PERHITUNGAN LIGHTNING PERFORMANCE DENGAN MENGGUNAKAN OVERHEAD GROUND WIRE PADA PENYULANG RUKO Dl PLN AREA SERPONG Badaruddin, Rinalto Hutabarat Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Elektro,Universitas Mereu Buana Email : bsulJe@gmaiLcom
Abstrak
Da/am pendistribusion tenaga listr;k yang menjadi kendo/a terbesar adalah gangguan dar; a/am yaitu benlJJQ sambaron pelir, sehingga dapa, mengganggu kontinuitas penyaluran tenaga Iistrik ke /consumen. PLN sebagai produsen Iis/fik lelah
melakukan berbagai upaya IInlllk mengurangi gangguan yang ditimbulkan o feh pelir, salah satunya dengan menggllnakan Overhead Ground Wire. Setelah didapatkan data - dala gangguan pelir
pada penyu/ang, kemudian dilakukan analiso perhitungan dengan berbaga; macam skenorio pemasangan Overhead Ground Wire yang lelah direncanakan. sebelum pada akhirnya dilokukan pemasangon Overhead Ground Wire pado SUTM 20 kV. Hal in; dilakukan agar didapatkan nilai perlindungan yang lerbaik. Dari hasil analisa dan perhitllngan didapatkan hahwa pemasangan Overhead Ground Wire dengan ketinggian J m di aras saluran dan dengan menurunkan tahanan pen/anahan menjadi 5 ohm menghasilkan nilai lightning performance yang paling kecil yaltu sekitar 44.887 samharan/JOOkmllahun. Kata kunci " lightning performance, overhead ground wire, penyulang 1. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Serpong memiliki tingkat hari guruh yang tinggi, hal ini disebabkan Serpong yang bersebelahan· dengan Kabupaten Bogor yang memilki hari guruh lertinggi di Indonesia. Karena itu Gangguan yang disebabkan oleh petit sangat tinggi, sehingga mengurangi keandalan da1am penyaluran tenaga listrik dan mengganggu kenyamanan pengguna energi listrik. Oleh karena itu PLN distribusi Jakarta Raya Tangerang area Serpong melakukan berbagai upaya dalam mengatasi gangguan yang disebabkan oleh
petir UlI, salah satunya dengan Overhead GroWld Wire.
menggunakan
1.2. Perumusan Masalah Karena jumlah har; guruh yang sangat tinggi di daerah Serpang, maka untuk meningkatkan keandalan da1am penyampaian tenaga listrik ke konswnen, PLN area serpong menggunakan overhead groWld wire unhlk mengurangi gangguan akibat petir. 1.3
T ujuan Penulisan Tujuan penulisan Penelitian iot adalah Wltuk menghitung lightning performance suatu penyulang pada SUTM di daerah serpong baik sebelum menggunakan Overhead Ground Wire, maupWl sesudah menggunakan Overhead Ground Wire. 1.4
Batasan Masala h Penulisan hanya membahas mengenai besamya lightning performance akibat dari penggunaan Overhead GroWld Wire pada suatu penyulang SUTM. 1.5
Metode Penuliun Da1am penyusunan penelitian ini, agar didapatkan data yang relevan serta dapat dipercaya kebenarannya, maka penulis menggunakan beberapa metode pengwnpulan data seperti metode observasi, metode interview, dan metode kepustakaan 2.PEMAHAMAN TENTANG PETIR
2.1
Proses Terjadinya Petir PertaIna akan tetjadi pemampatan muatan listrik pada awan yang bersangkutan . Umumnya, yang menumpuk di bagian paling atas awan adalah listrik muatan negative, di bagian tengah ada1ah listrik bermuatan positif, sementara di bagian dasar adalah muatan negatif yang berbam dengan muatan positif. Pada bagian bawah inilah petir biasa berlontaran. 44
2.6 2.1.1 Awan Petir (Cumulonimbus)
-
Proses terbentuknya awan
petir
:
Dibutuhkan udara naik keatas (up-draft). Dibutuhkan pertikel aerosol (menggambang) yang hygroskopis (menyerap air) dari garam laut atau pertikel industri yang ikut naik bersama updraft
petir dengan mengetahui batasan besaran
Dibutuhkan udara lembab yang naik keatas untuk pembuatan partikel es (hailstone) di awan.
tegangan di struktur yang disambar. g=R-oxl(kV) (1)
22
Ciri - Ciri Datangnya Petir Langit tiba-tiba menjadi gelap disertai angin datang begitu cepatnya dan awan yang menjulang tinggi menyerupai bunga kol berwama keabuanabuan, kemudian udara terasa pengap. Petir dapat terjadi antara :
-
KarakteristikPetir
Pemaharnan tentang karakteristik petfu akan membantu menganalisa dan merancang proteksi
Awandenganawan Dalam awan itu sendiri Awan ke udara Awan dengan tanah (bumi)
23
Mekanisme Sambaran Petir
Saat ujung lidah petir bergerak mendekat ke tanah" kuat medan listrik pada ujung - ujung struktur diatas permukaan tanah akan meningkat dan terjadi
-
besaran serta ukuran peralatan proteksi yang harus di desain. Adapun karakteristrk petir berdasarkan IEC 62305;l5 adalah sebagai berikut :
a. I :
arus puncak petir (kA); berpengaruh pada
b. a
energy yang bisa melumerkan
atau
menghancurkan logam (As)
{:Jidr
{,{,
(2)
c. E: impuls force E: ifEdr (,{ns) d. Kecuraman (d/d|
u:L*
L:
(3)
(t:u1
(4)
Konduksi (dilewati arus)
2.1 Keraprtan Sambaran Petir ke Tanah Kerapatan sambaran petir ke tanah ini dapat diperkirakan dengan berbagai cara yaitu a. N, dapat diperkirakan dari data Keraunic level :
yaitu
:
Ng: 0.04 Tar'2s Dimana, Ne (
^:
(5)
kerapatan sambaran
ke
tanah
sa:nbaran/km'/tahun)
T6 : jumlah hari guruh pertahun (nilai Keraunic level) Gambar 2.1 Mekanisme Sambaran Petir
2.4
Jenis Sambaran Petir Ada dua jenis sambaran petir pada sistim distribusi listik :
2.42 Sambaran Langsung Sambaran langsung adalah sa:nbaran petir yang rcngarah langsung ke fasa konduktor dan penunjang fisakonduktor (tiang).
2.43 Sambaran Tidak Langsung Sambaran tidak langsung terjadi karena induksi elektromagnetik akibat sambaran petir yang tidak mengenai fasa konduktor ataupun tiang penyangga frsa konduktor secara langsung.
b.
Nilai Nu juga dapat diperoleh dari catatan jam petir (thunderstorm hour) (6) 0.054 Ttt'r
Ng:
Dimana,
c.
T6:
lama terjadinya guruh fiam)
Perkiraan harga kerapatan sambaran petir ke tanah juga dapat diperoleh secara langsung melalui data jaringan pendeteksi petir atau dari lighhing counter.
2,8 Dampak Negatif Sambaran Petir Akibat dari sambaran petir tersebut akan menimbulkan gangguan - gangguan pada SUTM diantaranya : - Back Flashover - Shielding Failure Flashover
2.9 Hari Guruh
Jumlah sambaran petir dihitung dengan berapa
hari guruh terdengar dalam *h, i"t*
*(flashlkmz/tahun) : kerapatan sambaran ke ground N : jumlah sambaran di daerah terbuka
d;"
dinyatakan dengan hari guruh atau thunderstorrn days. Hari guruh di Indonesia sekitar 200 hari dalam
(flash/tO0knr/thn)
setahun.
3.
PROTEKSI SUTM TEREADAP SAMBARAN PETIR
3.I Konfigurasi Sistem SUTM Biasanya SUTM menggrrnakan Konfigurasi sistem radial, tipe Fishbone.
32 Gangguan pada SUTM
-
Berdasarkan sifat dibagi menjadi dua temporer
a.
Shielding Factor dari Sturktur Terdekat dan
Pohon
Shielding Factor (S) didefinisikan .. hndung saluran
sebagai factor distribusi oleh objek disJkitarnya.
Jumlah sambaran ke saluran dinyatakan
:
(7) l. Nr:N(l -S, Dimana, Nr : jumlah sarnbaran ke saluran karena faktor lindung (flash/lOOkm/tahun) stnrkhrr atau pohon
:
Sr: faktor lindung
menetap 1,5
3.2.1 Gangguan Arus Lebih
a. Beban Lebih Gangguan
ini
L
dapat terjadi
jika I > I
nominal.
0,5
Dapat terjadi ketika terdapat beban besar yang
terhubung secara tiba
-
tiba.
0
L2345678910
b. Hubung Singkat Gangguan hubung singkat pada SUTM dapat
disebabkan oleh banyak hal, antara lain:
-
Gangguan satr fasa ke tanah Gangguan antar fasa
Gambar 3.1 Faktor perlindungan dari Objek Didekat Saluran Setinggi l0 Meter
332
3.2J Gangguan Tegangan l"ebih .. Secara garis besar tegangan lebih pada SUTM
disebabkan oleh
:
Tegangan lebih petir : terjadi pada skala besaran arus yang sangat tinggi 2 200 KA dalam waktu yang sangat singkat yaitu ps. - Tegangan lebih switching : terjadi dalam periode waktu ms
33 Gangguan Srmbaran petir
9*Sgr* yang ditimbulkan oleh sambaran petir ini dapat dibedakan menjadi du4 yaitu : 33.1 Sambrran Langsung dapat dihitung dengan persamaan eriksson.
-
N
-
Ns f28ho.6+
\ro)
p)
(6)
Dimana, h = ketinggian tiang (m) b lebar tiang struktu (m)
:
Sambaran Tidak Langsung atau Sambaran Induksi Bila terjadi sambaran petir ke tanah atau objek di dekat saluran, maka akan terjadi fenomena transien yang diakibatkan oleh medan elektromagnetis dari sambaran petir tersebut.
Jumlah sambaran induksi pada daerah terbuka atau tanpa adanya shielding factor dapat dihitung
dengan persamium
-
N. = N*
Dimana,
:
(ztr'q
3)
rrol
h:
ketinggian tiang (m) b = lebar tiang strulrhr (m)
(flash/km'z/tahun)
Ni = jumlah sambaran induksi di
_ terbuka(flash/l00knr/thn) Sedangkan jumlatr
daerah
sambarao induksi pada salura yang terletak pada daerah yang memiliki shieldirg faktor atau memiliki pepohonan ataupun stnrktr
bagunan didekatrrya, dapat dihihmg persama_an:
dengan
- Nir:NgxNix2 (ll) : jumlah sambaran induksi dengan shielding faktor
Dimana, Nii
*,
*..(*.T#t:Hff)ke
sambaran induksi pada
daerah terbuka (flash/l OOkrn/tahun)
333 Total Gangguan Karena petir jumlah gangguan karena petir -. T.o,a
dituliskan sebagai berikut
- N:
Nir Nr : jumlah
Nr*
pentanahan maka kemungkinan terjadinya fl ashover akan semakin kecil.
ground
(flash/l00km2/tahun;
Ni : jumlah
- Di dalam proteksi petir unhrk SUTM, semakin kecil tahanan pentanahannya, maka akan semakin baik terutama sekali untuk sistim SUTM yang menggunakan ground wire. Semakin kecil tahan;
dapat
:
(12)
Dimana, N1= jumlah gangguan kilat
gangguan akibat sambaran
langsung
Nis : jumlah gangguan akibat sambaran tidak langsung
33.4 Lightning Performance Lighhdng performance dapat diturunkan dari data Samg€uan. Lighhing perforrrance didekati dengan jumtah gangguan karena petir per 100 km/tahun. Jadi lightring perforrnance dari data gangguang -
3.6 Pengaruh Grounding dan Tingkat Isolasi . Keefektifan growrd wire sangat bergantung pada
tyr"Sa pentanahan. Agar disain ground wire -tahanan efektif, maka harga tahanao pentanatran-harus lebih kecil dari l0 ohm jika CFO kwang dari 200 kV.
ANALISA PERHITUNGAN LIGHTNING PER"FORMANCE PEIVYULANG RUKO DI PLN AREA SERPONG 4.1Data- Data 4.1.1 Data Gangguan di pLN Area Serpong 4.
Tahun 2010 GANGGUAN PENYUTANG TAHUN 2OlOAREA SERPONG
100
0
Ar.+L(
- LP:100 ' (13) L : Dimana LP lighhing performance (flashover/l00 Nt
:
LC
jumlah gangguang lightning correlated = 70o/o jumlah gangguan karena cuaca
L:
3.d AIat 8IITITI
-{-area
- _talutu" pengarnan terhadap sambaran petir Ilrda SUTM antara lain - Arrester - Arching Horn - Air Terminal / Lrghtring Rod :
a Se.porrg
L000
500
*
Proteksi Sambaran petir pada
ft
tahun 2010
alat rusak + tidak jelas panjang saluran (km)
- Alat
serpong
Data;antguan pe"vuiane
jumlatr gangguang yang diakibatkan
oleh kilat
lffi
JAN MAYMAY JUL SEP NOV
adalqh
tn/tahun)
*--E--
l*-;=^
0 JAN MARMAY JUL SEP NOV
r
negativestroke
!
positive stroke
:
cloud stroke
Gambar 4.2Variansi bulanan t
":"Oi* serpong
p.ti, ai daerah
Orrcrhead Ground Wire (Kawat Tanah)
l.SPembumian 47
4.12 Data Gangguan Petir PLN Area Serpong Tahun 2010
:
0.aZ
S.Tegangan laitis flashover minimum (CFO)
Tabel 4.1 Data Dasar Gangguan pada penyulang Ruko Tahtrn 2010
:
kv
6. Tahananpentanahanmaksimum (R): 7. Jumlah gawang antar arrester (span): 8. Lighhing Correlated (LC}:32.,
125
1l ohm
l0
(L): l00km
GANGGUAN PADA PENYULANG RUKO TAHUN 2O1O NO GI PENYULANG BULAN KETERANGAN
9 Panjangsaluran
t
Legok
ARCU
Tabel 4.2 Kondisi eksisting penyulang ruko tahun
LAYANGAN
2010
2
Legok
3
4
7
t1 L2
18
Ruko
FEB
Legok
10
t7
Legok
Legok
I
14
FEB
Legok
Ruko Ruko
Legok
8
15 16
FEB
Legok
5
13
Ruko
Legok
5
Ruko
HUJAN
TMFO
FEB
Ruko Ruko
MAR
Ruko
MAR
Legok
Ruko
APR
Legok
Ruko
APR
Legok
Ruko
APR
Legok
Ruko
MEI
Legok
Ruko
MEI
Legok Legok
Ruko Ruko
MEI MEI
Legok
Ruko
MEI
Legok
Ruko
MEI
Ruko
MEI
20
Legok Legok Legok
Ruko Ruko Ruko
JUN JUN
POHON
ft)
NEMPEL
Lebar
PELEPAH
kawat fasa
KELAPA
(b) Shielding faktor (S")
GANGGUAN PUTUS
SUTM PUTUS ARRESTER
244 PECAH SUTM PUTUS POHON NEMPEL SUTM RUSAK PEMASUKAN
llm 2m 0.47
i25 kv
Pentanahan
11 ohm
maks (R) Span
l0
HUJAN ARCU
dihitung
LINK
32.2
&c) Panjang saluran yang
I
00 knr
&)
LAYANGAN HUJAN
42 Analisa dan
HUJAN
Perhitungan Lightniq
Performance
HUJAN
disebabkan oleh lightning correlated adalah sebesar
7ff/o x 46= 32.2 gangguan.
4.13 Data Eksisting Penyulang Ruko Tahun 2010
:
flash&m/tahun
CFO Tahanan
correlated
HUJAN
Ground Flash Density (NJ
4.42
Lightfng
Dari abel 4.1 dapat diasumsikan gangguan yaog
:
GFD (Ng)
EROR
JUMPER
AUG
flashlkm2/tahun 2. Tinggi kawat fasa (h) IIm 3. l,ebar kawat fasa (b) 2 m
Penyulang Ruko Tahun 2010
Tinggi kawat fasa
HUMAN
MAR
Ruko
SR
151 RUSAK
MAR
Legok
22
SUTM PUTUS GANGGUAN
FEB
19
21
l.
4. shielding faktor (Sr)
:
4.42
42.1
Perhitungan Lightning Performanc Grourl
Penyulang Ruko Sebelum Menggunakan Wire Pada Tahun 2010
A. Jumlah Gangguan Akibat Sambanr Langsung Pada daerah terbuka sebesar 53.0i, flash/l00lm/tahun.
Pada daerah dengan shielding factor sebesar flash /100km /tahun.
B. Jumlah Gangguan Akibat Sambaran Tidak
A. Jumlah Gangguan Akibat
Langsung
Langsung
Pada daerah terbuka sebesar
2.49
fashover/ I 00lan/tahun. Pada daerah dengan shieldng factor sebesar 22.01 flashover /100krn /tahun.
.
Sambaran
Pada daeratr terbuka sebesar 17.872 flash/1O0lan/tahun. Pada daerah dengan shielding factor sebesar 9.472 flash i 100lcn /tahur. B. Jumlah Gangguan Akibat Sambaran Tidak
C. Total Gangguan Karena Petir Sebesar 50.13 flashover /100km /tahun. D. Lightnin g Performance Sebesar 82.33 flashover /100km /tahun.
Langsung
Pada daerah terbuka sebesar
2.49
flash/l00km/tahun. Didapat dari melihat gambar 3.7. Pada daerah dengan shielding factor sebesar 8.247 flash/I OOknr/tahun.
'L2J Peningkatan Keandalan Penyulang Ruko Terhadap Sambaran Petir Menggunakan Overhead Ground Wire Ada empat skenario yang dilalarkan pada peningkatan ketahanan penyulang ruko
[2-
sebagai berikut
C. Total Gangguan Karena Petir Nt : 1 7.7 I 9 flashovgr/l O0km/tahun
D. Lightning Performance Sebesar 49.92 flashover /100km /tahun.
:
Skenario A : Ground wire ditambahkan diatas saluran 1+tm) Skenario B : Span arrester menjadi 5 dan ground wire ditambatrkan di atas saluran (+1m) Skenario C : Span arrestermenjadi 5 dan ground wire ditambahkan di bawah saluran (-lm) Skenario D : Grorurd wire ditambahkan diatas saluran (+1m) dan tahanan pentanahan menjadi 5 ohm
4.2.22 Skenario B
A. Jumlah Gangguan Akibat
Sambaran
Langsung
Jumlah sarnbaran langsung pada bidang terbuka sebesar i 7.872 flash/l 0Okm/tahun. Pada daerah dengan shielding factor sebesar 9.472 fl ash/ I 0Okmltahun.
B. Jumlah Gangguan Akibat Sambaran Tidak Langsung
Pada daerah terbuka sebesar fl
0.563
ashover/ 1 0Oknr/tahun.
Pada daerah dengan shielding factor sebesar 4.973 fl ashover/ I 0Olm/tahun. C. Total Gangguan Karena Petir
\ :
14.444 flashover/l OOkm/tahun
D. Lightning Performance sebesar 46.644 flashover
/l00km /tahun.
4.2.23 Skenario C
A. Jumlah Gangguan Akibat
Sambaran
Langsung 4.3 Skenario Peningkatan Sistim Proteksi Petir
-42.1 Skenario A
Pada daeratr terbuka sebesar 53.053 flash/lO0knr/tahun. Pada daerah dengan shileding factor sebesar 28.118 flash /l00km /tahun. 49
Correlated Lightning
B. Jumlah Sambaran
Pada
Tidak Langsung daerah terbuka - sebisar 0.563
fl ashover/l OOkm/tahtur.
Pada daerah dengan shileding factor sebesar
4.973 flashover /l00km /tahun.
seperti pada skenario
Akibat
Sambaran
Pada bidang terbuka sebesar
g.377
flash/1O0km/tahun.
,Pada bidang dengan shielding factor sebesar
4.44 flash /100km /tahun.
B. Jumlah Gangguan Akibat Sambaran Tidak
Langsung
sebesar
terbuka
fl ashover/I 00krn/tahun.
_
0.933
_!udu bidang dengan shielding factor sebesar
8.247 flashover /100lnn /tahlm.
C. Total Gangguan Karena petir Sebesar 12.687 flashover /l00km /tahun. D. Lightning Performance Sebesar 44.887 flashover /lOOlffn /tahun.
4.22.5 Rekapitulasi Lightning performance Penyulang Ruko
Tabel-
4.5
nol.
s.PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan analisa perhitungan untuk meningkatkan lighnring perforrnance StjtU pada penytrlang ruko di pLN distibusi Jakarta R"Vu _ TT.g"ITg area Serpong dengan 4 skenario yang telah direncanakarU maka dapat ditarik kesimpulai sebagai berikut
l.
_ 2. 3.
Samharan
tldak Total
akan mengurangi jumlah sambaran induksi meskiptn dipasang di atas maupun di bawah saluran. Skenario D memiliki nilai lightring performance
paling kecil yaitu I*g flashover/100km,/tahun, skenario
n
Skeoa.lo
Skenailo
skenrrlo
B
c
D
44.887
D
dengan
dalam upaya untuk mengurangi
9.472
9.471 I
zg.rre
4.44
8.247
4.973 I
4.973
8.247
Llghtnlng I lz.z
77.7t9
14.u4 I
sg.oer
12.687
sz.z
32.2
32.2
tll
Hutauruk T. S., 1991. Gelombang Berjalan da n Pr ote ksi S urj arErlangga.
I
32.2 I
-qs
15
I
sarnbaran I so.rr
'w"
gangguan akibatpetir.
I
zz.ot
mengurangi jumlah sambaran langsung. Pemasangan Overhead Grounl *i."
DAFTAR PUSTAKA
j
langrrng I
Wire di atas saluran akan berpengaruh besar untuk
ruko pada akhimya -"rrgg.orukar, ryo.*q wire yang dipasang sesuai
I
Langsung I za.rra
Sambaran
Skenarlo A
u
:
Pe,masangan Overhead Ground
sehingga penyulang ^OvlrheaI
penyulang ruko
l(ondlsl EksbtlnB 2010
bulan
Jadi untuk datajunlah gangguan pada penyulang . ruko pada bulan Januari iotl-_ eprl zdfi adalah
Rekapitulasi liehhing performance
f lashoverllookm/tah
D terhitung G*
20tl. Dan sejak bulan lanuii Zot t tringga ,::!,**s, 9:ly_ 1e4aa sanssuan b;fi; apap,n batk yang disebabkan oleh sure lightring (sambaran langsung dan sarnbaran induksi) yurrg disebabkan oleh lightring correlatei. "tulrp,* Febnari
422.4 Skenario D
Pada bidang
Gangguan pada penyutang Ruko Tahun
Penyulang ruko mulai menggr:nakan grourd wire
sebesar 65.291 flashover /l 00lan /tahun.
Gangguan
atas dapat disimpulkan
ashover/l O0km/tahun.
1l_?rr" 20tt
D. Lightning performance
di
bahwa skenario D memiliki 'nilai lightning gerf-orma19e yang paling bagus yaitu 44.gg7 fl
C. Total Gangguan Karena petir Sebesar 33.091 flashover /l00km /tahun.
Jumlah 4. Langsung
Berdasarkan tabel
t21
Zoro, Reynaldo. 2006, ..Fenomena
g{
Mekanisme Petir di Daerah Tropis,, 50
{i*
t3l n B
Zoro, Reynaldo. 2011, *Studi
Pengaman
Terhadap Sambaran Petir PT PLN (Persero) Distibusi Jakarta Raya dan Tangerang Area Serpong".
L
k
: g E
s k
51
