43750 4375 0 38437.5 384.375 0 48125 481.25 00 42500 42.5 00 52500 52.5 00 44687.5 22.34375 00 54375 27.1875 4000 46250 11.5625 4000 56250 14.0625 6000 46875 7.8125 6000 56875 9.479167 8000 47812.5 5.976563 8000 58437.5 7.304688 000 48437.5 4.84375 000 59375 5.9375 0 48750 4.0625 0 60312.5 5.026042 14000 49375 3.526786 14000 61562.5 4.397321 16000 49687.5 3.5469 16000 62500 3.90625 18000 50000 2.777778 18000 64062.5 3.559028 000 50312.5 2.515625 000 65625 3.28125
Kurva karakteristik tahanan non linier A0
Kurva karakteristik tahanan non linier A1
Skema Pengujian Lightning Arrester
Rangkaian Pembangkit Tegangan Impuls Rangkaian Pembangkit Tegangan Impuls 2 tingkat (Generator Mark) Pengosongan muatan 11
Simulasi Pemodelan Lightning Arrester Pemodelan IEEE W G 3.4.11 Pemodelan Pinceti-Giannattoni Simulasi Pemodelan IEEE W G 3.4.11 Simulasi Pemodelan Pinceti-Giannattoni 12
Persamaan Pemodelan Lightning Arrester Parameter IEEE WG 3.4.11 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
Pemodelan Saluran Distribusi Yang digunakan dalam simulasi 14
Data Saluran Tiang Panjang Penghantar (m) PB180 - PB347 2586 PB347 PA655 1119 PA655 - PA480 1193 PA480 - PA481 1630 Parameter R Line / fasa L AA L BB L CC L AB LBC LAC Nilai 0.000438 Ω/m 0.009 mh/m 0.009 mh/m 0.009 mh/m 0.00016 mh/m 0.00016 mh/m 0.00002 mh/m 15
Pemodelan Lima Tiang Trafo Distribusi Pemodelan Sumber Petir Tiang 1 Tiang 2 Tiang 3 Tiang 4 Tiang 5 Pemodelan Tiang Pemodelan Arester 16
Hasil Pengujian Tanpa Beban V Charging (KV) V out Bentuk Gelombang VC1 VC2 (KV) T1 (µs) T2 (µs) Arus (A) 15 15 28,411 0,948 49,78 18,177 15 15 26,775 1,869 52,011,573 34,96 0,951 49,068 58,021 34,64 0,946 49,915 56,708 34 34 41,61 1,12 47,419 589,46 34 34 41,275 1,092 47,836 569,15 52 52 49,704 1,294 38,287 1229,9 52 52 49,431 1,273 38,318 1214,7 78 78 59,747 2,811 29,877 2305,7 78 78 59,296 2,862 30,217 2262,3 5 5 70,609 3,528 27,068 3563,2 5 5 69,877 3,802 27,116 3478,6 17
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 Hasil Pengujian Berbeban Bentuk V Charging (KV) V out Gelombang VC1 VC2 (KV) T1 (µs) T2 (µs) Arus (A)* 33 33 41,23 1,2 46,964 544,08 33 33 41,6 1,096 52,163 533,21 50 50 50,968 2,07 36,763 1287,4 50 50 50,626 2,05 37,656 1270,4 67 67 59,429 2,92 29,452 1999,1 67 67 59,425 2,932 27,885 1990 87 87 70,367 3,938 24,165 3067,9 87 87 70,168 3,829 22,51 3072,1 (*) : Arus yang mengalir di arrester Bentuk V Charging (KV) V out Gelombang VC1 VC2 (KV) T1 (µs) T2 (µs) Arus (A)** 33 33 41,218 1,111 41,218 81,2 33 33 41,14 1,095 41,14 56,1 50 50 51,14 2,3 51,14 2612,5 50 50 51,03 2,9 51,03 2656 67 67 59,782 2,967 59,782 4065,4 67 67 59,392 3,024 59,392 4038,6 87 87 69,983 3,892 69,983 5754,8 87 87 69,941 4,155 69,941 5690,6 (**) : Arus yang mengalir di beban
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
Hasil Simulasi Pemodelan IEEE WG 3.4.11 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) 000 1500 3000 5000 000 000 500 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
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) 000 1500 3000 5000 000 000 500 I arester (A) 9901,8 1412,8 2909,0 4906,9 9903,4 19899,0 418,2 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
Perbandingan Tegangan Discharge Rata-rata error tegangan discharge model arester Pinceti-Giannattoni lebih kecil dibandingkan model arester IEEE W G 3.4.11 23
Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Front Of Wave Protection Level (FOW PL) 60 [kv] 50 59,53 kv 40 30 IEEE WG 3.4.11 0 0 5 15 [us] 25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :XX0001 60 [kv] 50 58,15 kv 40 Pinceti-Giannettoni 30 0 0 5 15 [us] 25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :MOV 24
Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Lightning Protection Level (LPL) (IEEE WG 3.4.11) Arus petir 1.5 ka (8/ µs) Arus petir 3 ka (8/ µs) Arus petir 5 ka (8/ µs) 50 [kv] 40 50 60 [kv] [kv] 44,33 kv 40 48,30 kv 50 51,41 kv 30 30 40 30 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 60 [kv] 50 40 Arus petir ka (8/ µs) Arus petir ka (8/ µs) 60 [kv] 50 55,44 kv 59,48 kv 40 30 30 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 25
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) 50 50 50 [kv] 40 43,55 kv [kv] 40 [kv] 45,51 kv 46,57 kv 40 30 30 30 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [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] 40 30 48,34 kv 60 [kv] 50 40 50,60 kv 30 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD 0 0.00 0.05 0. 0.15 0. [ms] 0.25 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :LOAD 26
Hasil Simulasi Gelombang Tegangan Discharge Switching Protection Level (SPL) 50 [kv] 40 40,90 kv 30 IEEE WG 3.4.11 0 0 2 4 6 8 12 14 [ms] 16 (f ile IEEE15KV.pl4; x-v ar t) v :LOAD 50 [kv] 40 40,90 kv Pinceti-Giannettoni 30 0 0 2 4 6 8 12 14 [ms] 16 (f ile PINCETI15.pl4; x-v ar t) v :MOV 27
Perbandingan Kurva Proteksi Nilai BIL peralatan > 115 % dari tegangan discharge arester 28
Tegangan yang Terukur Sebelum Pemasangan Arester Arus Petir (KA) 1 5 15 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 291,50 1408,60 1985,70 1891, 189,07 B 161,85 911,90 1985,70 857, 757,76 C 240,60 1277,30 1985,70 1713,50 1690,40 A 427,00 22,70 2974,40 2827, 2826, B 246,48 1366, 2974,40 1283,90 1135,00 C 364,82 1914,70 2974,40 2566,60 2531, A 562,60 2797,00 3963, 3762,85 3761,50 B 331, 18, 3963, 17,80 1512,40 C 488,90 2551,00 3963, 3419,50 3372, 29
Respon Tegangan Sinusida Sebelum Arester Dipasang Arus Petir (KA) 1 5 15 Tegangan (KV) Fasa Tiang 1 Tiang 2 Tiang 3 Tiang 4 Tiang 5 A.6 23.01.3 B.7 24 24.5 22.5 C.01.01 21.7 A 21.5 27.5.01 22 B 21.5 27.5 28.5 26 C.2 21 21.2 22.5 A 40 26.8.01 21.8 B 22.5 23 22.5 25.5 C 23 23.6 21.1 22 A 34 26.01.4 B.6 28 27 25.6 C 25 22 23.5 A 45 24.8.01 21.4 B 25 25.2 28.2 25.2 C 24.2.8 23 25
Tegangan Tembus pada Isolator Tanpa Perlindungan Arester Arus Petir (KA) Fasa Tegangan (KV) T1 T2 T3 T4 T5 A 0 158.8 214.98 7.06 6.9 1 B 0 91.61 214.98 182.86 181.2 C 0 152.33 214.98 8.7 8.5 Tegangan Tiang 0 91.61 214.98 89.42 78.52 A 155.6 714.3 03.7 955.6 955.3 5 B 87.8 555 03.7 431.06 380.5 C 87.8 642.3 03.7 867.8 855.8 Tegangan Tiang 87.8 455.19 03.7 431.06 380.6 A 291.3 1408.5 1985.7 1891.3 189.07 B 168.12 911.9 1985.7 857.1 757.76 C 240.8 1277.3 1985.7 1713.5 1690 Tegangan Tiang 168.12 911.9 1985.7 857.1 757.76 A 426.96 22.7 2974.4 2827.1 2826.1 15 B 249.86 1366.1 2974.4 1283.9 1135 C 364.82 1914.2 2974.4 2566.6 2531.1 Tegangan Tiang 249.8 1366.1 2974.4 1283.9 1135.1 A 562.1 2797 3963.1 3762.8 3761.5 B 331.6 18.2 3963.1 17.8 1512.4 C 488.9 2551 3963.1 3419.5 3372.2 Tegangan Tiang 331.6 18.2 3963.1 178 1512.4
Respon Tegangan Sinusida Setelah Arester Dipasang Arus Petir (KA) 1 5 15 Fasa Tegangan (KV) PB180 PB347 PA555 PA480 PA481 A 19.99 19.94 19.92 19.92 19.92 B C A 19.99 19.94 19.92 19.92 19.92 B C A 19.99 19.94 19.92 19.92 19.92 B C A 19.99 19.94 19.92 19.92 19.92 B C A 19.99 19.94 19.92 19.92 19.92 B C
Bentuk Gelombang Sebelum Pemasangan Respon tegangan (0 s - 1 s) Arester 2.0 [MV] 1.5 1.0 0.5 Respon tegangan (0 s - 2 µs) Merah Hijau Biru : Fasa A : Fasa B : Fasa C 0.0-0.5-1.0 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 [us] 2.0 (file Salurankvarrester18kv2.pl4; x-var t) v:pa555a v:pa555b v:pa555c 33
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) 1 917,60 5 4883,60 9860,80 15 14840,00 198,00 34
Bentuk Gelombang Setelah Pemasangan Arester 80 [kv] 58 Respon tegangan (0 s - 1 s) 36 14-8 80 [kv] -30 58 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [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 14-8 -30 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 [ms] 0.5 (file Salurankvarrester18kv2.pl4; x-var t) v:pa555a v:pa555b v:pa555c 35
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 3.4.11 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
Terima kasih