tugas sispen frisal

PBOJTR JTR JTR

JTMGD

JTMGD

JTMGD

JTMPMT

BB-GI

GI - SISI SEKUNDER

Disajikan oleh Frisal Argha Kusumah

SISTEM PENTANAHAN TRAFO PADA GARDU INDUK, SALURAN UDARA TEGANGAN MENENGAH (SUTM)

DAN GARDU DISTRIBUSI

I. Pendahuluan

Sistem pentanahan adalah hubungan konduksi antara jaringan atau peralatan listrik dengan bumi. Hubungan ini dapat dilakukan dengan menanamkan konduktor pentanahan ke bumi. Tujuan sistem pentanahan adalah untuk membatasi tegangan pada jaringan atau bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara jaringan atau bagian-bagian tersebut dengan tanah, hingga tercapai suatu nilai yang aman untuk semua kondisi operasi, baik kondisi normal maupun saat terjadi gangguan. Sistem pentanahan harus mempunyai impedansi rendah untuk menyalurkan arus surja secara aman. Konduktor pentanahan dengan panjang tertentu digunakan dalam sistem pentanahan, karena konduktor pentanahan dengan panjang tertentu menghasilkan nilai resistansi yang rendah. Sistem pentanahan yang dibahas pada pembahasan kali ini adalah mengenai system pentanahan pada gardu induk, sistem pentanahan pada saluran udara tegangan menengah dan sistem pentanahan pada gardu distribusi.

II. Tujuan :

1. Mengetahui sistem pentanahan trafo pada gardu induk.2. Mengetahui sistem pentanahan trafo pada saluran udara tegangan menengah.3. Mengetahui sistem pentanahan trafo pada gardu distribusi.

III. Rumusan masalah

1. Bagaimana sistem pentanahan trafo pada gardu induk?2. Bagaimana sistem pentanahan trafo pada saluran udara tegangan menengah?3. Bagaimana sistem pentanahan trafo pada gardu distribusi?

IV. Dasar teori

4.1 Sistem Distribusi Sistem distribusi merupakan system listrik tenaga yang diawali dari sisi tegangan

menengah pada GI (GI - sisi sekunder) sampai dengan tiang akhir jaringan distribusi tegangan rendah yang berfungsi untuk mendistribusikan tenaga listrik pada pemanfaat tenaga listrik.

Keterangan :BB-GI : Bus Bar Tegangan Menengah pada Gardu Induk

1


PBO : Pemutus Balik OtomatisPMT : Pemutus TenagaJTM : Jaringan distribusi Tegangan MenengahGD : Gardu DistribusiJTR : Jaringan distribusi Tegangan Rendah.

4.2 Tegangan DistribusiTegangan distribusi yang digunakan di Indonesia :

- 20 KV : tegangan antar fasa pada JTM- 380 V : tegangan antar fasa pada JTR- 220 V : tegangan antar fasa ke Nol pada JTR

4.3 Jaringan DistribusiJaringan distribusi diklasifikiasikan atas :

1. Jaringan distribusi Tegangan Menengah - System Saluran Udara (SUTM)- Sistem Kabel (SKTM)

2. Jaringan distribusi Tegangan Rendah- Pada umumnya digunakan system saluran udara (SUTR)

4.4 Pengaman Distribusia. Pengaman Lebur :

o Pengaman Tegangan Rendah ( NH- Fuse )o Pengaman Tegangan Menengah ( Fuse Cut Out )

b. Pengaman Tegangan Lebih :o Lightning Aresster

c. Pengaman Trafo (Gardu Induk) :o Relay Bucholz

4.5 Gangguan Pada Sistem DistribusiMacam-macam gangguan (Fault) pada system distribusi SUTM adalah sebagai berikut :

1. Gangguan yang ber sifat temporer dimana dapat hilang dengan sendirinya atau dengan memutuskan sesaat bagian yang terganggu dari sumber tegangannya.

2. Gangguan yang bersifat permanent dimana untuk membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan dan atau menyingkirkan penyebab gangguan tersebut.

70% sampai dengan 90% dari seluruh gangguan yang mengenai SUTM adalah bersifat temporer (sementara).

Ditinjau secara umum jenis gangguan dibagi dua yaitu :a. Gangguan hubung singkat (Short Circuit) meliputi hubung singkat antar fasa.b. Gangguan fasa ke tanah (Ground Fault) melitputi gangguan satu fasa ke tanah,

gangguan dua fasa ke tanah dan gangguan tiga fasa ke tanah.

4.6. Keandalan Sistem Distribusi

Untuk menjamin keandalan system kelistrikan digunakan Sistem Proteksi yaitu:a. Sistem Proteksi pada GI-sisi sekunder :

2

CC

OVRDGR

FR

BB-GI

PMT

TC

CT

- +Storage Batery

PBO(ROCLOSING SWITCH)

JTM

SISTEM PROTEKSI PADA GI - SISI SEKUNDER


- CB (Circuit Break) / PMT - DS (Disconection Switch)- PBO / Recloser :

- CC (Closing Coil)- CT (Current Tranformator) :

- DGR- OCR (Over Current Relay)- FR (Frequensi Relay)

- TC (Triping Coil)- Storage Batery

b. Sistem Proteksi pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) :- AVS (Automatic Vacum Swicth)- ALS (Automatic Line Swicth)- AVR (Automatic Voltage Relly)- LBS (Load Break Swicth)- CO (Fuse Cut Out)- Arrester

4.7 Sistem Operasi Jaringan 20 KV Dengan Memakai AVS & ALS PLN Distribusi Jawa Timur Cabang Bnyuwangi.

Automatic Vacuum Switch (AVS) atau disebut juga sectionalizer merupakan sakelar seksi otomatis (SSO) yang berfungsi sebagai alat pemutus secara otomatis untuk membebaskan seksi-seksi yang terganggu dari suatu system distribusi atau dengan kata lain dapat melokalisir gangguan pada seksi yang terganggu sehingga seksi yang sehat tetap mendapatkan catu daya listrik. AVS atau SSO di pasang di PLN distribusi Jawa Timur merupakan AVS dengan prinsip deteksi tegangan. AVS juga dilengkapi dengan pengaturan waktu (Timer) dengan seting t-1 = 0,5 detik, t-2 = 5 detik dan t-3 = 10 detik. AVS terdiri dari dari dua jenis yaitu AVS tree type dan AVS loop type.

Pemasangan AVS Pada Jaringan Menggunakan Sistem Radial Murni :

3

PMTAVS 1 AVS 2 AVS 3

Seksi DSeksi CSeksi BSeksi A

PBO

BB-GI

A B C DT T T

t-1 = 10 detik

t-2 = 5 detik

t- 3 = 0,5 detikPENYULANG


Cara Kerja :

Titik B kita anggap terjadi gangguan, sehingga PMT trip dan seksi A, seksi B, seksi C, seksi D tidak bertegangan. AVS 1, AVS 2, AVS 3 akan membuka setelah selang waktu t-3 = 0,5 detik. PBO – 1 bekerja dan setelah mencapai waktu 60 detik, PMT Penyulang masuk kembali (Reclose 1), kemudian selang waktu t-1 = 10 detik setelah AVS 1 merasakan tegangan maka AVS 1 akan menutup. Karena di seksi B masih ada gangguan maka PMT Penyulang trip lagi. AVS 1 & AVS 2 langsung mengunci karena waktu merasakan tegangan cepat sekali (lebih kecil dari waktu t-2 = 5 detik). PBO – 2 bekerja dan setelah mencapai waktu 180 detik , PMT Penyulang masuk kembali (Reclose 2) dan seksi A bertegangan. Seksi B, seksi C dan seksi D tidak bertegangan / padam. Aliran daya dari Penyulang hanya pada seksi A saja.

Selain dipasang AVS yang dioperasikan secara otomatis juga banyak digunakan LBS yang dioperasikan secara manual dan mempunyai fungsi yang sama yaitu sebagai alat pemutus yang dapat melokalisir seksi jaringan yang terganggu sehingga tidak mempengaruhi seksi jaringan yang lain.

4

Cara PemasanganPembumian Arrester

Pembumian Arrester & Badan LV PanelPembumian Titik Netral Sekunder Trafo

LV Panel

CO Fuse

ARRESTER

MCB

Line 1 Line 2

NH Fuse

JTM 20 KV

TRAFO

KabelFlexible


4.8 Diagram Line Trafo dan Komponen Utama

Fungsi masing-masing komponen :

a. Trafo Distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan 20 KV menjadi tegangan rendah yaitu 380/220 Volt sesuai tegangan JTR.

b. Fuse Cut Out berfungsi sebagai pengaman utama trafo dan merupakan pengaman cadangan bila terjadi beban berlebihan atau gangguan hubung singkat pada LV dan JTR.

c. NH Fuse berfungsi sebagai pengaman utama bila terjadi beban lebih atau terjadi hubung singkat antar fasa atau fasa kebumi pada JTR.

d. Arrester berfungsi sebagai pengaman tegangan Surya/petir atau tegangan Swithing.

5


e. Pembumian Arrester berfungsi untuk menyalurkan arus ke bumi akibat tegangan surya atau swithing.

f. Pembumian titik netral trafo berfungsi membatasi kenaikan tegangan fasa yang tidak terganggu saat terjadi gangguan satu fasa ke bumi akibat beban tidak seimbang.

g. Pembumian badan trafo dan LV Panel berfungsi :

Untuk membatasi tegangan antara bagian peralatan yang dialiri arus dengan peralatan ke bumi pada suatu harga yang aman (tidak membahayakan) pada kondisi operasi normal dan gangguan.

Untuk memperoleh impedansi yang kecil dari jalan balik arus hubung singkat ke bumi sehingga bila terjadi satu fasa ke badan peralatan, arus yang terjadi mengikuti sifat pada pembumian netral.

4.9 Pembumian Tiang JTM

6

Pembumian sempurna ( Pembuangan arus ke bumi).Keuntungannya :mengurangi flash over voltage pada arrester

BOOM

Pembumian Tiang JTM Tanpa Pembumian Tiang JTM

Tidak terjadi pembuangan arus ke bumi.Akibatnya :ketahanan isolasi isolator menurun.Tahanan busur terjadi dan menimbulkan arus hubung singkat antar fasa.


5. Teori Transformator

Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Penggunaan transformator yang sederhana dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik.

Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik maka jumlah garis gaya magnet berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan

7


5.1 Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator

Daya transformator bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :

S = √3 . V . I (1)dimana :S : daya transformator (kVA)V : tegangan sisi primer transformator (kV)I : arus jala-jala (A)

Sehingga untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus :

IFL

= S

√3 . V (2)dimana :IFL : arus beban penuh (A)S : daya transformator (kVA)V : tegangan sisi sekunder transformator (kV)

5.2 Losses (rugi-rugi) Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral Transformator

Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo (fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses pada penghantar netral trafo ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

PN = IN2. RN (3)

dimana :PN : losses pada penghantar netral trafo (watt)IN : arus yang mengalir pada netral trafo (A)RN : tahanan penghantar netral trafo (Ω)

Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral yang mengalir ke tanah (ground) dapat dihitung dengan perumusan sebagai berikut :

PG = IG2 . RG (4)

dimana :PG : losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt)IG : arus netral yang mengalir ke tanah (A)RG : tahanan pembumian netral trafo (Ω)

5.3 Ketidakseimbangan Beban

Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan di mana : Ketiga vektor arus / tegangan sama besar. Ketiga vektor saling membentuk sudut 120º satu sama lain.Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3 yaitu : Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120º satu sama lain. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120º satu sama lain. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120º satu sama lain.

8


Gambar 1. Vektor Diagram Arus

Gambar 1(a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 1(b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.

5.4 Penyaluran Dan Susut Daya

Misalnya daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral. Apabila pada penyaluran daya ini arus-arus fasa dalam keadaan seimbang, maka besarnya daya dapat dinyatakan sebagai berikut :

P = 3 . [V] . [I] . cos (5)

dengan :P : daya pada ujung kirim V : tegangan pada ujung kirim cos : faktor daya

Daya yang sampai ujung terima akan lebih kecil dari P karena terjadi penyusutan dalam saluran.

Jika [I] adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c sebagai berikut :

[ IR ] = a [ I ] ¿} [ I S ] = b [ I ] ¿ }¿¿¿(6)

dengan IR , IS dan IT berturut-turut adalah arus di fasa R, S dan T.

Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda, besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai :

P = (a + b + c) . [V] . [I] . cos (7)

Apabila persamaan (7) dan persamaan (5) menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien a, b, dan c yaitu :

a + b + c = 3 (8)

dimana pada keadaan seimbang, nilai a = b = c = 1

9


Gambar 2. Trafo Distribusi 200 kVA

Gambar 3. Single Line Trafo Distribusi 200 kVA

10


5.5 Transformator Tenaga (Power Transformer)

Trafo tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk mentransformasikan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya.

a. Bagian-bagian utama transformator tenaga:

Inti besi : Berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.

Kumparan : Adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain.

Minyak Trafo : Seluruh kumparan dan inti besi transformator direndam dalam minyak trafo. Minyak berfungsi sebagai media pemindah panas trafo (pendingin) serta berfungsi sebagai isolasi.

Tangki dan Konservator : Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

Bushing : Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.

b. Peralatan bantu transformator:

Pendingin : Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi (di dalam transformator). Maka untuk mengurangi kenaikan suhu trafo yang berlebihan maka perlu dilengkapi dengan alat/sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator. Media yang dipakai pada sistem

11

http://ichsandi.blogspot.com/2010/04/transformator-tenaga.html












http://3.bp.blogspot.com/_Zj4c5uxRxEc/S7fspBwlaLI/AAAAAAAAAHc/BeK6OsS7N4A/s1600/Picture1hg.jpg


pendingin dapat berupa minyak dan udara. Sedangkan dalam pengalirannya (sirkulasi) dapat berupa alamiah (natural) dan tekanan/paksaan.

Tap changer : Alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah.

Alat Pernapasan (Silicagel) : Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar, maka suhu minyak pun akan berubah-ubah, sehingga mengakibatkan adanya pemuaian dan penyusutan minyak trafo. Menyusutnya minyak trafo mengakibatkan permukaan minyak menjadi turun dan udara akan masuk ke dalam tangki. Proses demikian disebut pernapasan trafo. Akibat pernafasan tersebut maka minyak trafo akan bersinggungan dengan udara luar. Untuk mencegah hal ini maka ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi dengan alat pernapasan berupa tabung berisi kristal zat hygrokopis (silicagel).

Indikator : Untuk mendeteksi transformator yang beroperasi maka dilengkapi dengan indikator suhu minyak, indikator suhu kumparan, indikator level minyak, indikator sistem pendingin serta indikator kedudukan tap changer.

Peralatan proteksi : Untuk mengamankan transformator yang diakibatkan karena gangguan maka dipasang relai pengaman seperti; Relai differensial, Buchloz, tekanan lebih, relai tangki tanah, relai hubung tanah, relai thermis, relai tekanan lebih, sudden pressure, relai jansen, arus lebih dan Arrester.

6. Sistem Perlindungan Petir

Mengingat kerusakan akibat sambaran petir yang cukup berbahaya, maka muncullah usaha-usaha untuk mengatasi sambaran petir. Teknik penangkal petir pertama kali ditemukan oleh Benyamin Franklin dengan menggunakan interseptor (terminal udara) yang dihubungkan dengan konduktor metal ke tanah. Teknik ini selanjutnya terus dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang efektif.

Sekilas mengenai teknik penangkal petir, dikenal 2 macam sistem, yaitu :

1. Sistem Penangkal Petir

Sistem ini menggunakan ujung metal yang runcing sebagai pengumpul muatan dan diletakkan pada tempat yang tinggi sehingga petir diharapkan menyambar ujung metal tersebut terlebih dahulu. Sistem ini memiliki kelemahan di mana apabila sistem penyaluran arus petir ke tanah tidak berfungsi baik, maka ada kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka terhadap medan transien.

2. Dissipation Array System (DAS)

Sistem ini menggunakan banyak ujung runcing (point discharge) di mana tiap bagian benda yang runcing akan memindahkan muatan listrik dari benda itu sendiri ke molekul udara di sekitarnya. Sistem ini mengakibatkan turunnya beda potensial antara awan dengan bumi sehingga mengurangi kemampuan awan untuk melepaskan muatan listrik.

6.1 Sistem Perlindungan Petir Pada Transmisi Tenaga Listrik

12

http://ichsandi.blogspot.com/2010/04/lightning-arrester-la.html









Petir akan menyambar semua benda yang dekat dengan awan. Atau dengan kata lain benda yang tinggi akan mempunyai peluang yang besar tersambar petir. Transmisi tenaga listrik di darat dianggap lebih efektif menggunakan saluran udara dengan mempertimbangkan faktor teknis dan ekonomisnya. Tentu saja saluran udara ini akan menjadi sasaran sambaran petir langsung. Apalagi saluran udara yang melewati perbukitan sehingga memiliki jarak yang lebih dekat dengan awan dan mempunyai peluang yang lebih besar untuk disambar petir.

Selama terjadinya pelepasan petir, muatan positif awan akan menginduksi muatan negatif pada saluran tenaga listrik. Muatan negatif tambahan ini akan mengalir dalam 2 arah yang berlawanan sepanjang saluran. Surja ini mungkin akan merusak isolasi saluran atau hanya terjadi pelepasan di antara saluran-saluran tersebut.

Desain isolasi untuk tegangan tinggi (HV) dan tegangan ekstra tinggi (EHV) cenderung untuk melindungi saluran dari adanya tegangan lebih akibat surja hubung dan surja petir. Untuk tegangan ultra tinggi (UHV), desain isolasi lebih cenderung kepada proteksi terhadap surja hubung. Adanya tegangan lebih ini akan mengakibatkan naiknya tegangan operasi yang tentunya dapat merusak peralatan-peralatan listrik.

Dalam hal melindungi saluran tenaga listrik tersebut, ada beberapa cara yang dapat diterapkan. Salah satu cara yang paling mudah adalah dengan menggunakan kawat tanah (overhead groundwire) pada saluran. Prinsip dari pemakaian kawat tanah ini adalah bahwa kawat tanah akan menjadi sasaran sambaran petir sehingga melindungi kawat phasa dengan daerah/zona tertentu.

Overhead groundwire yang digunakan untuk melindungi saluran tenaga listrik, diletakkan pada ujung teratas saluran dan terbentang sejajar dengan kawat phasa. Groundwire ini dapat ditanahkan secara langsung atau secara tidak langsung dengan menggunakan sela yang pendek.

Dalam melindungi kawat phasa tersebut, daerah proteksi groundwire dapat digambarkan seperti pada Gambar 1.

Gambar 1.Daerah proteksi dengan menggunakan 1 buah groundwire

Dari gambar di atas, misalkan groundwire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan

menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi groundwire terletak di dalam daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi sambaran petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat phasa dibentangkan.

Apabila hx merupakan tinggi kawat phasa yang harus dilindungi, maka lebar bx dapat ditentukan dalam 2 kondisi, yaitu :

o Untuk hx > 2/3 h , bx = 0,6 h (1 – hx/h)

13


o Untuk hx < 2/3 h , bx = 1,2 h (1 – hx/0,8h)

Dalam beberapa kasus, sebuah groundwire dirasa belum cukup untuk memproteksi kawat phasa sepenuhnya. Untuk meningkatkan performa dalam perlindungan terhadap sambaran petir langsung, lebih dari satu groundwire digunakan.

Bila digunakan 2 buah groundwire dengan tinggi h dari tanah dan terpisah sejauh s, perhitungan untuk menetapkan zona proteksi petir dilakukan seperti halnya menggunakan 1 buah groundwire. Gambar 2 menunjukkan zona perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire.

Gambar 2. Zona perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire

Dari gambar tersebut, apabila ho menyatakan tinggi titik dari tanah di tengah-tengah 2 groundwire yang terlindungi dari sambaran petir, maka ho dapat ditentukan : ho = h - s/4

Sedangkan daerah antara 2 groundwire dibatasi oleh busur lingkaran dengan jari-jari 5/4 s dengan titik pusat terletak pada sumbu di tengah-tengah 2 groundwire.

Seperti disebutkan sebelumnya bahwa hadirnya groundwire dimaksudkan sebagai tempat sambaran petir langsung dan dapat melindungi kawat phasa. Zona perlindungan groundwire dapat dinyatakan dengan parameter sudut perlindungan, yaitu sudut antara garis vertikal groundwire dengan garis hubung antara groundwire dan kawat phasa. Jika sudut perlindungan tersebut dinyatakan dalam a dan tinggi groundwire adalah h, maka probabilitas sambaran petir pada groundwire (p) dapat ditentukan sebagai berikut :

Log p = - - 4

Dari persamaan tersebut, terlihat bahwa makin tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang besar, akan mengakibatkan probabilitas tersebut meningkat. Untuk itu diperlukan pemilihan tinggi groundwire dan sudut perlindungan yang tepat untuk mendapatkan performa perlindungan yang baik dari sambaran petir.

14


Gambar 3. Kurva ketinggian groundwire vs sudut perlindungan

Gambar 4.Kurva probabilitas kegagalan perlindungan vs sudut perlindungan

Gambar 3 menunjukkan kurva antara ketinggian rata-rata groundwire vs sudut perlindungan rata-rata. Dari gambar tersebut terlihat daerah berwarna hitam merupakan daerah kemungkinan gagal dalam perlindungan. Sedangkan gambar 4 menunjukkan probabilitas kegagalan perlindungan dari sambaran petir ke saluran sebagai fungsi dari ketinggian groundwire dan sudut perlindungan.

Dengan demikian, kurva pada gambar 3 menunjukkan probabilitas kegagalan dalam perlindungan kurang dari 1 % (berdasar kurva gambar 4). Probabilitas ini berarti lebih kecil dari satu kali kegagalan dalam setiap 100 sambaran petir pada groundwire.

Untuk meningkatkan keandalan sistem ini, diperlukan pentanahan yang baik pada setiap menara listrik. Jika petir menyambar pada groundwire di dekat menara listrik, maka arus petir akan terbagi menjadi dua bagian. Sebagian besar arus tersebut mengalir ke tanah melalui pentanahan pada menara tersebut. Sedangkan sebagian kecil mengalir melalui groundwire dan akhirnya menuju ke tanah melalui pentanahan pada menara listrik berikutnya. Lain halnya jika petir menyambar pada tengah-tengah groundwire antara 2 menara listrik. Gelombang petir ini akan mengalir ke menara-menara listrik yang dekat dengan tempat sambaran tersebut.

6.2 Usaha Untuk Meningkatkan Performa Perlindungan

Usaha yang paling mudah untuk meningkatkan performa perlindungan adalah dengan menggunakan lebih dari satu groundwire. Dengan cara ini diharapkan petir akan selalu menyambar pada groundwire sehingga memperkecil probabilitas kegagalan perlindungan. Cara ini dapat disertai dengan menggunakan counterpoise, yaitu konduktor yang ditempatkan di

15


bawah saluran (lebih sering dibenamkan dalam tanah) dan dihubungkan dengan sistem pentanahan dari menara listrik. Hasilnya, impedansi surja akan lebih kecil.

Usaha-usaha lainnya di antaranya :

Memasang couplingwire di bawah kawat phasa (konduktor yang disertakan di bawah saluran transmisi dan dihubungkan dengan sistem pentanahan menara listrik).

Mengurangi resistansi pentanahan menara listrik dengan menggunakan elektroda pentanahan yang sesuai.

Menggunakan arester.

Cara yang terakhir ini boleh dikatakan sebagai alat pelindung yang paling baik terhadap gelombang surja. Arester inilah yang terus dikembangkan oleh para ahli untuk mendapatkan performa perlindungan yang makin baik.

6.3 Lightning arrester ( LA )

Pusat pembangkit listrik umumnya dihubungkan dengan saluran transmisi udara yang menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat konsumsi tenaga listrik, yaitu gardu-gardu induk (GI), seperti telah dijelaskan pada artikel sebelumnya di sini dan sini. Sedangkan saluran transmisi udara ini rawan terhadap sambaran petir yang menghasilkan gelombang berjalan (surja tegangan) yang dapat masuk ke pusat pembangkit listrik. Oleh karena itu, dalam pusat listrik harus ada lightning arrester (penangkal petir) yang berfungsi menangkal gelombang berjalan dari petir yang akan masuk ke instalasi pusat pembangkit listrik. Gelombang berjalan juga dapat berasal dari pembukaan dan penutupan pemutus tenaga atau circuit breaker (switching).Pada sistem Tegangan Ekstra Tinggi (TET) yang besarnya di atas 350 kV, surja tegangan yang disebabkan oleh switching lebih besar dari pada surja petir.

Saluran udara yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan bagian instalasi pusat pembangkit listrik yang paling rawan sambaran petir dan karenanya harus diberi lightning arrester. Selain itu, lightning arrester harus berada di depan setiap transformator dan harus terletak sedekat mungkin dengan transformator. Hal ini perlu karena pada petir yang merupakan gelombang berjalan menuju ke transformator akan melihat transformator sebagai suatu ujung terbuka (karena transformator mempunyai isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga gelombang pantulannya akan saling memperkuat dengan gelombang yang datang. Berarti transformator dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surja yang datang.

16


Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arrester harus dipasang sedekat mungkin dengan transformator.

Lightning arrester bekerja pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi untuk membuang muatan listrik dari surja petir dan berhenti beroperasi pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi agar tidak terjadi arus pada tegangan operasi, dan perbandingan dua tegangan ini disebut rasio proteksi arrester.

Tingkat isolasi bahan arrester harus berada di bawah tingkat isolasi bahan transformator agar apabila sampai terjadi flashover, maka flashover diharapkan terjadi pada arrester dan tidak pada transformator.

Transformator merupakan bagian instalasi pusat listrik yang paling mahal dan rawan terhadap sambaran petir, selain itu jika sampai terjadi kerusakan transformator, maka daya dari pusat listrik tidak dapat sepenuhnya disalurkan dan biayanya mahal serta waktu untuk perbaikan relatif lama. Salah satu perkembangan dari lightning arrester adalah penggunaan oksida seng Zn02 sebagai bahan yang menjadi katup atau valve arrester. Dalam menentukan rating arus arrester, sebaiknya dipelajari statistik petir setempat. Misalnya apabila statistik menunjukkan distribusi probabilitas petir yang terbesar adalah petir 15 kilo Ampere (kA), maka rating arrester diambil 15 kiloAmpere.

Gambar 1 akan menunjukkan konstruksi sebuah lightning arrester buatan Westinghouse yang menggunakan celah udara (air gap) di bagian atas.

Gambar 1. Konstruksi sebuah lightning arrester buatan Westinghouse yang menggunakan celah udara (air gap) di bagian atas

Arrester ini bisa dipasang pada bangunan gedung atau di dekat alat yang perlu dilindungi misalnya pada komputer. Alat yang dilindungi perlu tidak saja dilindungi terhadap sambaran petir secara langsung, tetapi juga terhadap sambaran tidak langsung yang menimbulkan induksi.

17

http://2.bp.blogspot.com/_Ok25eNxroeo/SvbdjNh578I/AAAAAAAAAGs/aL1NHzKDSg8/s1600-h/lightning+arrester.jpg


Gambar 2. Lightning Arrester Tegangan Rendah Untuk Dipasang di Luar Gedung

Gambar 3. Lightning Arrester Tegangan Rendah Untuk Dipasang didalam Gedung

7. Pengenalan Gardu Induk

7.1 Peranan Gardu Induk dalam Sistem KelistrikanGardu Induk merupakan simpul didalam sistem tenaga listrik, yang terdiri dari susunan

dan rangkaian sejumlah perlengkapan yang dipasang menempati suatu lokasi tertentu untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik, menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai dengan tingkat tegangan kerjanya, tempat melakukan kerja switching rangkaian suatu sistem tanaga

18

http://ichsandi.blogspot.com/2010/04/peranan-gardu-induk-dalam-sistem.html


http://2.bp.blogspot.com/_Ok25eNxroeo/SvbdjY70JWI/AAAAAAAAAG0/ymk6pRWA6hQ/s1600-h/lightning+arrester+tegangan+rendah.jpg

http://3.bp.blogspot.com/_Ok25eNxroeo/SvbdjhE4MHI/AAAAAAAAAG8/LzWRJawpzxI/s1600-h/lightning+arrester+tegangan+rendah+untuk+pemasangan+dalam.jpg

http://4.bp.blogspot.com/_Zj4c5uxRxEc/S7foQmGw7OI/AAAAAAAAAHU/bWews-j8D3s/s1600/Picture1+vmb.jpg


listrik dan untuk menunjang keandalan sistem tenaga listrik terkait.

7.2 Pengertian dan Fungsi Gardu IndukGardu Induk adalah suatu instalasi listrik mulai dari TET (Tegangan Ekstra Tinggi), TT

(Tegangan Tinggi) dan TM (Tegangan Menengah) yang terdiri dari bangunan dan peralatan listrik.

Fungsi Gardu Induk adalah untuk menyalurkan tenaga listrik (kVA, MVA) sesuai dengan kebutuhan pada tegangan tertentu. Daya listrik dapat berasal dari Pembangkit atau dari gardu induk lain.

7.3 Jenis gardu induk Menurut Pelayanannya

Gardu Transmisi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TET dan TT Gardu Distribusi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TM

Menurut Penempatannya

Gardu induk pasangan dalam (Indoor Substation) Gardu induk pasangan luar (Outdoor Substation) Gardu induk sebagian pasangan luar (Combine Outdoor Substation) Gardu induk pasangan bawah tanah (Underground Substation) Gardu induk pasangan sebagian bawah tanah (Semi Underground Substation) Gardu induk mobi (Mobile Substation)

Menurut Isolasinya

Gardu induk yang menggunakan udara guna mengisolir bagian-bagian yang bertegangan dan bagian bertegangan lainnya dan dengan bagian yang tidak bertegangan/tanah.

Gardu induk yang menggunakan gas guna mengisolir bagian-bagian yang bertegangan dan bagian bertegangan lainnya dan dengan bagian yang tidak bertegangan/tanah. Isolasi gas yang digunakan adalah gas SF6 pada tekanan tertentu.

Menurut rel

Gardu induk dengan satu rel (single busbar) Gardu induk dengan dua rel (double busbar) Gardu induk dengan dua rel sistem 1,5 PMT (one and half circuit breaker)

7.4 Sistem pentanahan Gardu Induk Tegangan Tinggi

Sebuah Gardu Induk Tegangan Tinggi (GITT)150 kV harus memiliki sistem pentanahan yang handal yang memenuhi standard aman bagi manusia dan peralatan yang berada di area gardu induk. Sistem pentanahan yang digunakan harus benar-benar dapat mencegah bahaya ketika pada saat gangguan terjadi, di mana arus gangguan yang mengalir ke bagian peralatan dan ke piranti pentanahan dapat diketanahkan sehingga gradien tegangan disekitar area pentanahan menjadi merata sehingga tidak menimbulkan beda potensial antara titik-titik disekitar terjadinya gangguan.

19




Sistem pentanahan peralatan gardu induk yang umum digunakan saat ini adalah sistem pentanahan Driven Rod, Counterpoise, menggunakan kisi (Grid) dan gabungan antara sistem pentanahan Grid dan Rod. Ketiga model sistem pentanahan ini sistem Grid-Rod paling sering digunakan untuk Gardu Induk Tegangan Tinggi 150 kV. Untuk pembangunan gardu induk yang baru dibutuhkan disain yang baru pula. Disain dilakukan dengan membuat kombinasi antara jumlah mesh dan rod-nya, kedalaman penanaman konduktor dengan mempertimbangkan nilai dari tahanan jenis tanah, pengaruh tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis tanah yang berbeda dengan kedalaman yang sama serta dimensi area pentanahan yang akan digunakan sehingga menghasilkan nilai tahanan pentanahan (R), tegangan sentuh (Em) dan tegangan langkah (Es) yang lebih baik dan lebih aman.

7.4.1. Tahanan Pentanahan

Pentanahan yang ideal harus memberikan nilai tahanan pentanahan mendekati nol atau ≤ 1 ohm untuk gardu induk bertegangan tinggi (ANSI/IEEE Std 80-1986). Sebagai perkiraan pertama, sebuah nilai minimum dari tahanan pentanahan gardu induk pada tanah yang seragam (uniform) untuk lapisan pertama (permukaan tanah) saja dapat dihitung dengan persamaan :

Rg = ρ4 √ π

A...................................................................(3)

dimana, Rg = tahanan pentanahan (Ω )ρ = tahanan jenis tanah (Ω -m )A = luas area pentanahan grid ( m2)

Kemudian, pada lapisan kedua dengan adanya gabungan antara grid dan batang rod untuk tanah yang seragam, jumlah konduktor grid dan konduktor batang rod yang ditanam pada kedalaman tertentu dikombinasikan dengan persamaan 2 sehingga diperoleh persamaan seperti dibawah ini [Laurent, P. G., 1951 dan Nieman, J, 1952] :

Rg = ρ4 √ π

A+

ρL

................................................................(4)

Dimana L = total dari panjang konduktor yang tertanam ( m )

Untuk perhitungan nilai tahanan dari pentanahan grid yang diformulasikan oleh Nieman, J., (1952), diperoleh sebagai berikut :

Rg =

ρ( 14 r

+ 1L )

untuk h = 0; r = √ A / π

.....................................(5)

Perhitungan tahanan pentanahan untuk kedalaman tertentu yakni 0 < h < 2.5 m berdasarkan Laurent, P.G.,(1951) diperoleh

Rg =

ρ x1

8 r (1+ r2.5h+r )

................................................................(6)

20

L1

D1

1

2

n

D2

1 2 m


Dari kedua persamaan 5 dan 6 diatas dikombinasikan oleh IEEE Std 80-1986 diperoleh persamaan untuk kedalam konduktor 0 m < h < 2.5 m :

Rg = ρ [ 1L+

1

√20 A (1+1

1+h√20/ A )]..............................................(7)

Dimana h = kedalaman penanaman konduktor (m).

Panjang total konduktor pentanahan L merupakan penjumlahan dari grid dan rod :

L = Lc + Lr ...............................................................................(8)

dengan, Lc = panjang konduktor pentanahan gridLr = panjang konduktor pentanahan rod.

Untuk menentukan panjang konduktor pentanahan grid Lc dapat dirumuskan dengan mengacu pada gambar 1.

L2

Gambar 1. Sistem pentanahan grid panjang L1 dan L2

Lc = L1n + L2m ..................................................................................(9)

D1 =

L1

m−1....................................................................................(10)

D2 =

L2

n−1....................................................................................(11)

Lc = L1

( L2

D2

+1)+L2 m

...................................................................(12)

dimana,L1 = panjang konduktor ( m )L2 = lebar konduktor ( m )

21


n = jumlah konduktor parallel sisi panjangm = jumlah konduktor parallel sisi lebarD1 = jarak antar konduktor parallel sisi panjang

D2 = jarak antar konduktor parallel sisi lebar

7.4.2. Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkah

a. Tegangan Sentuh

Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu obyek yang disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa objek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan yang berada di bawahnya [Hutauruk, T.S., 1991].

......................................................(13)

......................................................(14)

dimana,Et50 = tegangan sentuh untuk berat badan manusia 50 kg, Et70 = tegangan sentuh untuk berat badan manusia 70 kg, Cs = faktor reduksi nilai resistivitas permukaan tanahρs = tahanan jenis permukaan material (lapisan batu koral), Ohm-mt = waktu gangguan tanah (waktu kejut), detik

faktor reduksi dari nilai resistivitas permukaan tanah diformulasikan :

Cs = 10. 96 [1+2∑

n=1

∞ Kn

√1+(2 nhs0 .08 )

2 ]....................................................(15)

K =

ρ−ρ s

ρ+ρ s

............................................................................(16)

dengan,K = faktor refleksiHs = ketebalan lapisan batu koral (m)ρ = tahanan jenis tanah (ohm-m)ρ

s = tahanan jenis permukaan material lapisan batu koral (ohm-m)

Tabel 1. Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan berdasarkan IEEE Std 80-1986.

Lama Gangguan (t)

Tegangan Sentuh Yang Diizinkan

(detik) (Volt)

22

Et 70 =(1000+1 .5 ρ sCs ) 0 .157

√ t

Et 50 =(1000+1 .5 ρ sCs ) 0 .116

√t


0,1 19800,2 14000,3 11400,4 9900,5 8901 6262 4433 362

Untuk pentanahan grid dengan model bujur sangkar maupun empat persegi panjang (rectangular grid) menurut IEEE Std 80-1986 mempunyai batasan :

1. Jumlah konduktor parallel dalam satu sisi kurang dari 25 (n<25),2. 0.25 < h < 2.5 dengan h adalah kedalaman penanaman konduktor (m),3. d < 25 m, d adalah diameter penghantar (m),4. D > 2.5 m, D adalah jarak antar konduktor parallel (m).

b. Tegangan langkah

Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul di antara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah.

E s50 = (1000+6 ρ sCs ) 0 .116

√t.............................................................(17)

E s70 = (1000+6 ρ sCs ) 0 .157

√ t.............................................................(18)

dimana,Es50 = tegangan langkah untuk berat badan manusia 50 kg, Es70 = tegangan langkah untuk berat badan manusia 70 kg.

Tabel 2. Tegangan Langkah yang diijinkan dan lama gangguan berdasarkan IEEE Std 80-1986.

Lama Gangguan (t)

Tegangan Langkah yang Diijinkan

(detik) (Volt)0,1 70000,2 49500,3 40400,4 35000,5 31401 22162 15603 1280

Tegangan mesh/sentuh dan tegangan langkah sebenarnya (Em dan Es) yang diformulasikan oleh IEEE Std 80-1986 diperoleh sebagai berikut :

23


Em=ρIG KmKi

Lc+1. 15 Lr.....................................................................(19)

Es=ρI G KsKi

Lc+1.15 Lr.....................................................................(20)

Km= 12 π [ ln ( D2

16hd+

( D+2 h )2

8 Dd− h

4 d )+ 1

√1+hh0

ln( 8π (2 N−1 ) )]

...........(21)

Ks = 1π [ 1

2h+ 1

D+h+ 1

D(1−0 . 5N −2)]

...............................................(22)

N = √n . m

................................................................................(23)

Ki = 0.94 + 0.047 N ........................................................................(24)

D = √ A

N.................................................................................(25)

dengan : h0 = kedalaman penanaman konduktor grid referensi = 1 (m), Ki = faktor koreksi tegangan mesh untuk nilai pertambahan arus pada grid, Km = faktor geometrik tegangan mesh, Ks = faktor grid tegangan langkah.

7.4.3. Arus Grid Maksimum

Arus grid maksimum adalah arus terbesar yang mengalir pada rangkaian pentanahan grid saat terjadi gangguan fasa ke tanah.

IG = Cp Df Ig .............................................................................(26)

Ig = Sf If ..................................................................................(27)

If = 3 I0 ...................................................................................(28)

dimana, IG = arus grid maksimum (A)Df = decrement factor, nilainya ditentukan berdasar waktu gangguan = 1 (untuk waktu gangguan 0.5 detik)Cp = faktor proyeksi korektif yang dihitung untuk kenaikan relatif arus gangguan selama keberlangsungan sistem. Untuk sistem dengan

24


pertumbuhan nol Cp = 1Ig = arus grid simetris (A)If = nilai rms dari arus gangguan tanah (A)Sf = faktor pembagi arus gangguan, = 0.7 (untuk gardu induk yang berkawat tanah)I0 = arus gangguan urutan nol.

8. Kesimpulan 1. Sistem pentanahan peralatan gardu induk yang umum digunakan saat ini adalah sistem pentanahan Driven Rod, Counterpoise, menggunakan kisi (Grid) dan gabungan antara sistem pentanahan Grid dan Rod.2. Untuk mengamankan transformator saluran udara tegangan menengah yang diakibatkan karena gangguan maka dipasang piranti pengaman salah satunya adalah Arrester.3. Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo distribusi (fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi).

25

http://ichsandi.blogspot.com/2010/04/lightning-arrester-la.html


tugas sispen frisal

Documents