EMTP

STUDI PENGARUH KONFIGURASI 1 PERALATAN PADA SALURAN DISTRIBUSI 20 KV TERHADAP PERFORMA PERLINDUNGAN PETIR MENGGUNAKAN SIMULASI ATP/EMTP Oleh :

Augusta Wibi Ardikta 2205.100.094

Dosen Pembimbing :

1. I Gusti Ngurah Satriyadi H. ST.,MT. 2. Dr.Eng.I Made Yulistya Negara,ST,M.Sc. Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

2

PENDAHULUAN

Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

Latar Belakang 3



Tingkat kelembaban dan curah hujan yang tinggi di Indonesia menyebabkan potensi sambaran petir yang lebih besar.



Tegangan lebih akibat induksi petir merupakan salah satu penyebab terjadinya gagal isolasi pada suatu sistem tenaga listrik jika magnitude tegangannya melebihi BIL (Basic Insulation Level) peralatan isolasi serta komponen sistem tenaga listrik yang dipakai Pemodelan sambaran petir pada saluran distribusi tegangan menengah bertujuan untuk meningkatkan upaya perlindungan saluran distribusi terhadap adanya gangguan berupa tegangan lebih.



Permasalahan 4



Bagaimana membuat pemodelan sambaran petir terhadap jaringan distribusi tegangan menengah dengan menggunakan simulasi ATP-EMTP.



Bagaimana pengaruh arus puncak petir, letak sambaran petir, waktu muka dan waktu ekor tegangan impuls terhadap tegangan puncak induksi petir.

Batasan Masalah 5

1. Petir diasumsikan menyambar di dekat saluran distribusi tegangan menengah dengan besar arus puncak petir tipe heidler yang berkisar antara 20–120 kA. 2. Jarak antar tiang distribusi adalah 500 meter. 3. Model menara yang digunakan adalah model JMarti. 4. Simulasi sistem menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP.

Tujuan 6







Membuat pemodelan tegangan lebih akibat induksi petir pada saluran distribusi tegangan menengah. Analisa perhitungan tegangan puncak akibat induksi petir pada saluran distribusi tegangan menengah berdasarkan hasil simulasi ATP-EMTP. Analisa pengaruh arus puncak petir, letak sambaran petir, waktu muka dan waktu ekor tegangan impuls terhadap tegangan puncak induksi petir.

7

SISTEM DISTRIBUSI DAN FENOMENA PETIR


Deskripsi Sistem Tenaga Listrik 8

Sistem Distribusi 9

1. Distribusi Primer

Saluran distribusi primer menghubungkan antara gardu induk dengan saluran distribusi tegangan rendah. Mempunyai rating tegangan 20 kV a. Sistem Loop b. Sistem Radial c. Sistem Mesh d. Sistem Spindel 2. Distribusi Sekunder Menghubungkan antara distribusi primer dengan konsumen. Mempunyai rating tegangan 220/380 V

Klasifikasi Tegangan Lebih 10 SEBAB DALAM (INTERNAL OVER VOLTAGE) CONTOH : TEGANGAN LEBIH SWITCHING BERDASARKAN SEBABNYA

SEBAB LUAR (EXTERNAL OVER VOLTAGE) CONTOH : TEGANGAN LEBIH PETIR

PERIODIK CONTOH : TEGANGAN LEBIH TEMPORER TEGANGAN LEBIH

BERDASARKAN BENTUKNYA APERIODIK CONTOH : TEGANGAN LEBIH PETIR SAMBARAN LANGSUNG CONTOH : PADA KAWAT FASA PETIR BERDASARKAN SUMBERSUMBERNYA

SAMBARAN TIDAK LANGSUNG CONTOH : INDUKSI KAWAT FASA

SWITCHING CONTOH : - PEMUTUSAN ARUS HUBUNG SINGKAT - PEMUTUSAN ARUS PADA PENGHANTAR TERBUKA - PEMISAHAN DARI TRAFO BEBAN NOL - PENYAMBUNGAN ATAU PEMUTUSAN BEBAN TEMPORER CONTOH : GANGGUAN KAWAT FASA KE TANAH

Petir 11





Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi. Indonesia terletak di negara tropis yang sangat panas dan lembab. Kedua faktor ini sangat penting dalam pembentukan awan Cumulonimbus (Cb) penghasil petir.

Petir (2) 12



Peta Iso Keraunic Dunia

Petir(3) 13



Guruh per Tahun di Beberapa Negara Negara Indonesia

Hari Guruh per tahun 180-260

Malaysia Singapura Thailand Brazil Argentina Hongkong

180-260 160-220 90-200 40-200 30-80 9-100

Petir (4) 14

Jenis sambaran petir dibedakan menjadi: 1. Sambaran Langsung apabila kilat menyambar langsung pada kawat fasa (untuk saluran tanpa kawat tanah) atau pada kawat tanah (untuk saluran dengan kawat tanah) 2. Sambaran Tidak Langsung (Sambaran Induksi) merupakan sambaran titik lain yang letaknya jauh tetapi obyek terkena pengaruh dari sambaran sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada obyek tersebut. 

15

SAMBARAN PETIR TIDAK LANGSUNG PADA SALURAN DISTRIBUSI TEGANGAN MENENGAH


Karakteristik Gelombang Surja Petir 16



Arus Petir Sambaran petir pada suatu objek di bumi yang diikuti oleh aliran arus petir yang tinggi dalam waktu singkat disebut arus impuls petir. Kerusakan yang dapat ditimbulkan ditentukan oleh parameter tertentu yaitu: 1. Arus puncak impuls petir 2. Kecuraman arus petir 3. Muatan listrik arus petir 4. Integral kuadrat arus impuls

Karakteristik Gelombang Surja Petir (2) 17



Kecepatan Pembangkitan berdasarkan Amplitudo Arus Petir

Arus Petir (kA)

% terjadinya

20

45,52

40

30,48

60

15,51

80

5,35

>100

2,14

Karakteristik Gelombang Surja Petir (3) 18



Kecepatan Pembangkitan berdasarkan Waktu Tegangan Impuls Muka Gelombang (μs) 0,5 1,0 1,5 2,0 >2,5

% terjadinya 34,27 26,22 18,18 12,59 8,74

Gelombang Berjalan 19



Puncak (crest) gelombang, E (kV) yaitu amplitudo maksimum dari gelombang.



Waktu muka gelombang, t1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak. Dalam praktek ini diambil 10%E sampai 90%E.



Ekor gelombang, yaitu bagian di belakang puncak.



Waktu ekor gelombang, t2 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai titik 50%E pada ekor gelombang.

Persamaan Rusck 20

Persamaan tegangan puncak (maksimum) induksi petir: Vmax

Z0 I0h 1 d

1 2

1 1 0.5

Z0 2

1 4

0

30

0



Vmax = tegangan puncak (maksimum) induksi petir (Volt)



Ip

= arus puncak petir (Ampere)



d

= jarak antar menara distribusi (meter)



h

= tinggi menara (meter)



v

= kecepatan gelombang sambaran balik (m/s)



c

= kecepatan cahaya (m/s)



Z0

= impedansi pada ruang hampa (ohm)



β

= rasio antara kecepatan sambaran balik dan kecepatan cahaya

Persamaan Rusck 21

Model Petir dari Formula Rusck

Persamaan Rusck 22

u ( x, t ) x

i R

i( x, t ) u ( x, t ) C x t

i ( x, t ) t

L

i

C

0

( x,0, hl , t ) t

Persamaan Rusck 23





Model sambaran balik direpresentasikan sebagai saluran petir yang vertikal dan lurus Pertama Rusck melakukan evaluasi medan elektromagnetik, lalu menghitung coupling medan ke saluran.

Representasi Terjadinya Tegangan Induksi Petir pada Saluran Distribusi 24

Data Saluran Distribusi 25

26

SIMULASI DAN ANALISA TEGANGAN INDUKSI AKIBAT SAMBARAN PETIR MENGGUNAKAN ATP/EMTP


Pemodelan pada ATP 27

Saluran Distribusi Tegangan Menengah Terdiri Dari:

1. Jaringan Distribusi Tegangan Menengah 2. Transformator Distribusi

Pemodelan pada ATP (2) 28





Asumsi:

- Waktu tegangan impuls 1/60 µs - ß sebesar 0.8 Data saluran: - Jarak antar tiang 500 meter - Tinggi menara 33 meter




Parameter trafo distribusi (R) Nama Elemen Jenis Elemen R Tahanan

Nilai 500 Ohm

R_1

Tahanan

558.5405 Ohm

R_2

Tahanan

R_3

Tahanan

3822.4695 Ohm 1 mikro Ohm

R_4

Tahanan

50 Ohm

R_5

Tahanan

3000 Ohm




Parameter trafo distribusi (C) Nama Elemen C_1

Jenis Elemen

Nilai

Kapasitor

0.0211 mikro F

C_2

Kapasitor

0.00303 mikroF

C_3

Kapasitor

0.0051 mikro F

C_4

Kapasitor

0.0001389 mikro F

C_5

Kapasitor

0.0004221 mikro F

C_6

Kapasitor

0.0001915 mikro F




Parameter trafo distribusi (L) Nama Elemen Jenis Elemen L_1 Induktor

Nilai 0.00856 mH

L_2

Induktor

0.0046 mH

L_3

Induktor

0.036897 mH

L_4

Induktor

0.068493 mH

Model Petir 32





Model dari arus petir yang digunakan adalah tipe Heidler. Gambar di bawah ini menunjukkan arus puncak petir 20 kA dengan waktu impuls petir 1/60 μs. 8 [MV] 7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

(f ile V6.pl4; x-v ar t) v :LIGHT

10

15

20

[us]

25

Pengaruh Arus Puncak Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (1) 33

20 kA

50.0 [kV]

50 kA

300 [kV]

37.5 150

25.0 0

12.5 -150

0.0 -12.5

-300

-25.0 -450

-37.5 -600

-50.0 0

5

10

15

20

[us]

25

(f ile arus.pl4; x-v ar t) v :XX0156

0

5

10


75 kA

500 [kV] 300

100

-100

-300

-500

-700 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25


90 kA

500

100 kA

600 [kV]

[kV]

400

240 200

-20

0 -200

-280

-400

-540 -600 -800

-800 0

5

10

15

20

[us]


25

0

5

10


120 kA

700 [kV] 500 300 100 -100 -300 -500 -700 -900 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25


Tabel Nilai Tegangan Lebih Akibat Induksi Petir Berdasarkan Arus Puncak Petir

Arus Puncak Petir 20 50 75 90 100 120

Tegangan Puncak Induksi (kV) Simulasi ATPTeori Rusck EMTP 66.816 167.040 250.561 300.673 334.081 400.897

43.495 288.74 382.95 477.7 525.29 649.1

Error (%) 34.9033 72.8568 52.83703 58.87692 57.23432 61.91191


Pengaruh Letak Sambaran Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 37

2500 m

50.0 [kV]

2000 m

50 [kV]

37.5

28 25.0 12.5

6

0.0 -16

-12.5 -25.0

-38 -37.5 -50.0 0

5

10

15

20

-60

[us]

25


0

5

10

(f ile wes2.pl4; x-v ar t) v :XX0156

1500 m

50 [kV] 35

20

5

-10

-25

-40 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25

Pengaruh Letak Sambaran Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (2) 38

500 m

1000 m 60

60 [kV]

[kV]

40 40

20 0

20

-20 0

-40 -60

-20

-80 -40 0

5


10

15

20

[us]

25

-100 0

5


10

15

20

[us]

25


Tabel Nilai Tegangan Puncak Induksi Petir Berdasarkan Letak Sambaran Petir

Letak Tiang

Tegangan Induksi (kV)

Error (%)

Teori Rusck

Simulasi ATPEMTP

E (500 m)

66.816

59.84

10.441

D (1000 m)

33.408

58.733

75.80444

C (1500 m)

22.272

45.944

106.285

B (2000 m)

16.704

44.07

163.8279

A (2500 m)

13.363

43.49

225.4446


Gambar Grafik Perbandingan Tegangan Induksi Menurut Teori Rusck dan Simulasi ATP-EMTP Berdasarkan Letak Sambaran Petir

Pengaruh Waktu Muka Tegangan Impuls Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 41

0.5 µs

80

0.8 µs

60 [kV]

[kV]

40

50

20 20

0 -10

-20 -40

-40 -70 0

5

10

15

20

25 -60

[us]


0

5

10

15


1.2 µs

40 [kV] 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 0

5


10

15

20

[us]

25

20

[us]

25

Pengaruh Waktu Muka Tegangan Impuls Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (2) 42

2 µs

3.5 µs

[kV]

5000 [V]

10

3750

15

2500

5

1250

0 0

-5 -1250

-10

-2500

-15

-3750 -5000

-20 0

5

10

15

20

[us]

25


0

5

10


5 µs

2000 [V] 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25


Tabel Nilai Waktu Muka Tegangan Impuls dan Tegangan Puncak Induksi Petir Saat Waktu Ekor 60 μs

Waktu Muka (μs) 0.5 0.8 1.2 2 3.5 5

Tegangan Puncak Induksi Petir (kV) 74.941 54.33 34.589 14.389 4.308 1.577


Gambar Grafik Waktu Muka vs Tegangan Puncak Induksi Petir Saat Waktu Ekor 60 μs

Pengaruh Waktu Ekor Tegangan Impuls Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 45

30 µs

40 [kV] 30

37.5

20

25.0

10

12.5

0

0.0

-10

-12.5

-20

-25.0

-30

-37.5

-40 0

5

50 µs

50.0 [kV]

10

15

20

-50.0

[us]

25


0

5

10

15


75 µs

50.0 [kV] 37.5 25.0 12.5 0.0 -12.5 -25.0 -37.5 -50.0 0

5


10

15

20

[us]

25

20

[us]

25

Pengaruh Waktu Ekor Tegangan Impuls Petir Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir (2) 46

120 µs

50.0 [kV]

160 µs

60 [kV]

37.5

38 25.0 12.5

16

0.0

-6

-12.5 -25.0

-28 -37.5 -50.0 0

5

10

15

20

[us]

25


-50 0

5

10

15


200 µs 60 [kV] 38

16

-6

-28

-50 0

5


10

15

20

[us]

25

20

[us]

25


Tabel 4.5 Nilai Waktu Ekor Tegangan Impuls dan Tegangan Puncak Induksi Petir Saat Waktu Muka 1 μs Waktu Ekor (μs)

Tegangan Puncak Induksi Petir (kV)

30

38.178

50

42.203

75

45.166

120

48.972

160

51.131

200

52.88


Gambar Grafik Waktu Ekor vs Tegangan Puncak Induksi Petir Saat Waktu Muka 1 μs

Pengaruh Tinggi Tiang Terhadap Teganagn Puncak Induksi Petir 49

33 m

40

40 m

40

[kV]

[kV]

25

25

10

10

-5

-5

-20

-20

-35

-35

-50 0

5

10

15

20

[us]


25

-50 0

5

10


50 m

50.0 [kV] 37.5 25.0 12.5 0.0 -12.5 -25.0 -37.5 -50.0 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25

Pengaruh Tinggi Tiang Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 50

60 m

70 m

50.0 [kV]

60 [kV]

37.5

38 25.0 12.5

16

0.0

-6

-12.5 -25.0

-28 -37.5 -50.0 0

5


10

15

20

[us]

-50 25

0

5


10

15

20

[us]

25

Pengaruh Tinggi Tiang Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 51

Tinggi Tiang (m)

Tegangan Puncak

33

34.17

40

37.9

50

43.25

60

49.5

70

53.68

Pengaruh Jarak Antar Tiang Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 52

100 m

300 m

60

60

[kV]

[kV]

40

40

20

20

0

0

-20

-20

-40

-40

-60 0

5

10

15

20

[us]


25

-60 0

5

10

15


500 m

50.0 [kV] 37.5 25.0 12.5 0.0 -12.5 -25.0 -37.5 -50.0 0

5


10

15

20

[us]

25

20

[us]

25


600 m

800 m

50.0 [kV]

40 [kV]

37.5

25 25.0 10

12.5 0.0

-5

-12.5 -20 -25.0 -35

-37.5 -50.0 0

5

10

15

20

[us]


-50 25

0

5

10


1000 m

30 [kV] 20

10

0

-10

-20

-30 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25


Jarak Antar Tiang

Tegangan Puncak Induksi Petir

100

54.37

300

52.432

500

47.235

600

41.244

800

31.948

1000

27.240

Pengaruh Tahanan Jenis Tanah Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 55

20 ohm

50.0 [kV]

30 ohm

50.0 [kV]

37.5

37.5

25.0

25.0

12.5

12.5

0.0

0.0

-12.5

-12.5

-25.0

-25.0 -37.5

-37.5

-50.0

-50.0 0

5

10

15

20

[us]

25


0

5

10


40 ohm

60 [kV] 40

20

0

-20

-40

-60 0

5


10

15

20

[us]

25

15

20

[us]

25

Pengaruh Tahanan Jenis Tanah Tiang Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 56

50 ohm

60 ohm

60

60

[kV]

[kV]

40

40

20

20

0

0

-20

-20

-40

-40

-60 0

5


10

15

20

[us]

25

-60 0

5


10

15

20

[us]

25

Pengaruh Tahanan Jenis Tanah Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 57

Tahanan jenis tanah

Tahanan Jenis Tanah

20

43.61

30

48.064

40

53.83

50

56.22

60

59.23

Pengaruh Kawat Tanah Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 58

Sebelum pemasangan

70

Setelah pemasangan 50.0 [kV]

[kV]

37.5 44 25.0 12.5

18

0.0 -8

-12.5 -25.0

-34 -37.5 -60 0

5


10

15

20

[us]

-50.0 25

0

5


10

15

20

[us]

25

Pengaruh Kawat Tanah Terhadap Tegangan Puncak Induksi Petir 59

Sebelum Pemasangan

Sesudah Pemasangan

60.2

43.61

60

KESIMPULAN


Kesimpulan (1) 61

1. Hubungan antara tegangan puncak induksi petir dengan arus puncak petir adalah berbanding lurus. Nilai tegangan puncak induksi petir yang terkecil terjadi pada saat arus puncak petir terendah (20 kA) yaitu 43.495 kV. Sedangkan nilai tegangan puncak induksi petir terbesar terjadi pada saat arus puncak petir tertinggi (200 kA) yaitu 649.1 kV. 2. Tegangan puncak induksi petir berbanding terbalik dengan letak sambaran. Nilai tegangan puncak induksi petir yang terbesar terjadi pada jarak sambaran terdekat dengan trafo distribusi (500 meter) yaitu 59.84 kV. Sedangkan nilai tegangan puncak induksi terkecil terjadi pada jarak sambaran terjauh dari trafo distribusi (2500 meter) yaitu 43.49 kV. 3. Hasil simulasi pada ATP-EMTP relevan dengan teori Rusck pada letak sambaran maksimum sekitar 500 meter dari trafo distribusi dengan batasan error 10%. Sementara untuk arus puncak, pengukuran yang relevan hanya pada besaran arus puncak maksimum sekitar 20 kA dengan batasan error sekitar 30%.

Kesimpulan (2) 62

4. Waktu muka tegangan impuls petir mempengaruhi nilai tegangan induksi petir. Semakin cepat (kecil) waktu muka, semakin besar tegangan puncak induksi petir. Hubungan antara waktu muka dengan besar tegangan induksi petir berbanding terbalik. Waktu muka tegangan impuls menurut standar adalah 1.2 µs. 5. Waktu ekor tegangan impuls petir juga mempengaruhi nilai tegangan induksi petir. Semakin cepat (kecil) waktu ekor petir, semakin kecil tegangan puncak induksi petir. Hubungan antara waktu ekor dengan besar tegangan induksi petir berbanding lurus. Waktu ekor tegangan impuls menurut standar adalah 50 µs. 6. Perlu pemasangan kawat tanah untuk mengurangi tegangan induksi akibat sambaran petir pada saluran distribusi tegangan menengah.

Kesimpulan (3) 63

7. Parameter-paramater konfigurasi pada saluran yang perlu diatur untuk meningkatkan performa perlindungan petir sehingga dapat mengurangi tegangan induksi akibat sambaran petir a. Tinggi tiang rendah (standar minimal 15 m) b. Tahanan jenis tanah yang kecil c. Jarak antar tiang yang dekat

64

TERIMA KASIH


EMTP

Recommend Documents