Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi _______________________________________________________________________________
PERBANDINGAN WATAK PERLINDUNGAN ARESTER ZnO DAN SiC PADA PERALATAN LISTRIK MENURUT LOKASI PENEMPATANNYA M.Yoza Acika1, T.Haryono2, Suharyanto2 Abstractβ Arrester installation in electrical system need to consider the placement that provides the best protection for the protected equipment. This paper considers the placement of arrester in relation with the influence of arrester phase and grounding cable placement in the protected equipment, by performing a wide variety of placement testing, as well as variations in cable length and then by comparing the effect given to the protected equipment. Results showed that voltage received by the protected equipment was the sum of arrester residual voltage and the voltage at arrester phase and grounding cable. Voltage rise received by the protected equipment originated from arrester cable is the product of steepness level surge current and inductance which is in arrester phase and grounding cable that connect the arrester. Having compared the effect of voltage rise, SiC arrester was worse than ZnO arrester due to the structure of the SiC arrester which had a spark gap. In certain circumstances, an increase in voltage due to the wave reflection causing a voltage rise by an average of 14.39% in equipment protected by ZnO arrester, and an average of 20.13% for equipment protected by SiC arrester. Intisariβ Pemasangan arester di sistem tenaga listrik perlu memperhatikan penempatan yang memberikan perlindungan terbaik terhadap peralatan yang dilindungi. Penelitian ini dimaksudkan untuk memberikan pertimbangan penempatan arester dalam hal panjang kabel fase dan kabel pentanahan arester pada peralatan yang dilindungi, yaitu dengan melakukan berbagai variasi pengujian penempatan, maupun variasi panjang kabel dan melihat pengaruh yang diberikan pada peralatan yang dilindungi. Hasil penelitian menunjukkan, bahwa tegangan yang dirasakan oleh peralatan yang dilindungi oleh arester adalah jumlah tegangan residu arester ditambah dengan tegangan yang ada pada kabel fase dan pentanahan arester. Kenaikan tegangan yang dirasakan peralatan yang bersumber dari kabel penghubung arester merupakan hasil kali tingkat kecuraman arus surja dan induktans yang ada pada kabel penghubung fase dan pentanahan arester. Setelah 1Mahasiswa, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika 2 Bulaksumur Yogyakarta 55281 INDONESIA (telp: 0274520226; fax: 0274-520226;e-mail:
[email protected]) 2Dosen pembimbing, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika 2 Bulaksumur Yogyakarta 55281 INDONESIA (telp: 0274520226; fax: 0274-520226; e-mail: thrharyono@gmail)
dibandingkan arester SiC memberikan efek yang lebih buruk daripada arester ZnO dalam hal peningkatan tegangan, karena struktur arester SiC yang memiliki spark gap. Pada kondisi tertentu terjadi kenaikan tegangan akibat pemantulan gelombang yang menyebabkan kenaikan tegangan sebesar rata-rata 14,39 % pada peralatan yang dilindungi arester ZnO, dan ratarata 20,13% untuk peralatan yang dilindungi arester SiC. Kata Kunciβ petir, arester, spark gap, pemantulan gelombang, tegangan kabel
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Indonesia memiliki iklim tropis, kondisi ini menyebabkan Indonesia memiliki hari guruh rata-rata per tahun yang sangat tinggi [1], menyebabkan besarnya kemungkinan petir untuk menyambar berbagai peralatan kelistrikan. Pencegahan kerusakan peralatan listrik akibat gangguan petir dapat dicapai melalui penggunaan lightning arrester . Dalam hal perlindungan suatu peralatan listrik, pada penerapannya berbagai variasi penempatan arester dapat dilakukan. Arester dapat ditempatkan pada peralatan yang dilindungi dengan menyambungkan kabel arester pada terminal peralatan yang telah terhubung ke jaringan listrik, atau sebaliknya kabel peralatan listrik dapat disambungkan ke terminal arester yang telah terhubung dengan jaringan listrik. Berbagai variasi penempatan ini yang juga memiliki variasi panjang kabel saat dipasangkan, sehingga dapat mempengaruhi tingkat perlindungan yang dirasakan oleh peralatan yang dilindungi. Besarnya nilai arus per waktu ini dapat menimbulkan tegangan di kabel dikarenakan adanya nilai induktans pada kabel. Maka dalam hal ini, selain tegangan yang ada pada arester, besarnya tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi juga akan dipengaruhi oleh konfigurasi pemasangan kabel yang dilakukan. Dengan mengetahui besarnya tegangan yang dirasakan peralatan pada berbagai konfigurasi pemasangan, maka dapat ditentukan konfigurasi pemasangan arester yang paling tepat.
88 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
Artikel Reguler _____________________________________________________________________________ B. Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penempatan kabel arester dan panjang kabel arester terhadap tegangan yang dirasakan oleh peralatan yang dilindungi. Melalui penelitian yang dilakukan diharapkan dapat diketahui, hal-hal sebagai berikut: 1. Rumusan dari tegangan yang dirasakan peralatan saat arester melakukan pelepasan tegangan. 2. Hubungan panjang kabel arester terhadap besarnya tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi. 3. Perbandingan tingkat kenaikan tegangan pada kabel yang diberikan oleh arester yang memiliki gap maupun gapless 4. Sebagai referensi penentuan penempatan pemasangan arrester C. Batasan Masalah Penelitian dilakukan dengan asumsi petir bergerak dari jaringan menuju ke bumi dengan kabel arester yang dipasang pada terminal peralatan yang dilindungi. Dalam pengujian ini tidak dilakukan variasi waktu muka gelombang impuls/petir, melainkan hanya digunakan gelombang impuls standar sebagai input, tidak dilakukan variasi luas penampang kabel maupun variasi pentanahan. Kondisi awal arester dan peralatan ialah tidak saat bertegangan AC melainkan tanpa tegangan hingga kemudian diberikan input gelombang impuls. Penelitian memfokuskan untuk melihat pengaruh penempatan kabel arester maupun peralatan serta pengaruh panjang kabel terhadap tegangan yang dirasakan oleh peralatan yang dilindungi pada JTM /20 kV. II. DASAR TEORI A. Perbedaan gelombang arester MOV dan SiC Dinyatakan pada [2] bahwa arester SiC menggunakan blok silikon karbid yang disusun seri dengan spark gap. Perbaikan di konsep arester terjadi dengan penemuan zinc oxide (ZnO) yang memiliki karakteristik hubungan tegangan-arus yang lebih mendukung daripada silikon karbid dan ini memungkinkan pembuangan komponen spark gap, yang menyebabkan karakteristik ZnO ini dikenal sebagai gapless arrester. Adapun karakteristik arus dan tegangan pelepasan arester SiC dan ZnO dapat dilihat pada Gbr.1 berikut.
B. Panjang Kabel Arrester Dinyatakan pada [3] bahwa panjang kabel pada arester harus di jaga seminimal mungkin, karena sebagaimana terlihat pada Gbr.2, protective level dari arester (πππππ΄πΏ ) adalah jumlah dari tegangan pelepasan arester dan drop tegangan di sepanjang kabel yang terhubung ke arester. Semakin pendek kabel maka semakin kecil πππππ΄πΏ semakin baik margin proteksinya. Tegangan pada kabel penghubung arester (dengan L = ππ induktans kabel, = kenaikan arus surja petir) dapat ππ‘ dihitung dengan persamaan. ππ ππΏ = πΏ ππ‘ (1)
Gbr.2. Tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi arester
C. Line Termination pada Impedans Dinyatakan di sumber [4] pada kasus umum karakteristik impedans kabel Zc yang berakhir pada 2 impedans Z, dinyatakan dengan π = ππ , π£ = 2
π£ π+ππΆ π
π+ππΆ
atau π£ = π π£π , dengan Ο adalah koefisien
refraksi atau faktor transmisi atau sederhananya koefisien Ο. Maka, untuk gelombang tegangannya, π β 2π . Nilai Ο bervariasi antara nol hingga dua π+ππΆ
tergantung pada nilai relatif dari Z dan ZC , dengan πΏ
ππΆ = β atau dapat dinyatakan langsung dengan πΆ
π£=
2π π£ π+ππΆ π
(2)
D. Tingkat kenaikan surja Pada buku [3] juga dinyatakan bahwa tingkat kenaikan arus surja petir mempengaruhi margin proteksi ketika panjang kabel arester dipertimbangkan.. Kurva pada Gbr.3 berikut menunjukkan kemungkinan kenaikan arus surja petir yang terjadi yang diukur saat pengujian.
Gbr.3. Kemungkinan waktu mencapai puncak (time to crest) pada petir
III. METODE PENELITIAN . Gbr.1. Karakteristik arus dan tegangan pelepasan arester SiC (kiri) dan ZnO (kanan)
A. Alat yang digunakan Untuk pengujian ini digunakan dua jenis arester yaitu :
89 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi _______________________________________________________________________________ 1. Arester SiC (jenis spark gap) dengan spesifikasi sebagai berikut : LV Arester, Rating Voltage 18 kV, seperti yang terlihat pada Gbr.4. 2. Arester ZnO gapless dengan spesifikasi sebagai berikut : Rating Voltage (Ur) = 15 kV, Rating MCOV (Uc) = 12,7 kV, Discharge Current = 10 kA, Seperti yang terlihat pada Gbr.5 3. Kawat NYAF 6 mm2
Gbr.4. Arester jenis SiC
C. Diagram alir pengujian Diagram alir pengujian penempatan kabel untuk arester ZnO dan SiC dapat dilihat pada Gbr.8 dan diagram alir pengujian variasi kabel penghubung arester dapat dilihat pada Gbr. 9 berikut.
Gbr.5. Arester jenis ZnO
B. Rangkaian pengujian Pada pengujian arester ZnO dan SiC dilakukan dua jenis pengujian yaitu pengujian penempatan kabel fase dan pentanahan arester maupun peralatan, dan pengujian variasi kabel penghubung arester. Adapun rangkaian pengujian variasi kabel penghubung arester dapat dilihat pada Gbr.6 dan rangkaian pengujian untuk berbagai kondisi A sampai H arester ZnO dan SiC dapat dilihat pada Gbr.7 berikut.
Gbr.8. Diagram alir pengujian penempatan kabel arester ZnO dan SiC
Gbr.6. Rangkaian Pengujian Variasi Panjang Kabel Arester
Gbr.9. Diagram alir pengujian variasi kabel penghubung arester ZnO dan SiC
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengujian pada Arester ZnO Melalui pengujian yang dilakukan pada arester ZnO yang bersifat gapless, akan dilihat pengaruh penempatan kabel dan pengaruh panjang kabel arester terhadap perlindungan yang dirasakan peralatan. 1) Kondisi penempatan yang menimbulkan pemantulan gelombang pelepasan: Pada beberapa kondisi penempatan rentan terjadi pemantulan gelombang pelepasan yang berkontribusi terhadap meningkatnya tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi. Gbr.7. Rangkaian Pengujian Penempatan Arester
90 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
Artikel Reguler _____________________________________________________________________________ TABEL I PENEMPATAN YANG MENIMBULKAN PEMANTULAN GELOMBANG PELEPASAN Variabel Kondisi Penempatan Tegangan Puncak Terukur (kV) Selisih Tegangan (kV)
Kondisi B dan C
Kondisi F dan G
B
C
F
G
32.87
37.08
33.43
38.77
4.21
5.34
Terlihat pada Tabel I di atas terjadi kenaikan tegangan pada perbandingan kondisi B dan C, maupun perbandingan kondisi F dan G. Peningkatan tegangan yang signifikan ini terjadi karena pemantulan gelombang pelepasan, setelah penempatan kabel di terminal arester yang menimbulkan transisi impedans surja. Saat surja pelepasan dilepaskan oleh arester, surja tersebut berjalan dengan kecepatan yang sangat tinggi. Antara arester dan kabel terdapat perbedaan impedans surja dimana jika impedans surja arester dimisalkan Z1 dan impedans surja kabel peralatan dimisalkan Z2, maka Z1 dan Z2 memiliki hubungan Z1 < Z2 sehingga saat terjadi pantulan pada kabel peralatan yang terhubung dengan arester besar tegangan yang dirasakan peralatan akan bertambah sesuai dengan (2) dimana tegangan pada titik transisi dari dua impedans surja yang berbeda, yaitu terminal pentanahan arester akan bernilai lebih besar, maka 2π2 persamaannya ππ‘ = ππ , dimana Z1 < Z2 dan Vi π1 +π2
adalah tegangan pelepasan arester sehingga Vt >Vi . Tegangan Vt inilah yang dirasakan oleh peralatan yang dilindungi. 2) Kondisi penempatan yang dapat mengurangi besarnya tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi: Terlihat pada Tabel II di bawah terjadi penurunan tegangan pada kondisi A dan B, sedangkan pada kondisi C dan D maupun kondisi C dan G terjadi kenaikan tegangan. Hal ini terjadi karena adanya penambahan maupun pengurangan panjang kabel yang dilewati arus surja, kondisi ini dapat dijelaskan melalui Gbr.10(a) untuk kondisi A dan B terjadi pengurangan sebesar 1 m, sedangkan pada gambar Gbr.10(b) kondisi C dan D terjadi penambahan sebesar 1 m. Adapun Pada penempatan arester kondisi C dan G ini terlihat selisih tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi dalam jumlah yang lebih besar karena tegangan yang timbul di kabel arester pada kondisi G memiliki panjang total 2,5 meter dan perbandingan kabel yang dilewati arus surja pada kondisi C dan G ini dapat dilihat lebih jelas pada Gbr.11. TABEL II PENEMPATAN YANG DAPAT MENGURANGI BESARNYA TEGANGAN YANG DIRASAKAN PERALATAN YANG DILINDUNGI Variabel Kondisi Penempatan Tegangan Puncak Terukur (kV)
Kondisi A dan B
Kondisi C dan D
Kondisi C dan G
A
C
C
B
Perubahan tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi ini disebabkan adanya perubahan panjang kabel arester yang dirasakan peralatan yang dilindungi. Hal ini sesuai dengan pernyataan pada (1) tegangan pada kabel dapat timbul saat induktans kabel dilewati arus pelepasan arester dengan kecuraman tertentu.
D
Gbr.10. Penambahan dan pengurangan kabel arester
Gbr.11. Perbandingan tegangan pada penempatan kondisi C dan G arester
3) Kondisi penempatan arester yang tidak mempengaruhi tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi: Terlihat pada Tabel III berikut selisih tegangan antara dua kondisi yang berbeda tidak menunjukkan perubahan nilai tegangan yang berarti. Tetapnya nilai tegangan yang dirasakan peralatan ini memperkuat asumsi tegangan yang dirasakan peralatan ialah tegangan arester ditambah tegangan pada kabel arester. Adapun tegangan pada kabel fase maupun pentanahan arester panjangnya yaitu dari titik terminal arester ke titik paralel dengan peralatan yang dilindungi. Hal ini sesuai seperti dinyatakan [3] yaitu protective level dari arester ( πππππ΄πΏ ) adalah jumlah dari tegangan pelepasan arester dan drop tegangan sepanjang kabel yang terhubung ke arester. TABEL III KONDISI PENEMPATAN TANPA MEMPENGARUHI TEGANGAN TERUKUR Variabel Kondisi Penempatan Tegangan Puncak Terukur (kV) Selisih Tegangan (kV)
Kondisi E dan F
Kondisi G dan H
E
F
G
H
33.15
33.43
38.77
38.77
0.28
0
Adapun hubungan tegangan pada kondisi penempatan peralatan ini dapat diilustrasikan seperti pada Gbr.12 untuk perbandingan kondisi E dan F, dan pada Gbr.13 untuk kondisi G dan H.
G
33.43 32.87 37.08 37.64 37.08 38.77
Selisih Tegangan (kV)
-0.56
0.56
1.69
Selisih Kabel (m)
-1
1
2.5
Gbr 12. Hubungan Tegangan Terukur Kondisi E dan F arester
91 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi _______________________________________________________________________________ TABEL IV PENEMPATAN YANG MENIMBULKAN PEMANTULAN GELOMBANG PELEPASAN Variabel
Gbr 13. Hubungan Tegangan Terukura Kondisi G dan H arester
Tegangan (kV)
4. Pengaruh panjang kabel arester ZnO: Pada pengujian ini akan dilihat secara grafis pengaruh panjang kabel arester terhadap tegangan yang dirasakan peralatan untuk penempatan arester yang dipasang setelah peralatan. Terlihat pada Gbr.14 dan Gbr.15 terjadi peningkatan tegangan sekitar rata-rata 0,28 kV/m yang dirasakan arester seiring peningkatan panjang kabel fase , dan 0,56 kV/m pada kabel pentanahan arester. Hal ini sesuai (1) dengan adanya peningkatan L kabel maka terjadi peningkatan tegangan yang dirasakan peralatan. Peningkatan tegangan ini tentu dapat mengurangi margin proteksi peralatan. Dan jika terus-menerus terjadi maka dapat mempercepat penuaan isolasi peralatan yang dilindungi. 35,00 34,80 34,60 34,40 34,20 34,00 33,80
34,83 34,55 34,27
0,5
34,27
1
2
3
Panjang kabel fase (m)
Tegangan (kV)
Gbr.14. Kurva pengaruh panjang kabel fase arester ZnO 35,00 34,80 34,60 34,40 34,20 34,00 33,80 33,60 33,40
34,83 34,27 33,99 1,5
2
3
Panjang kabel pentanahan (m)
Gbr.15. Kurva pengaruh panjang kabel pentanahan arester ZnO
B. Pengujian pada Arester SiC Melalui pengujian yang dilakukan pada arester SiC yang memiliki gap berbeda dengan arester ZnO yang bersifat gapless, akan dilihat pengaruh penempatan kabel dan pengujian panjang kabel arester SiC terhadap perlindungan yang dirasakan peralatan. 1) Kondisi penempatan yang menimbulkan pemantulan gelombang pelepasan: Pada beberapa kondisi penempatan rentan terjadi pemantulan gelombang pelepasan yang berkontribusi terhadap meningkatnya tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi.
Kondisi F dan G F G 55.62 69.67
Kondisi B dan C
Kondisi Penempatan Tegangan Percik (kV) Selisih Tegangan Percik (kV) Tegangan Puncak Pelepasan (kV) Selisih Tegangan Puncak Pelepasan (kV)
B 50
C 54.5 4.5
14.05
44.39
51.69
44.95
7.3
51.69
6.74
Terlihat di Tabel IV pada perbandingan kondisi B dan C maupun perbandingan Kondisi F dan G terjadi kenaikan tegangan. Kenaikan tegangan percikan dan pelepasan yang besar ini disebabkan oleh pemantulan gelombang karena adanya perbedaan impedans surja yang muncul saat kabel pentanahan peralatan dipasang di terminal pentanahan arester. Kondisi akibat pemantulan gelombang ini dapat mengurangi margin proteksi peralatan, sehingga pemasangan kabel pentanahan peralatan langsung pada terminal pentanahan arester harus dihindari. Pada kasus ini, pemantulan gelombang dari tegangan pelepasan lebih berbahaya dibandingkan pemantulan gelombang dari tegangan percikannya karena pada tegangan pelepasannya tegangan berlangsung lebih lama sehingga lebih berbahaya bagi peralatan yang dilindungi. 2) Kondisi penempatan yang dapat mengurangi besarnya tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi: Terlihat pada Tabel V berikut pada perbandingan kondisi A dan B, C dan D, maupun C dan G ini nilai puncak tegangan pelepasannya adalah sama, sedangkan nilai tegangan percikannya mengalami perubahan. Hal ini terjadi karena pada tegangan percikannya memiliki tingkat kenaikan arus pelepasan surja yang jauh lebih cepat jika dibandingkan dengan tegangan pelepasannya. Jika dibandingkan dengan gelombang arester ZnO, gelombang arester SiC ini memiliki tegangan percikan, pada arester SiC ini tegangan percikan timbul dikarenakan konstruksinya menggunakan spark gap. TABEL V PENEMPATAN YANG DAPAT MENGURANGI BESARNYA TEGANGAN YANG DIRASAKAN PERALATAN YANG DILINDUNGI Variabel Kondisi Penempatan Tegangan Percik (kV) Selisih Tegangan Percik (kV) Tegangan Puncak Pelepasan (kV) Selisih Tegangan Puncak Pelepasan (kV) Selisih Kabel (m)
Kondisi A dan B
Kondisi C dan D
Kondisi C dan G
A
B
C
D
C
G
55.06
50
54.5
55.62
54.5
69.69
-5.06 44.39
44.39
1.12 51.69
52.25
15.19 51.69
51.69
0
0.56
0
-1
1
2.5
Adapun terjadinya penurunan tegangan pada perbandingan kondisi A dan B, sedangkan pada kondisi C dan D maupun kondisi C dan G terjadi kenaikan tegangan karena adanya penambahan
92 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
Artikel Reguler _____________________________________________________________________________
3) Kondisi penempatan arester yang tidak mempengaruhi tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi: Terlihat pada Tabel VI di bawah selisih tegangan antara dua kondisi yang berbeda tidak menunjukkan perubahan nilai tegangan percikan yang berarti begitu pula dengan tegangan puncak pelepasannya yang bernilai tetap. Tetapnya nilai tegangan yang dirasakan peralatan ini memperkuat asumsi tegangan yang dirasakan peralatan ialah tegangan arester ditambah tegangan pada kabel arester. Adapun tegangan pada kabel fase maupun pentanahan arester panjangnya yaitu dari titik terminal arester ke titik paralel dengan peralatan yang dilindungi. Kondisi pada arester SiC ini terlihat sama seperti pada arester ZnO dimana perubahan tegangan yang dirasakan peralatan juga berasal dari kabel arester. Hal ini sesuai seperti dinyatakan [3] yaitu protective level dari arester (πππππ΄πΏ ) adalah jumlah dari tegangan pelepasan arester dan drop tegangan sepanjang kabel yang terhubung ke arester.. TABEL VI KONDISI PENEMPATAN TANPA MEMPENGARUHI TEGANGAN TERUKUR Variabel Kondisi E dan F Kondisi G dan H Kondisi E F G H Penempatan Tegangan Percik 56.18 55.62 69.69 70.23 (kV) Selisih Tegangan -0.56 0.54 Percik (kV) Tegangan Puncak 44.95 44.95 51.69 51.69 Pelepasan (kV) Selisih Tegangan Puncak Pelepasan 0 0 (kV)
Adapun hubungan tegangan pada kondisi penempatan peralatan ini dapat diilustrasikan seperti pada Gbr.12 di atas untuk perbandingan kondisi E dan F, dan pada Gbr.13 di atas untuk kondisi G dan H
Tegangan (kV)
4) Pengaruh panjang kabel arester SiC: Terlihat pada Gbr.16 terjadi peningkatan tegangan percikan sekitar rata-rata 1,41 kV/m yang dirasakan arester seiring peningkatan panjang kabel fase, sedangkan tegangan pelepasannya cenderung tetap hanya mengalami perubahan 0.28 kV/m dan pada Gbr.17 seiring peningkatan panjang kabel pentanahan arester terjadi peningkatan tegangan percikan sekitar rata-rata 2,53 kV/m, sedangkan pada tegangan pelepasannya hanya mengalami kenaikan sekitar 0.56 kV/m. Tegangan pelepasannya mengalami sedikit kenaikan karena kecuraman gelombangnya yang tidak begitu tajam. Peningkatan tegangan ini sesuai (1) dengan adanya peningkatan L kabel maka terjadi peningkatan tegangan yang dirasakan peralatan. 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00 45,00 40,00
52,81
52,81
53,94
55,62
44,39
44,39
44,95
44,95
0,5
1
2
3
Panjang penghantar fase (m) Tegangan Pelepasan
Tegangan Percikan
Gbr.16. Kurva pengaruh panjang kabel fase arester SiC 60,00
Tegangan (kV)
maupun pengurangan panjang kabel yang dilewati arus surja, kondisi ini dapat dijelaskan melalui Gbr.10(a) untuk kondisi A dan B terjadi pengurangan sebesar 1 m, sedangkan pada gambar Gbr.10(b) kondisi C dan D terjadi penambahan sebesar 1 m. Adapun pada penempatan arester kondisi C dan G ini terlihat selisih tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi dalam jumlah yang lebih besar karena tegangan yang timbul di kabel arester pada kondisi G memiliki panjang total 1 m + 1,5 m = 2,5 meter dan perbandingan kabel yang dilewati arus surja pada kondisi C dan G ini dapat dilihat lebih jelas pada Gbr.11 di atas. Perubahan tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi ini disebabkan adanya perubahan panjang kabel arester yang dirasakan peralatan yang dilindungi. Hal ini sesuai dengan pernyataan pada (1) tegangan pada kabel dapat timbul saat induktans kabel dilewati arus pelepasan arester dengan kecuraman tertentu. Jika dibandingkan dengan arester ZnO maka pada arester SiC peralatan memiliki kemungkinan pengurangan margin proteksi yang lebih besar mengingat adanya spark gap pada arester SiC ini yang menyebabkan arus percikan dengan tingkat kenaikan arus tinggi, sehingga tegangan di kabel menjadi lebih besar maka dari itu penggunaan arester ZnO lebih dianjurkan.
59,56 55,06
55,62
44,39
44,39
50,00 44,95
40,00 1,5 2 3 Panjang penghantar pentanahan (m) Tegangan Pelepasan Tegangan Percikan Gbr.17. Kurva pengaruh panjang kabel pentanahan arester SiC
C. Perbandingan tingkat perlindungan peralatan pada arester ZnO dan SiC Berdasarkan data pengujian pengaruh panjang kabel fase dan pentanahan dari arester dapat dihitung kenaikan tegangan puncak rata-rata untuk setiap pertambahan panjang kabel sepanjang 1 m. Nilai persentasenya dapat dilihat pada tabel berikut. TABEL VII PERSENTASE KENAIKAN TEGANGAN Jenis Arester ZnO SiC
Kenaikan panjang kabel fase pentanahan fase pentanahan
Rata-rata kenaikan tegangan /m (kV) 0,28 0,56 1,41 2,53
Persentase kenaikan tegangan 0,81% 1,65% 3,17% 5,70%
93 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi _______________________________________________________________________________ Dari Tabel VII terlihat bahwa arester SiC memiliki persentase kenaikan tegangan di kabel lebih tinggi dibandingkan dengan arester ZnO. Hal ini disebabkan pada arester SiC digunakan spark gap. Sehingga terjadi percikan arus yang memiliki tingkat kecuraman/kenaikan arus yang tinggi. Sehingga sesuai ππ dengan (1) dengan ππΏ = πΏ . Sehingga tingkat ππ‘ kenaikan tegangan pada kabelnya jauh lebih besar dibandingkan arester ZnO yang bersifat gapless. Asumsi ini diperkuat pada pernyataan di buletin [5], dinyatakan bahwa pada arus pelepasan dengan waktu muka 1 Β΅s, akan dirasakan tegangan lebih 10% pada arester MOV dan 30% pada arester SiC. Pada pengujian ini arester MOV adalah arester ZnO. V. KESIMPULAN Berdasarkan analisis hasil penelitian yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi oleh arester adalah jumlah tegangan residu arester ditambah dengan tegangan yang ada pada kabel fase dan pentanahan arester, dengan tegangan pada ππ kabel dinyatakan melalui persamaan ππΏ = πΏ . ππ‘ 2. Semakin panjang kabel fase maupun kabel pentanahan arester, maka akan semakin besar tegangan yang dirasakan peralatan yang dilindungi. 3. Kenaikan tegangan kabel yang muncul pada arester SiC jauh lebih besar daripada tegangan di kabel arester ZnO. Diketahui melalui penelitian ini persentase kenaikan tegangan fase arester ZnO bernilai 0,81 % dan pentanahannya 1,65 %, sedangkan pada arester SiC kenaikan tegangan fase pada kabelnya sebesar 3,17 % dan tegangan pentanahannya 5,70 %. Hal ini terjadi karena kenaikan arus pada arester SiC jauh lebih cepat akibat struktur arester yang memiliki spark gap yang menghasilkan arus percikan. 4. Kabel pentanahan yang dipasang langsung ke terminal grounding peralatan yang dilindungi maupun arester dapat menimbulkan tegangan tambahan akibat adanya gelombang pantul karena adanya perbedaan impedans surja. Kenaikan tegangan akibat pemantulan gelombang pada arester ZnO mencapai rata-rata 14,39 %, sedangkan pada arester SiC mencapai rata-rata 20,13 %. 5. Pemasangan arester terbaik ialah dengan menggunakan kabel sependek mungkin, sambungan fase peralatan yang baik dipasang pada terminal arester, sedangkan sambungan pentanahan tidak langsung dilakukan pada terminal peralatan yang dilindungi, melainkan diparalel dengan kabel.
Hal ini karena lengkung atau terlilitnya kabel dapat meningkatkan nilai induktans kabel yang secara langsung meningkatkan tegangan kabel arester. 3. Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan dengan memvariasi tingkat arus pelepasan arester yang mempengaruhi tegangan kabel, dan memvariasi luas penampang kabel. REFERENSI [1]
[2] [3]
[4] [5]
------------. Petir. Badan Meteorologi Klimatologi dan Geosifika (BMKG).http://www.bmkg.go.id/RBMKG_Wilayah_10/Geof isika/petir.bmkg Medlin, Glen. 2009, Surge Protection Of Distribution Equipment, e-LEK Engineering, energize. Yakel, Jerry dan Plummer, Charles. 1993, Surge Protection Alternatives For Underground System, Cooper Power Systems, U.S.A GΓΆnen, Turan. 1988, Electric Power Transmission System Engineering, John Wiley & Sons, Inc., Canada. ------------. 2004. Arrester Lead Length. Hubbell Power Systems, Inc. Centralia, Missouri.
VI. SARAN 1. Pada aplikasi pemasangan arester di lapangan, arester baik jika dipasang di dekat peralatan yang dilindungi dengan panjang kabel seminimal mungkin 2. Pemasangan arester di lapangan juga perlu memperhatikan kabel yang terlilit atau melengkung.
94 Volume 1 Nomor 2, Juli 2014 _______________________________________________________________________________
