BAB III LIGHTNING ARRESTER
3.1
Pendahuluan Gangguan tegangan lebih yang mungkin terjadi pada Gardu induk dapat
disebabkan oleh beberapa sumber gangguan tegangan lebih. Perlindungan terhadap gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir pada sistem tenaga listrik mencakup perlindungan Gardu induk serta perlindungan hantaran udara. Pemasangan peralatan perlindungan yang dipasang pada saluran udara dimaksud untuk mencegah atau membatasi besarnya gelombang berjalan yang memasuki Gardu Induk. Peralatan proteksi ini berfungsi untuk melindungi peralatan tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang dating dan mengalirkan ke tanah. Berhubung dengan fungsinya tersebut, maka peralatan proteksi harus dapat menahan tegangan 50 Hz untuk waktu yang tak terbatas dan harus melewati surja arus ke tanah dengan tidak merusaknya. Selain itu, sebuah alat 30
31
pelindung yang baik harus mempunyai rasio yang tinggi, dalam pengertian perbandingan antara tegangan maksimum yang diperbolehkan pada waktu pelepasan dan tegangan sistem 50 Hz maksimal yang dapat ditahan sesudah pelepasn terjadi. peralatan peralatan proteksi untuk melindungi peralatan Gardu Induk dari tegangan lebih adalah sela batang ( Rod Gap ), sela sekring ( Fuse Gap ), sela control ( Control Gap ), arrester jenis ekspulsi ( Type Lightning Arrester ), dan arrester Janis katup ( Valve Type Lightning Arrester). 3.2
Sela Batang Sela batang merupakan alat pelindung surja yang paling sederhana tetapi
paling kuat dan kokoh. Sela batang ini jarang digunakan pada rangkaian yang penting karena tidak dapat memutuskan arus susulan. Artinya jika percikan karena tegangan lebih, api (arc) timbul terus meskipun tegangan lebihnya sudah tidak ada. Oleh sebab itu rangkaian harus diputuskan terlebih dahulu untuk menghentikan percikan api tersebut. Karena hal tersebut, maka sela batang ini digunakan sebagai pelindung cadangan dalam hal arrester dilepaskan dari saluran karena kerusakan atau sebab lain. Keuntungan dari sela batang ialah bentuknya yang sederhana, mudah dibuat dan kuat (rugged). Cacadnya ialah bahwa sekali terjadi percikan karena tegangan lebih api ( arc ) timbul terus meskipun tegangan lebihnya sudah tidak ada, oleh karena itu sirkuit harus diputuskan terlebih dahulu untuk menghentikan percikan api tersebut. Kecuali itu tegangan gagalnya naik lebih tinggi dari pada isolasi yang dilindunginya untuk gelombang berwaktu pendek sehingga diperlukan sela yang sempit untuk gelombang yang curam.
32
Oleh karena itu sela batang dapat dipakai untuk perlindungan cadangan ( back up protection ), atau dalam kombinasi dengan CB ( circuit breaker ) yang mempunyai kecepatan menutup kembali ( sesudah dibuka ) yang tinggi (high speed reclose operation ). Sekarang sela batang masih dipakai terutama guna melindungi CB (circuit breaker ) dalam keadaan terbuka terhadap pukulan petir.
Gambar 3.1 Sela Batang Sela batang ini biasanya dipasang pada :
Bushing isolator pada tranformator
Pada isolator hantaran udara berupa tanduk api (arcing horn)
Pemutus daya ( circuit breaker )
Meskipun sela batang sangat murah dan sederhana, sela ini mempunyai batasan batasan dalam dalam penggunaanya :
33
Sela batang tidak berfungsi jika gelombang dating mempunyai tegangan yang curam Sela batang tidak bias memutuskan arus susulan. Sela batang bias meleleh akibat energi panas dengan temperature tinggi yang dilepaskan melalui bunga api. 3.3
Sela Sekring Sela sekring adalah sela batang yang dihubungkan secara seri dengan sekring
dengan sekring yang digunakan untuk mengiterupsikan arus susulan ( power follow current ) sehingga sirkuit breaker tidak perlu membuka. Sela sekring mempunyai karakteristik tembus yang sama dengan sela batang. Meskipun sela sekring ini menghindarkan adanya pemutusan rangkaian sebagai akibat percikan, sela sekring tetap memerlukan penggantian dan perawatan sekring yang telah dipakai. 3.4
Sela Kontrol Sela control ( control gap ) terdiri dari dua buah sela yang diatur sedemikian
rupa hingga karakteristiknya mendekati sela bola yang ditinjau dari segi lengkung volt waktunya mempunyai karakteristik lebih baik dari sela batang. Sela ini dapat dipakai bersama atau tanpa sekring meskipun ia dapat dipakai sebagai perlindungan cadangan atau sekunder, ia dianggap sekelas dengan sela batang.
34
Lightning Arrester
3.5
Lightning Arrester adalah alat proteksi peralatan sistem tenaga listrik terhadap arus listrik, yang berfungsi sebagai alat yang dapat memby-pass ke ground, pada keadaan normal, lightning arrester akan bersifat sebagai isolator dan bila timbul surja Petir akan berfungsi sebagi penghantar/konduktor. Setelah surja itu hilang lightning arrester harus dengan cepat kembali bersifat isolator, sehingga circuit braker (CB) tidak sempat membuka. Lightning arrester ini tidak sama dengan sela batang maupun protection tube, karena
arrester bisa
memutuskan arus susulan sehingga tidak menggangu sistem secara keseluruhan. Pemakaianya pada sistem tenaga listrik bolak balik. Jenis Arrester
3.6
Lingkup arrester luas, mulai dari penggunaan elektronika hingga pada sistem transmisi tegangan tinggi maupun ekstra tinggi, lightning arrester pada sistem transmisi secara umum dapat dikelompokan sebagai berikut : 3.6.1
Arrester Jenis Ekspulsi Atau Tabung Pelindung Arrester jenis ini pada prinsipnya terdiri dari
A. Dinding tabung yang terbuat dari bahan yang mudah menghasilkan gas jika dialiri listrik.
35
B. Sela batang ( external series gap ) yang biasanya diletakan pada isolator porselin, untuk mencegah arus mengalir dan membakar fiber pada tegangan jala jala setelaj gangguan diatasi. C. Sela pemutus bunga api yang diletakan di dalam tabung, salah satu elektroda dihubungkan ke tanah. Pada waktu tegangan surja melewati sela batang dan sela bunga api, maka impedansi tabung akan menjadi rendah sehingga arus surja akan mengair ke tanah. Arus yang mengalir akan membakar fiber dan menghasilkan gas yang bergerak cepat ke arah lubang pembuangan di bagian bawah arrester. Tekanan gas ini akan mematikan bunga api pada saat arus melalui titik nol pertamanya. Waktu pemadaman busur api ini hanya
atau 1 cycle sehingga RRV ( Rate of Recovering Voltage )
lebih lambat dari rate of rise kekuatan dielektrit dari isolasi. Beda waktu ini cukup pendek untuk dibaca oleh rele pendukung. Sehingga circuit breaker tetap bekerja ( tertutup ) dan pelayanan daya tidak terganggu. Setelah api padam, sistem kembali ke keadaan normal. Arrester ini digunakan untuk melindungi trafo distribusi bertegangan 3-15 kV, tetapi belum memadai untuk melindungi trafo daya. selain itu digunakan juga pada saluran transmisi untuk mengurangi besar tegangan surja petir yang masuk ke gardu induk.
36
Gambar 3.2 Arrester Ekspulsi Kerugian dari lightning arrester jenis ekspulsi adalah : 1. Arus yang sangat besar akan menyebabkan fiber habis terbakar dan arus yang terlalu kecil tidak cukup untuk menghasilkan gas pada tabung untuk mematikan bunga api. 2. Setiap lightning arrester bekerja permukaan tabung akan rusak karena terbakar 3.6.2
Arrester Jenis Katup Pada dasarnya lightning arrester ini terdiri dari dua buah unsur, yaitu : sela api
( spark gap ) dan tahanan tak linier atau tahanan kran ( valve resistor ) yang keduanya dihubungkan secara seri. Batas atas dan batas bawah dari tegangan percikan ditentukan oleh tegangan sistem maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang
37
dilindungi. Sebenarnya arrester ini terdiri dari tiga unsur, yaitu sela api, tahanan non linier dan sistem pengaturan atau pembagi tegangan. ( Gradling system ). Arrester jenis ini dinamakan valve arrester, sebab impedansinya dapat mengatur sendiri untuk aliran arus dan tegangan terbatas. Perbadaan utama kedua type expiltion dan valve yaitu untuk valve besarnya arus dibatasi oleh arrester itu sendiri dan tidak tergantung pada kapasitas sistem. Sedangkan tipe expultion ditentukan oleh karakteristik sistem, dari sini terlihat bahwa arrester type valve mempunyai tingkat pengaman yang lebih tinggi. Arrester jenis ini ummunya dipakai untuk melindungi alat-alat yang mahal pada rangkaian, biasanya dipakai untuk melindungi trafo daya. Arrester katup ini dibagi menjadi empat jenis, yaitu sebagai berikut. : A. Arrester Katup Jenis Gardu Pemakaiannya secara umum pada gardu induk besar untuk melindungi alat-alat yang mahal pada rangkaian mulai dari 2,4-287 kV.
Gambar 3.3 Arrester Katup Jenis Gardu
38
B. Arrester Katup Jenis Saluran Arrester jenis saluran lebih murah dari arrester gardu. Arrester jenis saluran ini dipakai pada sistem tegangan 15-69 kV. C. Arrester Katup Jenis Distribusi Seperti
namanya
arrester
ini
digunakan
untuk
melindungi
transformator pada saluran distribusi. Arrester jenis ini dipakai pada peralatan dengan tegangan 120-750 volt. D. Arrester Katup Jenis Gardu untuk Mesin – mesin Arrester jenis gardu ini khusus untuk melindungi mesin-mesin berputar. Pemakaiannya untuk tegangan 2,4-15 kV. Prinsip kerjanya arrester ini terdiri dari dua unsur sela api ( spark gap ) dan tahanan tak linier atau tahanan kran ( valve resistor ). Keduanya dihubungkan secara seri, batas atas dan bawah dari tegangan percik ditentukan oleh tegangan sistem maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Seringkali persoalan ini dapat dipecahkan hanya dengan mengetrapkan cara cara khusus pengaturan tegangan ( voltage control ) oleh karena itu sebenarnya arrester ini terdiri dari tiga unsur : sela api, tahanan kran atau tahanan katup dan sistem pengaturan atau pembagian tegangan ( granding sistem ). Setelah diutarakan bila persoalan nya hanya tidak melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan karena gangguan dengan tidak memperdulikan akibat terhadap pelayanan, maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan terjadinya percikan pada waktu tegangan dalam keadaan bahaya.
39
Dalam hal ini tegangan sistem bolak balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus bebannya dibuka dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka apinya dapat dipadamkan. Tetapibila tahananya mempunyai sebuah harga tetap, maka jatuh tegangannya menjadi besar. Pengecilan tahanan berlangsung cepat sekali yaitu selama tegangan lebih mencapai harga puncaknya. Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis dari pada tahanan sehingga jatuh tegangannya dibatsi meskipun arusnya besar. 3.6.3
Arrester Jenis Seng Oksida Arrester seng oksida yang disebut juga metal oxide arrester (MOA)
merupakan arrester yang tidak memiliki sela seri, terdiri dari satu atau lebih unit yang kedap udara, yang masing – masing berisikan blok-blok tahanan katup sebagai elemen aktif dari arrester. Pada dasarnya prinsip kerja arrester ini sama dengan arrester katup. Karena arrester ini tidak memiliki tahanan sela seri, maka arrester ini sangat bergantung pada tahanan yang ada dalam arrester itu sendiri. Apabila terkena petir, tahanan arrester akan langsung turun sehingga menjadi konduktor dan mengalir petir ke bumi. Namun setelah petir lewat, tahanan kembali naik sehingga bersifat isolator.
40
Gambar 3.4 Arrester seng oksida 3.7
Prinsip Kerja Arrester Alat pelindung yang paling sempurna adalah arrester, pada pokoknya arrester
terdiri dari dua unsur : sela api ( spark gap ) dan tahanan tak linier atau tahanan kran. Keduanya dihubungkan secara seri batas atas dan batas bawah dari tegangan percikan ditentukan oleh tegangan sistim maksimum dan tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Bila persoalannya hanya melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan karena gangguan tidak memperdulikan akibatnya.
41
Dalam hal ini tegangan sistim bolak balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan mungkin apinya dapat dipadamkan. Tetapi bila tahanannya mempunyai sebuah harga tetap maka jatuh tegangannya menjadi besar sekali sehingga maksud untuk meniadakan tegangan lebih tidak terlaksana. Oleh sebab itu dipakailah tahanan kran yang mempunyai sifat khusus bahwa tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar. Proses pengecilan tahanan berlangsung cepat sekali yaitu selama yaitu selama tegangan lebih mencapai harga puncak puncaknya, tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis daripada tahanan sehingga jatuh tegangannya besar.
dibatasi meskipun arusnya
42
Gambar 3.5 Spark Gap Bila tegangan-lebih habis dan tegangan normal tinggal, tahanannya naik lagi sehingga arus susulannya ini akhirnya dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan sistimnya mencapai titik nol yang pertama sehingga alat ini bertindak sbagai sebuah keran yang menutup arus. Dari sini didapatkan nama tahanan kran. Karakteristik arus tegangan dari tahanan kran pada Gambar 3.6.
43
Gambar 3.6 Arus tahanan dari tegangan kran Keterangan Gambar 3.6
= arus surja = arus susulan V
= tegangan dasar
= tegangan gagal sela = tegangan sisa a
= arus menaik
b
= arus menurun
1,2
= tahanan linier
3
= tahanan tidak linier
44
Pada arrester modern pemadaman arus susulan yang cukup besar ( 200-300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini, maka baik ampiltudo maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadamannya dapat dilakukan sebelum tegangan sistem mencapai harga nol. 3.8
Karakteristik Arrester Arrester dipakai untuk menetapkan BIL, maka karakteristiknya perlu
diketahui dengan jelas, sebagai berikut: 1. Mempunyai tegangan dasar (rated) 50 c/s yang tidak boleh dilampaui. 2. Mempunyai karakteristik yang dibatasi oleh tegangan ( voltage – limiting) bila dilalui oleh berbagai macam petir 3. Mempunyai batas termis. Sudah jelas bahwa arrester adalah sebuah peralatan tegangan dan mempunyai dasar rating (rating) tegangan, maka ia tidak boleh dikenakan tegangan yang melebihi dasar ini, baik dalam keadaan normal maupun dalam keadaan hubung singkat, sebab arrester ini menjalankan fungsinya harus menanggung tegangan sistim normal dan tegangan transien 50 c/s. karakteristik pembatas tegangan impulsdari arrester adalah harga yang dapat ditahannya pada terminalnya bila menyalurkan arus tertentu, harga ini dapat berubah dengan besarnya arus. Karakteristik ini harus dapat dikenal pada waktu singkat, misalnya pada waktu terjadi percikan pada sela bila arrester mulai bekerja (dengan adanya surja), sebelum arusnya mengalir
45
Ciri ketiga yang dulu kurang mendapat perhatian cukup adalah batas termisnya yaitu kemampuan untuk melalukan arus surja yang berwaktu lama atau terjadi berulang ulang, misalnya surja hubung tanpa menaikan suhunya. Meskipun kemampuan arrester untuk menyalurkan arus sudah mencapai 65.000 – 100.000 ampere, tetapi kemampuannya untuk melalukan surja hubung, terutama bila sauran menjadi panjang dan berisi tenaga besar adalah hal lebih penting lagi. Berhubungan dengan hal hal diatas, maka agar supaya tekanan (stresses) pada isolasi dapat dibuat serendah mungkin, suatu sistem perlindungan tegangan lebih perlu memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Dapat melepaskan tegangan lebh ke tanah tanpa menyebabkan hubung singkat ke tanah ( saturated ground fault ) 2. Dapat memutus arus susulan 3. Mempunyai tingkat perlindungan
( protection level ) yang rendah artinya
tegangan percikan sela dan tegangan pelepasannya rendah. Karakteristik pelindung daripada arrester sudah dikenal sejak tahun 1937 dan sesuai dengan perbaikan perbaikan yang dialaminya mengalami perubahan perubahan. Yang menonjol dalam perubahan ini ialah bahwa perbandingan perlindungannya (protective ratio) konstan dalam seluruh jangkauan (range) tegangannya, berarti bahwa tegangan gagal sela dan tegangan pelapasan maksimumnya sebanding dengan tegangan dasarnya untuk suatu bentuk surja tertentu.
46
Tegangan gagal sela, disebut juga tegangan percikan pada frekuensi sistim 50 c/s harus mempunyai harga yang tinggi untuk mengurangi seminimum mungkin pelepasan yang disebabkan oleh adanya hubung singkat ke tanah dan surja hubung. Di dalam tabel yang dimasukan sebagai tegangan percikan ialah tegangan percikan pada muka gelombang untuk surja yang mempunyai kecuraman muka 100 kV/µs/12 kV arrester yang diterangkan dalam standar amerika. Tegangan pelepasan disebut juga tegangan sisa (residual) atau jatuh tegangan IR adalah tegangan antara terminal terminal arrester bila sedang melalukan arus surja. Yang dimasukan dalam tabel biasanya ialah tegangan sisa untuk surja arus 10 x 20µs yang besarnya 5.000 dan 10.000 A. Tabel 3.1 perbandingan sela gagal untuk Swedia Tegangan Dasar Arrester *
Tegangan Sela Gagal **)
Tegangan Pelapasan
(kV)
(kV)
(sisa)***) (kV)
4
16
14.5
6
22
22
8
30
29
11
37
24
13
46
44
20
63
65
26
80
79
32
98
101
47
40
125
123
45
143
144
53
165
166
66
205
202
80
250
245
92
285
280
106
325
325
Tabel 3.2 perbandingan sela gagal untuk Perancis Tegangan Nominal
Tegangan Sela Gagal **)
Tegangan Pelapasan (sisa)
Arrester (kV)
(kV)
(kV)
3.75
20
17
6.25
30
25
7.5
37
31
12.5
56
47
20
88
76
27.5
118
100
32.5
134
117
40
165
144
48
Tabel 3.3 perbandingan sela gagal untuk Amerika Tegangan Dasar Arrester * (kV)
IR pada 5.000 A *) (kV) (1940)
(1955)
Tegangan Sela Gagal **) (kV)
3
9
14
6
18
24
9
26
35
12
36
50
15
44
60
20
58
80
25
71
100
30
88
120
37
105
145
40
115
150
50
141
180
60
176
220
73
210
260
49
97
280
335
315
410
121
351
445
145
420
525
169
495
620
195
568
700
242
700
880
264
765
960
109
417
Kegagalan sela yang dipengaruhi oleh kecuraman tegangan yang datang menentukan tegangan pelepasan permulaan pada arrester. Jatuh tegangan pada elemen kran yang tergantung pada kecuraman dan besarnya arus surja menentukan tegangan arrester pada waktu pelepasan.
50
Gambar 3.7 Berubahnya tegangan pelepasan terhadap besar dan kecepatan naiknya arus surja 3.9
Parameter parameter Dalam Arrester Ada beberapa parameter dalam arrester yang perlu diketahui sebagai berikut :
3.9.1
Arus pelepasan nominal ( Nominal Discharge Current ) Arus pelepasan dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang
digunakan untuk menentukan kelas dari arrester yang sesuai dengan kemampuannya melewatkan arus. Untuk gelombang berjalan yang datang dari saluran, arus pelepasan dalam arrester ditentukan oleh tegangan maksimum yang diteruskan oleh isolasinya, oleh
51
ompedansi surja pada kawat, dan oleh karakterisrik dari arrester, dapat dilukiskan dengan persamaan sebagai berikut : Iα=
………………………………………………………….(3.1)
Dimana : Iα
= Arus pelepasan arrester (kA/µs)
E
= Besarnya tegangan surja yang datang (Kv/µs)
Eα
= Tegangan terminal arrester (Kv)
Z
= Impedansi surja (Ω)
Dengan kecuraman gelombangnya : …………………………………………………………………………..(3.2)
Menurut IEC, bentuk pelepasan arus gelombang adalah 8µs/ 20 us dengan kelas arrester :
Kelas arus 10 kA Untuk perlindungan gardu induk yang besar dengan frekuensi sambaran petir yang cukup tinggi dengan tegangan sistem diatas 70 kv
Kelas arus 5 kA Untuk tegangan sistem dibawah 40 kV
52
Kelas arus 2,5 kA Untuk gardu gardu kecil dengan tegangan sistem dibawah 22 kV, dimana pemakaian kelas 5 kA tidak ekonomis lagi.
Kelas arus 1,5 kA Untuk melindungi trafo trafo kecil di daerah – daerah pedalaman.
3.9.2
Tegangan Pengenal Lightning Arrester Untuk menentukan tegangan pengenal arrester dapat menggunakan rumus : = ( V kerja arrester x koefisien pentanahan ) x 110 % …………..(3.3) Dimana, Ea : Tegangan pengenal arrester V kerja arrester : Tegangan sistem Koefisien pentanahan : 0.8 untuk sistem yang ditanahkan langsung : 1.0 untuk sistem yang tidak ditanahkan langsung
3.9.3
Tegangan Frekuensi Jala Jala (power frequensi spark over voltage) Arrester tidak boleh bekerja pada gangguan tegangan lebih dalam amplitude
yang rendah karena dapat membahayakan sistem. Untuk alasan ini maka ditentukan tegangan frekuensi jala jala minimum. Menurut standar IEC tegangan frekuensi jala jala minimum adalah :
53
1,5 X tegangan pengenal arrester ………………………………………...(3.4) 3.9.4
Tegangan Percikan Impuls Maksimum (Maximum Impuls Spark Over Voltage) Tegangan gelombang impuls tertinggi yang terjadi pada terminal arrester
sebelum arrester bekerja. Hal ini menunjukan jika tegangan puncak surja petir yang datang mempunyai harga yang lebih tinggi atau sama dengan tegangan percikan maksimum dari arrester, maka arrester tersebut akan bekerja memotong surja petir dan mengalirkannya ke tanah. 3.9.5
Tegangan Sisa (Residual Voltage) Tegangan yang timbul diantara terminal arrester pada saat arus petir mengalir
ke tanah. Tegangan sisa dari suatu arrester tertentu tergantung pada kecuraman gelombang yang datang (
dalam A/µs ) dan amplitude dari arus pelepasan. Untuk
harga arus pelepasan yang lebih tinggi maka tegangan sisa ini tidak akan naik lebih tinggi lagi. Hal ini disebabkan karena karakteristik tahanan yang tidak linier dari arrester. Umumnya tegangan sisa tidak akan melebihi TID ( Tingkat Isolasi Dasar ) atau BIL ( Basic Insulation Level ) dari peralatan yang dilindungi. 3.9.6
Arus Pelepasan Maksimum (Maximum Discharge Current) Arus surja maksimum yang dapat mengalir melalui arrester sebelum
tembusnya sela seri tanpa merusak atau merubah karakteristik dari arrester. 3.10
Kordinasi Isolator
54
Kordinasi isolator didefinisikan antara kemampuan peralatan peralatan listrik dan rangkaian listrik dari satu pihak dan alat alat proteksi di lain pihak yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga isolasi dari peralatan peralatan tersebut terlindung dari bahaya tegangan lebih. Secara keseluruhan isolasi peralatan harus dikoordinasikan sedemikian rupa sehingga menjamin peralatan tersebut tetap aman ketika terjadi gangguan tegangan lebih. Koordinasi isolasi yang baik akan menjamin bahwa isolasi peralatan akan mampu menahan tegangan kerja sistem yang normal dan tidak normal yang mungkin terjadi pada sistem. Masalah koordinasi isolasi pada sistem tenaga menyangkut : 1. Penentuan tingkat isolasi dari isolasi hantaran 2. Menentukan Tingkat Isolasi Dasar (TID) dari peralatan 3. Pemilihan dan letak arrester. 3.10.1 Penentuan Tingkat Isolasi Hantaran Penentuan isolasi dari hantaran harus mempertimbangkan kemungkinan terjadinya tegangan lebih petir, tegangan lebih swithing dan tegangan lebih frekuensi jala jala. Isolasi hantaran udara harus cukup tinggi untuk mencegah terjadinya kegagalan yang disebabkan oleh tegangan lebih switching dan tegangan lebih frekuensi jala-jala dengan memperhatikan pengaruh lingkungan atau alam dapat menurunkan tegangan tembus dari isolator
yang
55
1. Usaha Penanggulangan Terhadap Sambaran Petir Langsung Diantara tegangan lebih akibat petir, sambaran langsung pada rel suatu gardu induk atau saluran transmisi dekat kepada gardu induk merupakan bahaya besar terhadap gardu induk. Lagi pula sangat sukar mengamankan gardu induk itu sepenuhnya dengan menggunakan arrester. Sambaran langsung itu memang sangat kecil, tetapi jika terjadi keruakan yang ditimbulkan sangat hebat sekali. Oleh karena itu gardu gardu yang penting dan saluran – saluran di dekatnya harus diamankan terhadap sambaran langsung dengan mengadakan perlindungan yang cukup dengan kawat tanah dan pengtanahan yang rendah 2. Usaha Penanggulangan Terhadap Gelombang Yang Datang Dari Saluran Penanggulangan terhadap gelombang petir yang memasuki gardu induk dari saluran transmisi dilakukan dengan mengamankan peralatan terhadap tegangan lebih itu dengan menggunakan arrester dan dengan memberikan kepada peralatan itu kekuatan isolasi terhadap tegangan impuls yang lebih besar dari tingkatan pengamanan arrester. 3.10.2 Menentukan Tingkat Isolasi Dasar (TID) Dari Peralatan Pada Gardu Induk Berdasarkan pada kesepakatan komite bersama AIEE – IEC – NEMA, Tingkat Isolasi Dasar (TID) didefinisikan sebagai berikut : “ tingkat isolasi dasar adalah suatu tingkat referensi yang dinyatakan dalam tegangan puncak dengan standar gelombang dari 1,2 x 50µs, sehingga isolasi dari peralatan peralatan listrik
56
mempunyai karakteristik tahanan impuls sama atau lebih tinggi dari isolasi dasar tersebut”. Sebagian besar peralatan di Gardu Induk sperti trafo, pemutus daya, saklar pemisah, trafo arus, trafo tegangan dibuat dengan tingkat isolasi yang sama kecuali tarafo yang kadang kadang diproduksi dengan isolasi yang rendah dengan alas an ekonomis dan trafo umumnya dilindungi langsung oleh arrester. Peralatan peralatan ayang terletak di luar daerah lindung arrester akan di berikan TID satu tingkat lebih tinggi . pada umumnya tingkat isolasi dari peralatan di gardu seperti pemutus daya, busbar, saklar pemisah, trafo pengukuran mempunyai TID 10% lebih tinggi dari TID trafo. 3.10.3 Pemilihan Dan Letak Lightning Arrester Untuk penyederhanaan dalam pemilihan arrester ditetukan terlebih dahulu langkah langkah yang diperlukan : 1. Menentukan besarnya tegangan lebih satu phasa ke tanah atau tegangan lebih lain sebagai akibat kerja sistem yang tidak normal pada lokasi dimana arrester dipasang. 2. Membuat perkiraan besarnya tegangan arrester (Eα). 3. Memilih arus impuls yang diperkirakan akan dilepas melalui arrester. 4. Menentukan tegangan pelepasan maksimum ( tegangan kerja, tegangan sisa ) dari arrester untuk arus impuls dan jenis penangkap petir yang dipilih.
57
5. Menentukan tingkat ketahanan tegangan impuls gelombang penuh dari peralatan yang akan dilindungi. 6. Memastikan bahwa tegangan kerja arrester berada dibawah TID peralatan dengan faktor perlindungan yang cukup. 7. Menentukan jarak perlindungan antara arrester dengan peralatan yang akan dilindungi. Tabel 3.4 jarak maksimum antar arrester beragam tingkat tegangan Daya pengenal arrester
Tegangan Nominal
BIL (kv)
(kv)
66
132
220
Jarak maksimum yang di izinkan 80 %
90%
100%
350
35
30
25
550
35
-
-
650
60
45
35
900
60
-
-
1050
100
75
55
Untuk menentukan tegangan arrester terdapat 2 hal yang harus diperhatikan yaitu:
58
1. ketahanan arrester terhadap frekuensi kerja yaitu terutama pada saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah, tegangan fasa yang tidak terganggu akan naik tergantung sistem pentanahannya. 2. Didasarkan pada pengaman terhadap alat yang diamankan, apa yang disebut sebagai savety margin. 3.10.4 Penempatan Arrester Pada Gardu Induk Gandul 150 Kv Arrester yang berfungsi sebagai pengaman terhadap tegangan lebih dari sambaran petir secara langsung maupun secara induksi harus dapat mengamankan peralatan utama pada instalasi gardu induk seperti transformator, pemutus tegangan, trafo arus, trafo tegangan, peralatan untuk sistem informasi pada GI (wafe trap) serta peralatan lainnya. Penempatan arrester harus dirancang sedemikian rupa sehingga peralatan tenaga listrik yang diamankan (dilindungi) pada gardu induk terhadap tegangan lebih akibat sambaran petir tidak mengalami kerusakan.
Gambar 3.8 konstruksi pemasangan arrester pada gardu induk gandul
59
Gardu induk gandul 150 kv merupakan salah satu jenis gardu induk tipe konvensional yaitu gardu yang terdiri dari semua instalasi peralatan gardunya (switch yard ) dipasang pada lapangan terbuka. Keuntungan menggunakan gardu induk tipe konvensional adalah bersifat fleksibel. Pemeliharaan pada setiap peralatan dapat dilakukan dengan mudah, sedangkan kerugian menggunakan gardu induk tipe konvensional adalah lahan yang lebih luas dan lebih sering mengalami gangguan. 3.10.5 Jarak Maksimum Arrester meskipun yang paling baik adalah menenpatkan arrester sedekat mungkin dengan alat yang dilindungi, tetapi dalam praktiknya kadang kadang hal ini tidak dimungkinkan. Jika jarak itu terlalu jauh, tegangan abnormal yang sampai pada terminal dari peralatan akan lebih tinggi dari pada tegangan pelepasan arrester.
Gambar 3.9 Jarak tansformator dan arrester
60
Hubungan antara tegangan terminal dari alat yang dilindungi dan jarak dari arrester adalah sebagai berikut: =
+ 2.µ.x/ v……………………………………………………………….(3.5)
Dimana :
= Tegangan terminal dari peralatan yang dilindungi (kV) = Tegangan pelepasan dari arrester (kV) µ
= Kecuraman gelombang dari gelombang yang datang (Kv/µs)
V
= Kecepatan rambat gelombang yang datang (m/µs)
X
= Jarak dari arrester ke alat yang dilindungi (m)
3.10.6 Kegagalan Arrester Pada keadaan normal arrester harus berfungsi sebagai isolator, tetapi dalam keadaan gangguan ( terjadinya tegangan lebih ) maka arrester dengan secepat mungkin akan berfungsi sebagai konduktor untuk mem by pass tegangan lebih yang timbul dan mampu memutus arus susulan yang terjadi maka dengan secepat mungkin arrester berfungsi kembali sebagai isolator. Kegagalan arrester untuk mengalirkan tegangan lebih ketanah akan mengakibatkan rusaknya peralatan pada gardu induk. Beberapa faktor yang
61
mengakibatkan gagalnya arrester bekerja untuk mengamankan peralatan tegangan lebih yaitu : 1. Tahanan pada arrester 2. Tabung arrester 3. Tegangan dasar maximum 4. Penurunan tingkat isolator
