ANALISIS PENGARUH DIAMETER DAN PANJANG ELEKTRODA PENTANAHAN ARESTER TERHADAP PERLINDUNGAN TEGANGAN LEBIH OLEH : SYAIFUDDIN NAJIB D 400 060 049 JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2012
ABSTRAKSI Untuk melindungi peralatan listrik tersebut perlu adanya suatu perlindungan maksimal sehingga gangguan dapat diminimalisir. Diperlukan adanya pemasangan kawat atau elektroda yang terhubung langsung ke tanah untuk pengamanan peralatan tersebut. Pemasangan ini dilakukan untuk memotong tegangan surja dan mengalirkannya ke tanah. Adapun kemampuan kerja alat ini juga dipengaruhi oleh kecuraman muka gelombang surja yang menuju peralatan. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester terhadap pemotongan tegangan pelepasan surja dan dapat mengetahui pengaruh diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester terhadap tegangan kerja arester Penelitian dilakukan pada bulan Agustus 2011 di gardu induk 150 kv Jajar, diawali dengan pengambilan data berupa name plate tranformator, arrester, tahanan pentanahan arrester dan penghantar yang digunakan. Kemudian dihitung rating tegangan arrester, dan parameter yang akan digunakan dalam simulasi menggunakan software PSCAD. Setelah itu parameter dimasukkan kedalam rangkaian uji sampai mendapatkan hasil yang diinginkan. Hasil yang diperoleh dari penelitian yaitu: Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin kecil tegangan pemotongan pelepasan akibat surja petir. Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin besar pula tegangan kerja maksimal akibat surja petir. Rata rata tegangan kerja maksimum pada arus petir 10 ka 80 ka adalah 258.95 kv dan Rata rata tegangan pemotongan maksimum pada arus petir 10kA - 80 ka adalah 3316.75 kv Kata kunci : petir, arrester, gardu induk, PSCAD
PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Untuk menyalurkan daya listrik dari pusat pembangkit ke konsumen diperlukan suatu sistem jaringan tenaga listrik yang dituntut untuk memiliki effisiensi yang tinggi dalam pelayanannya kepada konsumen. Sistem pengiriman tenaga listrik ke pusat-pusat beban dalam hal ini konsumen melalui saluran udara mempunyai resiko kemungkinan terkena petir, baik sambaran langsung sambaran yang mengenai saluran transmisi yang terhubung dengan peralatan tersebut maupun sambaran tak langsung sambaran di daerah luar saluran transmisi yang kemudian menimbulkan induksi. Lonjakan tegangan yang besar yang jauh di atas amplitude tegangan sistem akan terjadi jika saluran terkena sambaran petir. Hal ini mengakibatkan kerusakan terhadap peralatan. Dalam kaitannya dengan perlindungan peralatan terhadap tegangan lebih maka dikenal adanya koordinasi lokal. Koordinasi tersebut dinyatakan dalam bentuk langkahlangkah yang diambil untuk menghindarkan kerusakan pada peralatan listrik yang disebabkan tegangan lebih dan membatasi tegangan tersebut. Untuk melindungi peralatan listrik tersebut perlu adanya suatu perlindungan maksimal sehingga gangguan dapat diminimalisir. Diperlukan adanya pemasangan kawat atau elektroda yang terhubung langsung ke tanah untuk pengamanan peralatan tersebut. Pemasangan ini dilakukan untuk memotong tegangan surja dan mengalirkannya ke tanah. Adapun kemampuan kerja alat ini juga dipengaruhi oleh kecuraman muka gelombang surja yang menuju peralatan. Walaupun peralatan tersebut sudah diproteksi dengan pentanahan arrester, namun kenyataannya masih terjadi kerusakan pada peralatan tersebut. B. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang akan penulis lakukan yaitu : 1. Dapat mengetahui hubungan diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester terhadap pemotongan tegangan pelepasan surja 2. Dapat mengetahui pengaruh diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester terhadap tegangan kerja arester
A. Landasan Teori Petir Petir merupakan hasil pemisahan muatan listrik secara alami di dalam awan badai, proses pelepasan muatan ini akan berupa kilat cahaya dan suara gemuruh yang biasa disebut petir. Petir lebih sering terjadi antara pusat muatan satu dengan pusat muatan lainnya di dalam awan, sedangkan antara pusat muatan di dalam awan dengan pusat muatan di permukaan bumi jarang terjadi. Petir terjadi disebabkan oleh adanya konsentrasi muatan karena perbedaan tekanan udara dan temperatur yang menyebabkan pergerakan udara ke atas. Pergerakan udara keatas ini akan membawa uap air sampai pada ketinggian tertentu dimana temperatur udara sangat dingin. Uap air tersebut terkonsentrasi dan berubah menjadi titik-titik air seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, kumpulan dari titik-titik air ini disebut awan (Comulo Nimbus). Awan ini lebarnya bisa mencapai puluhan kilometer dan terdiri dari sejumlah besar sel-sel awan yang berdiri sendiri dengan ketinggian sekitar 7,5 km sampai dengan 18 km. Secara garis besar ada dua jenis awan badai yang membangkitkan muatan listrik statik, yaitu: a. Awan badai panas (heat storm clouds). b. Awan badai frontal (frontal storm clouds). Di dalam awan yang bermuatan positif adalah kristal es sedangkan yang bermuatan negatif adalah titik-titik air. Distribusi partikel-partikel tersebut secara normal memberikan peningkatan muatan negatif didasar awan. Peningkatan muatan negatif didasar awan mengakibatkan peningkatan muatan positif diatas tanah. Akibatnya antara tanah dan dasar awan terdapat beda potensial yang tinggi. Apabila gradien potensial tersebut sedemikian
besar, maka berakibat terjadinya proses tembus pada resistansi udara, sehingga menimbulkan suatu peluahan petir METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan pada bulan Agustus 2011 di PT. PLN (PERSERO) P3B JB REGION JAWA TENGAH DAN DIY UPT.SURAKARTA untuk observasi, dilanjutkan dengan perhitungan dan analisis menggunakan software PSCAD selama 1 bulan di rumah. B. Peralatan Utama dan Pendukung Peralatan yang digunakan untuk penelitian antaralain : a. Perangkat keras (hardware) yaitu seperangkat PC (Personal Computer) yang digunakan untuk menjalankan program PSCAD 4.2, dengan spesifikasi sebagai berikut : 1. Processor Intel Pentium IV 3.0 GHz. 2. Memory 2GB. 3. Motherboard Gigabyte 4. Vganvidia 512MB b. Perangkat lunak (software) yaitu program paket PSCAD 4.2 yang digunakan untuk analisa lightning arrester. c. Printer untuk mencetak hasil analisa C. Tahap penelitian Dalam penyusunan tugas akhir ini, metode penelitian yang akan di lakukan diantaranya:
1. Studiliteratur Studi literature adalah kajian penulis atas referensi-referensi yang ada baik berupa buku, karya-karya ilmiah, dan melalui internet, serta media massa yang berhubungan dengan penulisan laporanini. 2. Observasi Pengumpulan data dengan cara melihat langsung keadaan objek di lapangan 3. Konsultasi Bimbingan Konsultasi dilakukan dengan dosen pembimbing yang telah diminta oleh penulis dan konsultasi bimbingan dilakukan selama proses penyusunan Tugas Akhir
Diagram Alir Penelitian Mulai StudiLiteratur Penelitiandanpengu mpulan data Pemilihan diameter dan panjang elektroda pentanahan arrester Pemodelan system menggunakan software PSCAD Apakah simulasi berhasil? tidak ya Penulisan laporan Selesai Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian a. Alur penelitian dimulai dengan studi literature dilanjutkan dengan mengumpulkan data yang diperlukan, setelah data sudah siap langkah selanjutnya menghitung rating tegangan arrester, kemudian membuat permodelan system menggunakan
software PSCAD, lalu disimulasikan hingga mendapat hasil yang diinginkan, dan yang terakhir yaitu pembuatan laporan tugas akhir. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Data Data diperoleh dari gardu induk 150 kv jajar, data yang dibutuhkan diantaranya karakteristik komponen yang terpasang pada gardu induk. Data tersebut akan digunakan sebagai nilai dasar untuk mengisi parameter pada simulasi lightning arrester menggunakan software PSCAD 4.2. Data dinyatakan dalam tabel dan gambar sebagai berikut: Tabel 4.1 Data Lightning Arrester Arus Jurusan Phasa Merk Type No. seri Voprs (kv) Discharge (ka) Trafo 60 MVA R BBC HML150 Trafo 60 MVA S BBC HML150 Trafo 60 MVA T BBC HML150 HA 5010098 150 10 HA 5010099 150 10 HA 5010100 150 10 Panjang arrester keseluruhan = 1.7m
B. AnalisaMenggunakan PSCAD 4.2 Simulasi lightning arrester dapat menggunakan model arrester pada PSCAD ditunjukkan pada gambar 4.1 Gambar 4.1 Model arrester pada PSCAD Parameter yang digunakan untuk pemodelan arrester 150 kv dengan panjang arrester d=1.7m dan jumlah kolom parallel n=1 dapat dihitung sebagai berikut: L0 = 0.2d/n = 0.34 μh C = 100n/d = 58.8 pf L1 = 15d/n = 25.5 μh R = 65d/n = 110,5 ohm
gambar 4.2 Dari hasil perhitungan diatas maka parameter arrester dapat dimasukan seperti pada Gambar 4.2 Model Arrester setelah parameter dimasukan C. Resistansi pentanahan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2 sebagai berikut : Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 2 meter 2 3.14 200 4.200 2.54 1) = 7.96 4.75 = 37.81 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 4 meter 2 3.14 400 4.400 2.54 1) = 3.98 5.44 = 21.65 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 6 meter
2 3.14 600 4.600 2.54 1) = 2.65 5.85 = 15.50 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 5.08 dengan panjang elektroda 8 meter 2 3.14 800 4.800 2.54 1) = 1.99 6.13 = 12.19 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 2 meter 2 3.14 200 4.200 1.905 1) = 7.96 5.04 = 40.11 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 4 meter 2 3.14 400 4.400 1.905 1) = 3.98 5.73 = 22.80 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 6 meter 2 3.14 600 4.600 1.905 1) = 2.65 6.13 = 16.24 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 3.81 dengan panjang elektroda 8 meter 2 3.14 800 4.800 1.905 1) = 1.99 6.42 = 12.77
Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 2 meter 2 3.14 200 4.200 1.27 1) = 7.96 5.44 = 43.30 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 4 meter 2 3.14 400 4.400 1.27 1) = 3.98 6.13 = 24.39 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 6 meter 2 3.14 600 4.600 1.27 1) = 2.65 6.54 = 17.33 Perhitungan resistansi pentanahan pada diameter 2.54 dengan panjang elektroda 8 meter 2 3.14 800 4.800 1.27 1) = 1.99 6.83 = 13.58
Tabel variasi tahanan pentanahan arester Diameter Panjang Resistansi ( cm ) (m) ( ohm ) 5.08 2 37.81 5.08 4 21.65 5.08 6 15.50 5.08 8 12.19 3.81 2 40.11 3.81 4 22.80 3.81 6 16.24 3.81 8 12.27 2.54 2 43.30 2.54 4 24.39 2.54 6 17.33 2.54 8 13.59
Tabel Hasil Simulasi Arrester Menggunakan PENUTUP Diameter (cm) Panjang (m) Resitansi (ohm) I Petir Max (ka) V Petir Max (kv) V Kerja max (kv) V Pemotongan max (kv) 5.08 2 37.81 10 864.8919 248.1509 616.7225 5.08 4 21.65 10 864.4391 248.1916 616.2287 5.08 6 15.50 10 864.2582 248.2078 616.0313 5.08 8 12.19 10 864.1587 248.2167 615.9229 5.08 2 37.81 40 3307.7996 260.9878 3046.8048 5.08 4 21.65 40 3305.1630 261.0087 3044.1467 5.08 6 15.50 40 3304.1093 261.0171 3043.0845 5.08 8 12.19 40 3303.5301 261.0217 3042.5007 5.08 2 37.81 80 6562.4801 267.6132 6294.8521 5.08 4 21.65 80 6556.9012 267.6576 6289.2283 5.08 6 15.50 80 6554.6719 267.6752 6286.9811 5.08 8 12.19 80 6553.4464 267.6850 6285.7458 3.81 2 40.11 10 864.9537 248.1454 616.7901 3.81 4 22.80 10 864.4723 248.1886 616.2650 3.81 6 16.24 10 864.2802 248.2058 616.0554 3.81 8 12.27 10 864.1611 248.2165 615.9255 3.81 2 40.11 40 3308.1605 260.9849 3047.1683 3.81 4 22.80 40 3305.3569 261.0072 3044.3421 3.81 6 16.24 40 3304.2376 261.0161 3043.2139 3.81 8 12.27 40 3303.5441 261.0209 3042.6036 3.81 2 40.11 80 6563.2430 267.6071 6295.6211 3.81 4 22.80 80 6557.3114 267.6543 6289.6418 3.81 6 16.24 80 6554.9434 267.6731 6287.2548 3.81 8 12.27 80 6553.4762 267.6847 6285.7758 2.54 2 43.30 10 865.0386 248.1377 616.8827 2.54 4 24.39 10 864.5181 248.1845 616.3149 2.54 6 17.33 10 864.3125 248.2029 616.0906 2.54 8 13.59 10 864.2010 248.2129 615.9690 2.54 2 43.30 40 3308.6548 260.9810 3047.6666 2.54 4 24.39 40 3305.6233 261.0051 3044.6107 2.54 6 17.33 40 3304.4259 261.0146 3043.4036 2.54 8 13.59 40 3303.7761 261.0198 3042.7487 2.54 2 43.30 80 6564.2889 267.5988 6296.6753 2.54 4 24.39 80 6557.8750 267.6498 6290.2100 2.54 6 17.33 80 6555.3416 267.6699 6287.6562 2.54 8 13.59 80 6553.9670 267.6808 6286.2705
A. Kesimpulan Berdasarkan hasil pembahasan maka didapat kesimpulan sebagai berikut: 1. Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin kecil tegangan pemotongan pelepasan akibat surja petir 2. Apabila semakin besar diameter dan panjang elektroda pentanahan maka semakin besar pula tegangan kerja maksimal akibat surja petir 3. Rata rata tegangan kerja maksimum pada arus petir 10 ka 80 ka adalah 258.95 kv B. Saran 1. Pihak PLN harus memperhatikan terminal arrester, agar arrester selalu berfungsi dengan baik 2. Perlu diperhatikan ukuran elektroda yang digunakan pentanahan arester sehingga tidak terjadi kerusakan pada peralatan yang dilindungi Untuk penelitian selanjutnya, agar diperoleh perbandingan yang lebih luas maka perlu dilakukan penelitian terhadap beberapa rating yang berbeda-beda, sehingga diperoleh informasi yang lebih menggambarkan secara keseluruhan. Juga perlu dilakukan pengujian untuk karakteristik lainnya sehingga diperoleh keterangan yang lebih banyak mengenai mengenai jenis ini baik untuk kepentingan studi maupun aplikasi.
DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA 1. Arismunandar, A. 1975, TeknikTeganganTinggi,PradnyaParamita, Jakarta. 2. Arismunandar, A. 1997, TeknikTenagaListrik, Jilid III, PradnyaParamita, Bandung. 3. Arismunandar, A. 1993, TeknikTenagaListrik,JilidII, PradnyaParamita, Jakarta. 4. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/19/jtptunimus-gdl-s1-2008-anasyusufn-917-2-bab2.pdf 5. L. Tobing, Bonggas. 2003, PeralatanTeganganTinggi,GramediaPustakaUtama, Jakarta. 6. Muthumuni, Dharshana. 2005, Pscad Getting-Started Tutorials,Manitoba HVDC Research Centre Inc, Canada. 7. Winnipeg. 2008, Applications of PSCAD / EMTDC, Manitoba HVDC Research Centre Inc, Canada. 8. www.abb.com/arresteronline/exlim-p.pdf